Logic mô tả ứng dụng trong web ngữ nghĩa

LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 1 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của Ts.Trần Đình Khang. Nếu có gì sai phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Người làm cam đoan Vũ Minh Yến LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 2 2 MỤC LỤC Trang DANH SÁCH BẢNG 5 DANH SÁCH HÌNH VẼ 6 LỜI NÓI ĐẦU 7 LỜI CẢM ƠN 9 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ LOGIC MÔ TẢ 1.1. Giới thiệu 10 1.2. Cú pháp logic mô tả 11 1.3. Ngữ nghĩa 15 1.4. Cơ sở tri thức và chuẩn hoá 16 1.4.1. Bộ thuật ngữ (TBox) 17 1.4.2. Bộ quan hệ (RBox) 20 1.4.3. Bộ khẳng định (ABox) 22 1.4.4. Cơ sở tri thức 22 1.5. Kiến trúc hệ logic mô tả 23 1.6. Các thủ tục quyết định trong logic mô tả 24 1.7. Giải thuật tableaux 27 1.8. Tổng kết chương 31 Chương 2. LOGIC MÔ TẢ ỨNG DỤNG TRONG WEB NGỮ NGHĨA 2.1. Tổng quan về web ngữ nghĩa 33 2.1.1. Nguồn gốc và mục tiêu của web ngữ nghĩa 33 2.1.2. Web ngữ nghĩa là gì? 35 2.1.3. Kiến trúc của web ngữ nghĩa 39 2.2. Nội dung xây dựng web ngữ nghĩa 44 LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 3 3 2.2.1. Chuẩn hoá các ngôn ngữ biểu diễn dữ liệu (XML) và các siêu dữ liệu (RDF) trên Web 44 2.2.2. Chuẩn hoá các ngôn ngữ biểu diễn Ontology cho Web ngữ nghĩa 45 2.2.3. Phát triển nâng cao Web ngữ nghĩa 45 2.3. Logic mô tả là cơ sở logic của web ngữ nghĩa 46 2.3.1. Tại sao lại là Logic mô tả? 48 2.3.2. Logic mô tả là cơ sở của ngôn ngữ Ontology 52 2.4. Tổng kết chương 55 Chương 3. NGÔN NGỮ OWL DL 3.1. Khái niệm về ontology 56 3.2. Ngôn ngữ SHOIN(D) 60 3.2.1. Miền cụ thể 60 3.2.2. Cú pháp 61 3.2.3. Ngữ nghĩa 64 3.3. Ngôn ngữ OWL DL 66 3.3.1. Cú pháp 67 3.3.2. Ngữ nghĩa 70 3.4. Tổng kết chương 70 Chương 4. VÍ DỤ MINH HOẠ 4.1. Giới thiệu về công cụ PROTÉGÉ và bộ lập luận RACER 71 4.1.1. Công cụ PROTÉGÉ 71 4.1.2. Bộ lập luận RACER 72 4.2. Sử dụng công cụ Protégé và bộ lập luận RACER để hỗ trợ phát triển Web ngữ nghĩa trên cơ sở logic mô tả 73 4.2.1. Hỗ trợ xây dựng Ontology 73 4.2.2. Truy vấn Ontology và ứng dụng trong Web ngữ nghĩa 77 LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 4 4 4.3. Tổng kết chương 79 KẾT LUẬN 80 DANH SÁCH THUẬT NGỮ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 5 5 DANH SÁCH BẢNG Tên bảng Trang 1.1. Cú pháp ngôn ngữ thuộc tính AL 12 1.2. Một số luật bổ sung 13 1.3. Các khái niệm trong gia đình 13 1.4. Cú pháp ngôn ngữ S 14 1.5. Ngữ nghĩa của các khái niệm ngôn ngữ S 15 1.6. Mở rộng các khái niệm trong gia đình 19 1.7. Luật chuyển về dạng chuẩn phủ định 27 1.8. Các luật lan truyền của ALC 28 1.9. Các luật lan truyền của ngôn ngữ S 30 3.1. Cú pháp ngôn ngữ SHOIN(D) 63 3.2. Cơ sở tri thức của SHOIN(D) 64 3.3. Ngữ nghĩa của các khái niệm SHOIN(D) 65 3.4. Các mô tả thuộc tính đối tượng OWL DL 67 3.5. Các mô tả thuộc tính lớp OWL DL 68 3.6. Các tiên đề và các sự kiện của OWL DL 69 3.7. Một Ontology ví dụ trong cú pháp trừu tượng của OWL DL 69 LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 6 6 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình vẽ Trang 1.1. Kiến trúc hệ logic mô tả 23 2.1. Một đề xuất nguồn gốc Web với CERN 36 2.2. Sơ đồ phát triển tính thông minh của dữ liệu 37 2.3. Kiến trúc của Web ngữ nghĩa 39 2.4. Bộ ba RDF 41 2.5. Đồ thị RDF gồm hai mệnh đề 42 4.1. Các khái niệm của Ontology Dongvat 73 4.2. Sự phân cấp các khái niệm 74 4.3. Các thuộc tính của Ontology Dongvat 74 