Thạc Sĩ Logic mô tả ứng dụng trong Web ngữ nghĩa

Luận văn thạc sĩ
Đề tài: Logic mô tả ứng dụng trong Web ngữ nghĩa

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
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
4.3. Tổng kết chương 79
KẾT LUẬN 80
DANH SÁCH THUẬT NGỮ . 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

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, .
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.

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
giữa các khái niệm, các quan hệ với các cá thể hay giữa các cá thể với nhau.
Logic mô tả còn cung cấp khả năng lập luận và suy diễn các tri thức được
biểu diễn ở trên. Khả năng biểu diễn tri thức tỉ lệ thuận với độ phức tạp tính
toán của các dịch vụ suy diễn của hệ logic mô tả tương ứng. Để xây dựng một
hệ thống logic mô tả người ta đã tổng kết lại ba bước quan trọng sau:
- Xác định các khái niệm từ các khái niệm nguyên thuỷ, các quan hệ
nguyên thuỷ và các cá thể ban đầu.
- Sử dụng một ngôn ngữ xây dựng khái niệm để hình thành những khái
niệm phức tạp.
- Sử dụng các thủ tục suy luận để rút ra những tri thức đúng đắn về các
khái niệm và các cá thể nếu có thể. Chủ yếu là quan hệ bao hàm giữa hai khái
niệm hoặc quan hệ giữa các cá thể và khái niệm hay giữa một cặp cá thể và
một quan hệ.
Tóm lại, logic mô tả là họ của các hệ hình thức biểu diễn tri thức cơ sở
logic, được thiết kế để biểu diễn và lập luận tri thức của một miền 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.
1.2. Cú pháp logic mô tả
Cơ sở của logic mô tả là các mô tả khái niệm và mô tả quan hệ, thường
gọi tắt là khái niệm và quan hệ. Một cách trực quan, một khái niệm biểu diễn
một lớp các đối tượng có chung một số đặc trưng, một quan hệ biểu diễn một

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Jeff Zhiming Pan. Description Logics: reasoning support for the semantic
web. Ph.D. PhD thesis, University of Manchester. 2004.
dl-web.man.ac.uk
[2] Franz Baader, Ian Horrocks, Ulrike Sattler. Description Logics for the
Semantic Web. 2001. www.cs.man.ac.uk
[3] T. Berners-Lee, J. Hendler, and O. Lassila. The semantic web. The
Scientific American, 284(5):34–43. 2001.
[4] Michael C. Daconta, Leo J.Obrst and Kevin T. Smith. The Semantic
Web: A Guide to the Future of XML, Web Services, and Knowledge
Management. Wiley Publishing, Inc., Indianapolis, Indiana. 2003.
[5] Jos de Bruijn, Axel Polleres, Rubén Lara, Dieter Fensel. WSML
Deliverable D20.1 v0.2 OWL. 2004. http://www.wsmo.org
[6] Nguyễn Hoàng Ngà. Logic mô tả mờ ALC
FH
. Luận văn tốt nghiệp Đại
học Bách khoa Hà Nội. 2004.
[7] Umberto Straccia. Towards a Fuzzy Description Logic for the Semantic
Web. www.tu-harburg.de
[8] Jos de Bruijn. Lecture 6 - Description Logics for the Semantic Web.
University of Innsbruck, Austria. 2005 . www.deri.at
Một số địa chỉ Web tham khảo
[1] http://www.dit.hcmut.edu.vn/~tru/VN-KIM/index.htm
[2] http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/
[3] http://www.semanticweb.org
[4] http://protege.stanford.edu
[5] https://www.racer-systems.com