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