4.4. Các cá thể của Ontology Dongvat 74 4.5. Kiểm tra tính thoả của Ontology Dongvat 75 4.6. Thứ bậc các khái niệm trước và sau khi phân lớp 76 LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 7 7 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian gần đây, logic mô tả được nhắc đến như một loại hình biểu diễn tri thức hiệu quả. Logic mô tả cung cấp khả năng biểu diễn tri thức thông qua các khái niệm, các quan hệ và các luật cú pháp tương ứng với khả năng của từng ngôn ngữ. Logic mô tả ngày càng được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống ứng dụng thông minh. Một trong số những hướng nghiên cứu chính được quan tâm dựa trên ý tưởng biểu diễn tri thức theo lĩnh vực và phải được đặc trưng hóa thành các lớp đối tượng và mối quan hệ giữa chúng, các lớp được sử dụng để mô tả lĩnh vực quan tâm được tổ chức theo cấu trúc phân cấp. Bên cạnh khả năng hỗ trợ biểu diễn thông tin một cách hiệu quả, logic mô tả còn cho phép thực hiện các dịch vụ suy diễn với độ phức tạp tính toán phù hợp. Cùng với các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: mô hình hoá, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, công nghệ phần mền, y học, logic mô tả đang rất được các nhà nghiên cứu quan tâm ứng dụng trong quá trình phát triển Web ngữ nghĩa. Web ngữ nghĩa là một hệ thống Web mới đang được xây dựng với ý tưởng quản lý hiệu quả nguồn tài nguyên khổng lồ của World Wide Web hiện tại và trong tương lai, cho phép máy có thể hiểu được các tài nguyên và có thể xử lý một cách tự động. Logic mô tả hỗ trợ thiết kế, tích hợp và triển khai Ontology, mà Ontology có thể hiểu là một bộ từ vựng để biểu diễn ngữ nghĩa tài liệu Web. Ontology có vai trò then chốt để máy có thể hiểu được tài nguyên trên Web. Logic mô tả đóng vai trò là nền tảng logic để xây dựng các ngôn ngữ biểu diễn Ontology và khả năng lập luận mạnh của nó đảm bảo chất lượng của các Ontology ứng dụng trong Web ngữ nghĩa. Hiện nay đã có một số hệ thống thử nghiệm nhằm biểu diễn ngữ nghĩa tài nguyên Web trên cơ sở logic mô tả như: RACER, FACT, PROPÉTÉ, LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 8 8 Trong luận văn này, em đã tìm hiểu về logic mô tả và khả năng ứng dụng của nó trong Web ngữ nghĩa theo bố cục như sau: Chương 1. Tổng quan về logic mô tả. Chương này em trình bày về các nội dung cơ bản liên quan đến logic mô tả như: cú pháp, ngữ nghĩa của các ngôn ngữ logic mô tả cơ sở như AL, ALC, S; kiến trúc một hệ logic mô tả; các bài toán quyết định trong logic mô tả và các thuật toán tableaux cho bài toán thoả của ngôn ngữ ALC và ngôn ngữ S. Chương 2. Logic mô tả ứng dụng trong Web ngữ nghĩa. Chương này trình bày tổng quan về Web ngữ nghĩa như: nguồn gốc, vai trò, mục tiêu của Web ngữ nghĩa; bản chất của Web ngữ nghĩa là gì; các nội dung xây dựng Web ngữ nghĩa. Tiếp theo, là trình bày về vai trò của logic mô tả trong quá trình xây dựng Web ngữ nghĩa. Chương 3. Ngôn ngữ OWL. Chương này giới thiệu một ngôn ngữ biểu diễn Ontology trên Web ngữ nghĩa (OWL DL), ngôn ngữ này sử dụng nền tảng cơ sở là logic mô tả SHOIN(D). Chương 4. Ví dụ minh hoạ. Chương này em đưa ra một ví dụ về hỗ trợ của logic mô tả trong việc xây dựng, phát triển Ontology, và ứng dụng trong Web ngữ nghĩa trên công cụ Protégé có kết hợp với bộ lập luận RACER. Do thời gian tìm hiều và nghiên cứu về logic mô tả và về Web ngữ nghĩa còn hạn chế nên trong luận văn còn có những thiếu sót. Em rất mong được