Chương 1 Tổng quan về logic mô tả Chương này đề cập đến những động cơ thúc đẩy sự phát triển của logic mô tả như là một hình thức cho việc biểu diễn tri thức cũng như một số ý tưởng cơ bản quan trọng cho nền tảng của những hệ thống đã được tạo ra trong logic mô tả truyền thống. Trong chương này, đầu tiên đề cập đến nguồn gốc của logic mô tả, sau đó sẽ đề cập một cách tổng quát các đặc tính của logic mô tả, các giai đoạn nghiên cứu về logic mô tả và cuối cùng chúng ta điểm qua các lĩnh vực ứng dụng của logic mô tả.1 Nguồn gốc của logic mô tả Logic mô tả bắt nguồn từ mạng ngữ nghĩa (semantic networks) và frame, biểu diễn những khái niệm và lập luận trong chúng có quan hệ với nhau. Cấu trúc của một khái niệm được mô tả bởi một ngôn ngữ (được gọi là ngôn ngữ khái niệm) và những phép toán logic. Với cách tiếp cận của logic kinh điển, việc biểu diễn tri thức thường thông qua các biến vị từ, những phép toán vị từ và lập luận xác định hệ quả logic.
Theo cách tiếp cận của phi logic, dựa vào những giao diện đồ hoạ, tri thức được biểu diễn thông qua các cấu trúc dữ liệu đặc biệt và lập luận đựơc hoàn thành bằng những thủ tục có các thao tác giống nhau. Trong số đó có hai ngôn ngữ sử dụng nhiều nhất đó là mạng ngữ nghĩa và Frame. Mặt dù có (LUAN.ta TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.ta -8- những khác nhau trong cách ký hiệu giữa mạng ngữ nghĩa và Frame nhưng cả hai thể hiện tri thức bằng hình thức trực quan. Do thuộc tính này, chúng trở thành cơ sở cho sự biểu diễn tri thức trước đây.
Đáng tiếc là chúng đã không được chấp nhận lâu dài, vì không biểu diễn đầy đủ những đặc tính ngữ nghĩa và kết quả là các hệ thống có sự khác nhau trong cách sử dụng. Tuy nhiên, về mặt ngữ nghĩa, Frame có thể thay cho logic vị từ, các phần tử cơ sở trong Frame được định nghĩa rõ ràng những tính chất như những vị từ một ngôi mô tả những tập hợp các cá thể và vị từ hai ngôi mô tả mối quan hệ giữa các cá thể. Mặt dù không thể hiện hết tất cả các ràng buộc về ngữ nghĩa như những logic vị từ, nhưng chúng được xem là một thành phần con của logic vị từ. Nghiên cứu về logic mô tả được bắt đầu từ những hệ thống sử dụng thuật ngữ (terminological) để nhấn mạnh đến việc thiết lập những thuật ngữ cơ sở mô tả về một lĩnh vực.
Những năm gần đây, logic mô tả trở nên phổ biến. Khi dùng logic mô tả trong các hệ thống biểu diễn tri thức thường dùng từ “khái niệm” (concept) được đề cập đến như là một “biểu thức” của logic mô tả, chúng dùng để mô tả những cá thể và từ “thuật ngữ” (terminology) để diễn tả một cấu trúc được xây dựng, cung cấp một thể hiện biểu diễn cho lĩnh vực quan tâm. Nghiên cứu về logic mô tả đã được nghiên cứu cả phần lý thuyết, cùng với cài đặt những hệ thống biểu diễn tri thức và phát triển ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của logic mô tả. Nghiên cứu lý thuyết kết hợp chặt chẽ với thực hành đã trở thành phương pháp luận cho việc nghiên cứu logic mô tả.
Bên cạnh đó, nhiều hệ thống được xây dựng trên nền tảng logic mô tả với những chuẩn mô tả và những khả năng biểu diễn tri thức khác nhau. Thêm vào đó, các chuẩn và những thuật toán tính toán trong lập luận cũng được nghiên cứu chi tiết. Những nghiên cứu này xuất phát từ việc sử dụng những (LUAN.ta TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.ta -9- cấu trúc được cài đặt trong hệ thống hoặc sự cần thiết của các cấu trúc cho những hệ thống đặc biệt và kết quả đã có những hệ thống mới hiệu quả hơn.2 Biểu diễn tri thức và lập luận Đơn vị cơ bản để xây dựng cú pháp của logic mô tả là các khái niệm nguyên tử “atomic concept” (còn được gọi là concept name) mô tả tập cá thể trong lĩnh vực, các quan hệ nguyên tử “atomic role” mô tả mối quan hệ giữa các cá thể. Sau đó, từ những ký hiệu cơ sở này ta đi xây dựng các loại cấu trúc mới, ví dụ như giao của hai khái niệm C D được dùng để chỉ ra những cá thể mà thuộc cả C và D.
Một biểu thức khái niệm trong logic mô tả diễn tả tập hợp tất cả các cá thể thoả những tính chất xác định trong biểu thức. Do đó, khái niệm C D được nhìn nhận dưới góc độ của logic vị từ C(x) D(x), phạm vi của các biến là tất cả những cá thể trong lĩnh vực thể hiện và C(x) đúng với tất cả các cá thể thuộc khái niệm C. Trong logic mô tả còn tập trung vào những cấu trúc để thiết lập mối quan hệ giữa những khái niệm. Ví dụ như giới hạn giá trị được viết R.C yêu cầu tất cả những cá thể trong mối quan hệ R đều thuộc khái niệm C.
