模糊描述邏輯本體合取查詢(xún)研究.pdf

1、為了在語(yǔ)義Web中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的可重用性和高度互用性，通常使用本體來(lái)表示領(lǐng)域知識(shí)?；诒倔w的知識(shí)表示和推理是語(yǔ)義Web的重要組成部分。描述邏輯（Description logics，簡(jiǎn)稱(chēng)DLs）是一種形式化表示知識(shí)的方法，是OWL DL等Web本體語(yǔ)言的理論基礎(chǔ)。描述邏輯最顯著的特征是其內(nèi)置的推理機(jī)制。利用這一機(jī)制，可以由知識(shí)庫(kù)中顯式存儲(chǔ)的知識(shí)推導(dǎo)出隱含的信息。描述邏輯的基本推理服務(wù)包括知識(shí)庫(kù)可滿(mǎn)足性檢查、概念包含檢查和實(shí)例檢索等。為了表示

2、語(yǔ)義Web應(yīng)用中廣泛存在的模糊和不精確信息，已有大量的研究工作致力于描述邏輯的模糊擴(kuò)展，并設(shè)計(jì)出符合模糊描述邏輯特性的推理服務(wù)，開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的推理算法和推理機(jī)系統(tǒng)。
　　在數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用中，描述邏輯知識(shí)庫(kù)和本體的查詢(xún)占據(jù)著重要的位置。實(shí)例檢索等簡(jiǎn)單形式的查詢(xún)表達(dá)能力相對(duì)較弱，無(wú)法有效地表達(dá)用戶(hù)的查詢(xún)意圖。源于數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的合取查詢(xún)(conjunctive queries，CQs)，近來(lái)被視為查詢(xún)和訪問(wèn)描述邏輯知識(shí)庫(kù)的一種理想形式，它

3、提供了比實(shí)例檢索表達(dá)能力更豐富的查詢(xún)語(yǔ)言。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外在描述邏輯模糊擴(kuò)展、（模糊）描述邏輯合取查詢(xún)、（模糊）描述邏輯推理機(jī)和查詢(xún)引擎實(shí)現(xiàn)等方面研究現(xiàn)狀的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)合取查詢(xún)研究存在以下問(wèn)題:
　　(1)對(duì)于輕量級(jí)模糊描述邏輯f-DL-Lite系列，現(xiàn)有文獻(xiàn)通常只針對(duì)其中的某一種邏輯語(yǔ)言，而并未系統(tǒng)地討論整個(gè)語(yǔ)言系列的推理和查詢(xún)應(yīng)答問(wèn)題。
　　(2)現(xiàn)有的查詢(xún)蘊(yùn)涵算法無(wú)法處理表達(dá)能力豐富且應(yīng)用廣泛的f-S

4、H系列模糊描述邏輯的合取查詢(xún)蘊(yùn)涵及合取查詢(xún)應(yīng)答問(wèn)題。
　　(3)現(xiàn)有模糊描述邏輯推理機(jī)不支持表達(dá)能力豐富的模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)的合取查詢(xún)應(yīng)答。
　　(4)現(xiàn)有的討論模糊描述邏輯合取查詢(xún)應(yīng)答問(wèn)題的文獻(xiàn)并未深入討論算法的復(fù)雜性問(wèn)題和算法優(yōu)化問(wèn)題。
　　為此，本文深入研究了輕量級(jí)模糊描述邏輯f-DL-Lite系列的推理和查詢(xún)應(yīng)答問(wèn)題，表達(dá)能力豐富的f-SH系列模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)合取查詢(xún)蘊(yùn)涵問(wèn)題，支持模糊描述邏輯合取查詢(xún)的推理機(jī)

5、原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以及模糊OWL DL本體查詢(xún)應(yīng)答問(wèn)題到模糊描述邏輯合取查詢(xún)蘊(yùn)涵問(wèn)題的歸結(jié)。具體研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)系統(tǒng)研究了f-DL-Lite系列描述邏輯的合取查詢(xún)應(yīng)答問(wèn)題。首先，給出該類(lèi)邏輯的語(yǔ)法、語(yǔ)義以及知識(shí)庫(kù)的形式化定義。然后，以f-DLR-LiteF,□為例，給出f-DL-Lite系列描述邏輯知識(shí)庫(kù)可滿(mǎn)足性的判定算法。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了f-DL-Lite系列知識(shí)庫(kù)的合取查詢(xún)應(yīng)答問(wèn)題，給出f-DL

6、R-LiteF,□知識(shí)庫(kù)合取查詢(xún)應(yīng)答的具體步驟和算法，并進(jìn)行了算法時(shí)間復(fù)雜性分析，討論了該合取查詢(xún)過(guò)程的一階邏輯可歸結(jié)性。
　　(2)表達(dá)能力豐富的f-SH系列模糊描述邏輯合取查詢(xún)蘊(yùn)涵的研究。首先，給出了模糊布爾合取查詢(xún)的語(yǔ)法、語(yǔ)義以及模糊合取查詢(xún)蘊(yùn)涵問(wèn)題的定義。其次，分析了模糊合取查詢(xún)蘊(yùn)涵與單個(gè)模糊斷言蘊(yùn)涵的區(qū)別，以及判定模糊布爾合取查詢(xún)蘊(yùn)涵需要先行解決的問(wèn)題。第三，給出了基于模糊表推演算法的合取查詢(xún)蘊(yùn)涵判定算法，證明了算法對(duì)于

7、f-SHOIQ的真子邏輯的可靠性、完備性和可終止性，證明了算法對(duì)于f-SHOIQ是可靠的，并分析了導(dǎo)致算法不可終止的原因。最后，對(duì)于該問(wèn)題的數(shù)據(jù)復(fù)雜度，證明了當(dāng)查詢(xún)中不存在傳遞角色時(shí)其嚴(yán)格的CONP上限。對(duì)于聯(lián)合復(fù)雜度，證明了算法關(guān)于知識(shí)庫(kù)和查詢(xún)大小的CO3NEXPTIME時(shí)間復(fù)雜度上限。
　　(3)基于模糊描述邏輯f-SHOIQ及其子邏輯的知識(shí)庫(kù)可滿(mǎn)足性推理算法和f-SHOIQ及其真子邏輯的模糊查詢(xún)蘊(yùn)涵算法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了首個(gè)支持

8、表達(dá)能力豐富的模糊描述邏輯合取查詢(xún)應(yīng)答的推理機(jī)原型系統(tǒng)FReQ。首先，介紹了FReQ所提供的推理服務(wù)和查詢(xún)應(yīng)答服務(wù)。然后，詳細(xì)描述了FReQ的框架結(jié)構(gòu)及各組成部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并著重闡述了FReQ推理機(jī)的特色和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所采用的優(yōu)化技術(shù)。最后，比較了優(yōu)化前后FReQ推理機(jī)的性能，并分析其原因。
　　(4)模糊OWL本體合取查詢(xún)應(yīng)答問(wèn)題研究。首先，構(gòu)建模糊OWL本體與模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后，構(gòu)建模糊SPARQL查詢(xún)與da