sự đánh giá và góp ý bổ sung của các thầy giáo, cô giáo và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn. Hà nội, ngày tháng 11 năm 2005 HỌC VIÊN THỰC HIỆN Vũ Minh Yến LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 9 9 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thày cô giáo khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, Ts. Trần Đình Khang, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn! LUẬN VĂN THẠC SỸ Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 10 10 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LOGIC MÔ TẢ 1.1. Giới thiệu Logic mô tả đầu tiên được phát triển nhằm cung cấp ý nghĩa cho các mạng ngữ nghĩa, đã đưa ra các biểu diễn được cấu trúc và các biểu diễn này có thể được kết hợp với các công cụ lập luận cho hiệu quả cao. Trước đây, "logic mô tả" được đề cập đến dưới các tên khác như "ngôn ngữ biểu diễn tri thức thuật ngữ" hay "ngôn ngữ khái niệm". Tương ứng với từng tên là những sự quan tâm khác nhau. Với "ngôn ngữ biểu diễn tri thức thuật ngữ", người ta muốn nói đến ngôn ngữ dùng để biểu diễn các tri thức thông qua việc xây dựng các thuật ngữ trong miền ứng dụng. Hay với "ngôn ngữ khái niệm", người ta lại nói tới ngôn ngữ để hình thành khái niệm. Hiện nay, khi những chú ý được chuyển vào các tính chất nằm trong các hệ logic thì cái tên logic mô tả đã trở nên quen thuộc. Logic mô tả được ứng dụng đặc biệt hiệu quả trong các hệ thống thông minh, và gần đây với ý tưởng xây dựng hệ thống web thế hệ mới: web ngữ nghĩa, với mục đích tăng khả năng liên kết giữa các trang web và khả năng hiểu nội dung các tài liệu web của máy tính, logic mô tả đóng vai trò là nền tảng logic để bổ sung ngữ nghĩa và đã thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này. Logic mô tả cung cấp khả năng biểu diễn tri thức và suy diễn để rút ra được các tri thức đúng đắn trong miền ứng dụng. Việc biểu diễn tri thức được xây dựng từ các khái niệm, các quan hệ nguyên thuỷ và các luật xây dựng khái niệm. Các luật này được gọi là ngôn ngữ xây dựng khái niệm. Bên cạnh các khái niệm và các quan hệ còn có các khẳng định, thể hiện mối quan hệ [...]... TRONG WEB NGỮ NGHĨA Chương này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về Web ngữ nghĩa, và vai trò của logic mô tả trong việc xây dựng Web ngữ nghĩa Chúng ta sẽ thấy được mục đích của việc xây dựng Web ngữ nghĩa, hiểu được bản chất Web ngữ nghĩa là gì và kiến trúc Web ngữ nghĩa Từ đó, chúng ta sẽ xem xét sự đóng góp của logic mô tả trong quá trình xây dựng web ngữ nghĩa Logic mô tả có vai trò là nền tảng cơ... của logic mô tả Là tiền đề để xây dựng, mở rộng logic mô tả và đưa logic mô tả ứng dụng trong các bài toán thực tiễn Chương tiếp theo sẽ trình bày tổng quan về Web ngữ nghĩa và các khả năng hỗ trợ của logic mô tả trong quá trình xây dựng Web ngữ nghĩa, một hệ thống Web mới thông minh hơn World Wide Web hiện tại Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 32 33 LUẬN VĂN THẠC SỸ Chương 2 LOGIC MÔ TẢ ỨNG DỤNG TRONG WEB. .. ứng dụng bằng phương pháp có cấu trúc Chúng dựa trên một họ ngôn ngữ chung được gọi là ngôn ngữ mô tả, cung cấp một tập các toán tử để xây dựng các khái niệm (tương ứng là các lớp) và các mô tả quan hệ (hay thuộc tính) Các mô tả đó có thể được sử dụng trong các tiên đề và các khẳng định của cơ sở tri thức logic mô tả và có thể được lập luận về cơ sở tri thức logic mô tả bằng các hệ thống logic mô tả. .. I thoả  1.5 Kiến