Về phần ngữ nghĩa, những khái niệm được xác định bởi một tập thể hiện: Một khái niệm được thể hiện như một tập những cá thể và những quan hệ được thể hiện như tập hợp những cặp cá thể. Lĩnh vực của sự thể hiện có thể được chọn tuỳ ý và có thể là vô hạn. Tính vô hạn của lĩnh vực và tính mở của ngữ nghĩa là những đặc tính riêng biệt của logic mô tả. Những khái niệm nguyên tử được thể hiện là một tập con của những thể hiện trong lĩnh vực, trong khi đó ngữ nghĩa của những cấu trúc khác nhau được xác định bởi tập hợp những cá thể được mô tả bởi cấu trúc đó.
Ví dụ ta có cấu trúc như C D là tập những cá thể thuộc phần chung của những cá thể được mô tả bởi C và D. Giả sử chúng ta có Person, Male, Woman, Doctor là (LUAN.ta TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.ta - 10 - những khái niệm nguyên tử, hasChild là quan hệ nguyên tử. Sử dụng các phép toán giao, hợp và phủ định của những khái niệm chúng ta có thể mô tả khái niệm “những người có giới tính nam” và “trai hoặc gái” như sau: Person Male Male Male Hầu hết những ngôn ngữ cung cấp lượng từ tồn tại đầy đủ và ràng buộc giá trị để chúng có thể mô tả các khái niệm như: 1) “Người phụ nữ có con và tất cả chúng đều là con gái” Woman hasChild. Male 2) “Người có con trai” Person hasChild.Male Lượng từ tồn tại và lượng từ với mọi có ý nghĩa trong việc mô tả mối quan hệ giữa những khái niệm.
Một loại quan hệ khác của quan hệ giới hạn là quan hệ ràng buộc về số lượng là ràng buộc lực lượng của những tập hợp cá thể thoả quan hệ. Ví dụ như ( 5hasChild) ( 2hasChild. Ràng buộc về số lượng đôi khi cũng được xem là đặc tính riêng biệt của logic mô tả mặc dù chúng ta có thể tìm thấy một vài cấu trúc tương tự trong một số ngôn ngữ cơ sở dữ liệu. Từ những cấu trúc đã giới thiệu, logic mô tả sử dụng chúng để biểu diễn tri thức cho lĩnh vực mà hệ thống đề cập.
Việc biểu diễn tri thức thông qua hai thành phần TBox và ABox và được xem là cơ sở tri thức trong các hệ thống. TBox chứa đựng tập hợp những thuật ngữ “Terminology” của lĩnh vực quan tâm và ABox là tập những xác nhận của các cá thể thuộc những khái niệm hay những quan hệ trong TBox. Bên cạnh việc lưu trữ tri thức trong các cơ sở tri thức, việc lập luận trong logic mô tả đóng vai trò quan trọng cho việc (LUAN.ta TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.ta - 11 - thành công của các hệ thống sử dụng logic mô tả. Những dịch vụ lập luận cho TBox và ABox cùng với những thuật toán lập luận như thuật toán bao hàm (Subsumption algorithm), thuật toán thoả (Satisfiability algorithm) đã cung cấp cho logic mô tả những công cụ lập luận hữu hiệu để giải quyết các bài toán thực tế.
Trong chương tiếp theo sẽ đề cập đến việc biểu diễn tri thức cũng như lập luận trong logic mô tả đầy đủ hơn. Nhiều nghiên cứu về thuật toán lập luận được thực hiện nhằm cải thiện độ phức tạp tính toán trong các thuật toán để được những thuật toán tối ưu và từ đó xây dựng những hệ thống thông tin hữu hiệu hơn.3 Sơ lược lịch sử nghiên cứu về logic mô tả Quá trình nghiên cứu về logic mô tả có thể chia ra làm bốn giai đoạn như sau: Giai đoạn 1: Giai đoạn vào đầu những năm 80, tập trung nghiên cứu về những hệ thống như KL-ONE, LOOM. chủ yếu nghiên cứu cấu trúc những thuật toán. Những hệ thống này đã sử dụng những thuật toán có cấu trúc như thuật toán bao hàm cho việc lập luận.
Những nghiên cứu lúc đó tập trung vào các ngôn ngữ mô tả diễn cảm nhưng không có các phép phủ định, lượng từ tồn tại và lượng từ với mọi. Những thuật toán đó được sử dụng rất hiệu quả, nhưng đã gặp một trở ngại lớn trong việc mô tả những logic mô tả không rõ ràng. Giai đoạn 2: Giai đoạn vào giữa những năm 80, trong giai đoạn này tập trung phát triển những thuật toán bảng cho logic mô tả và nghiên cứu về độ phức tạp của kết quả nhận được và cố gắng tìm ra những thuật toán tối ưu cho việc lập luận trong logic mô tả. Giai đoạn 3: Giai đoạn vào những năm cuối của thập niên 80 và những năm đầu của thập niên 90 nghiên cứu về những thuật toán bảng cho logic mô (LUAN.ta TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.ta - 12 - tả diễn cảm và tìm ra những thuật toán tối ưu nhất đồng thời nghiên cứu mối liên hệ giữa logic mô tả đến các ngôn ngữ logic khác như modal logic, xác định logic mô tả là một ngôn ngữ con của logic vị từ và những hệ thống đã được tạo ra trong giai đoạn này như FACT, RACE.
Giai đoạn 4: Bắt đầu từ cuối những năm 90 cho đến nay, đây là giai đoạn mà các ứng dụng của logic mô tả được tập trung nghiên cứu và hoàn thiện chúng, tập trung theo hướng tạo ra các ứng dụng và công cụ từ logic mô tả như: - Về cơ sở dữ liệu: Nghiên cứu về tính nhất quán của các lược đồ khái niệm, các truy vấn mang tính bao hàm. - Về ontology và semantic web, Gid và e-science như các kỹ nghệ ontology, lập luận với ontology, những dịch vụ mô tả và khám phá trang web.