trúc hệ logic mô tả Hệ logic mô tả là các hệ thống thông tin có sử dụng logic mô tả để biểu diễn tri thức về miền của ứng dụng Các hệ này sử dụng khả năng biểu diễn mạnh mẽ của logic mô tả kết hợp với hệ thống lập luận để tạo nên khả năng hoạt động của chúng Nhờ vào các ngôn ngữ mô tả, người ta có thể xây dựng nên những hệ thống khái niệm của lĩnh vực ứng dụng, tức là thực hiện quá... tên là một xâu vắn tắt để tiện sử dụng Các ngôn ngữ mô tả phân biệt với nhau bằng các luật cú pháp mà chúng cung cấp Ngôn ngữ mô tả đầu tiên được gọi là ngôn ngữ thuộc tính AL, là ngôn ngữ mô tả có các luật cú pháp đơn giản nhất Ngôn ngữ thuộc tính AL Họ ngôn ngữ mô tả ban đầu xuất phát từ ngôn ngữ mô tả đơn giản nhất là ngôn ngữ thuộc tính AL Các luật cú pháp của ngôn ngữ AL bao gồm: C, D  A Khái niệm... của ngôn ngữ thuộc tính AL, và các cú pháp bổ sung cho các ngôn ngữ mở rộng từ AL Ngôn ngữ này cho phép xây dựng các khái niệm phức tạp từ các khái niệm và quan hệ nguyên thuỷ Ngôn ngữ thông dụng nhất trong họ AL là ngôn ngữ ALC Và họ ngôn ngữ mô tả hỗ trợ Web ngữ nghĩa là họ ngôn ngữ S, trong đó S là ngôn ngữ ALC có thêm tiên đề quan hệ bắc cầu và được kí hiệu theo họ ngôn ngữ ALC là ALCR+ Ngữ nghĩa. .. giống như những thông tin cụ thể về miền ứng dụng mà hệ thống có sử dụng Hình 1.1 sau, mô tả kiến trúc chung của một hệ logic mô tả RBox Abox Giao diện TBox Hệ thống lập luận Cơ sở tri thức Hình 1.1 Kiến trúc của hệ logic mô tả Vò minh yÕn - cntt 2003-2005 23 LUẬN VĂN THẠC SỸ 24 1.6 Các thủ tục quyết định trong logic mô tả Hiệu quả chính mà một hệ logic mô tả mang lại là khả năng cung cấp các dịch... dựng các ngôn ngữ Ontology, mà các ngôn ngữ này có khả năng diễn tả cao, có nhiệm vụ biểu diễn và chia sẻ ngữ nghĩa của các tài nguyên, hỗ trợ lập luận để khai thác các tài nguyên này một cách tự động 2.1 Tổng quan về web ngữ nghĩa Web ngữ nghĩa là một thế hệ Web mới, đang được phát triển và sẽ xuất hiện trong tương lai gần Hệ thống Web mới này sẽ thay thế hệ thống Web hiện tại song không có nghĩa là một... khác hệ thống Web hiện tại Web ngữ nghĩa được phát triển trên hệ thống Web hiện tại bằng cách bổ sung thêm ngữ nghĩa cho các tài nguyên Web mà máy có thể hiểu và tăng khả năng xử lý tự động 2.1.1 Nguồn gốc và mục tiêu của web ngữ nghĩa World Wide Web (gọi tắt là Web) đã trở thành một kho tàng thông tin khổng lồ của nhân loại và một môi trường chuyển tải thông tin không thể thiếu được trong thời đại... này đã thúc đẩy sự ra đời của ý tưởng Web ngữ nghĩa (Semantic Web) , một thế hệ mới của Web, mà chính cha đẻ của World Wide Web là Tim Berners-Lee đề xuất vào năm 1998 Web ngữ nghĩa là sự mở rộng của Web hiện tại mà trong đó thông tin được định nghĩa rõ ràng sao cho con người và máy tính có thể cùng làm việc với nhau một cách hiệu quả hơn Mục tiêu của Web có ngữ nghĩa là để phát triển các chuẩn chung . S. Chương 2. Logic mô tả ứng dụng trong Web ngữ nghĩa. Chương này trình bày tổng quan về Web ngữ nghĩa như: nguồn gốc, vai trò, mục tiêu của Web ngữ nghĩa; bản chất của Web ngữ nghĩa là gì;. logic mô tả 23 1.6. Các thủ tục quyết định trong logic mô tả 24 1.7. Giải thuật tableaux 27 1.8. Tổng kết chương 31 Chương 2. LOGIC MÔ TẢ ỨNG DỤNG TRONG WEB NGỮ NGHĨA 2.1. Tổng quan về web. 2.3. Logic mô tả là cơ sở logic của web ngữ nghĩa 46 2.3.1. Tại sao lại là Logic mô tả? 48 2.3.2. Logic mô tả là cơ sở của ngôn ngữ Ontology 52 2.4. Tổng kết chương 55 Chương 3. NGÔN NGỮ OWL