Distributed Open Answer Set Programming

Das "Semantic Web" verkörpert die Vision eines Internets, in dem Informationen mit Hilfe von Ontologien dargestellt werden, um deren automatische Verarbeitung und eine gezielte Informationsbeschaffung zu ermöglichen. Ontologien werden durch logik-basierte Wissensrepräsentationsformalismen beschrieben. Ontologiesprachen basieren dabei klassischerweise entweder auf Beschreibungslogiken oder auf nichtmontonen, regel-basierten Formalismen. Seit jüngster Zeit gibt es jedoch intensive Forschungsbestrebungen zur Entwicklung hybrider Repräsentationsformalismen, die Vorteile beider klassischen Ansätze vereinen. Zu diesen zählt auch Open Answer Set Programming, eine Sprache, die die Logic Programming Sprache um offene Domänen (Bereiche?) erweitert. Diese sind Obermengen der Konstanten des Programms, die zum Grounding des Programms verwendet werden können. Die Menge und Vielfalt der Informationen im Internet wird in unterschiedlichen Ontologien, einige von ihnen mit überlappendem Inhalt, abgebildet. Ontologien werden durch Abbildungen in Form von logischen Axiomen, die Elemente verschiedener Ontologien miteinander in Beziehung setzen, verbunden. Diese Abbildungen führen damit zu sogenannten Ontologienetzwerken. Eine der Herausforderungen im Umgang mit solchen Ontologie-Netwerken zur formalen Repräsentation von Andwendungswissen ist der Entwurf geeigneter Methoden des logischen Schliessens, insbesondere unter dem Aspekt der Skalierbarkeit. Ein vielversprechender erster Schritt in diese Richtung ist die sogenannte "Local Model" Semantik, die zum logischen Schliessen im Rahmen von Multi-Kontext-Systemen (MKS) entwickelt wurde und heute erfolgreich als Basis mehrerer Repräsentationsformalismen zur Modellierung verteilter Wissensbasen dient. Keine der bisher vorgeschlagenen verteilten Formalismen basiert jedoch auf einer hybriden Repräsentationssprache. Aufgrund des zunehmenden Interesses an hybriden Wissensrepäsentationsformalismen als Basis des Semantic Web, schlagen wir die Entwicklung eines neuen, adequaten Repräsentations- und Inferenzsystems für das Semantic Web vor, nämlich eine verteilte Erweiterung des hybriden Formalismus OASP, das wir als "Distributed Open Answer Set Programming" (DOASP) bezeichnen. DOASP wird die Darstellung von Ontologienetzwerken erlauben, wenn die Ontologien und Mappings OASP-Theorien sind. Die Semantik von DOASP wird eine Kombination von "Local Model Semantik" und OASP Semantik sein. Wir planen Fragmenten von DOASP zu identifizieren, in denen das logische Schliessen entscheidbar ist, und effiziente Algorithmen zum logischen Schliessen in diesem Fragmenten zu entwerfen. Unsere Algorithmen versuchen die Verteiltheit der Wissensbasis zu nutzen, indem Anfragen an die Wissensbasis durch Aufruf lokaler Inferenzalgorithmen auf verschiedenen verteilten Knoten und anschliessendes Zusammenführung der entsprechenden Antworten beantwortet werden. Während Algorithmen für das Schliessen mit kontextualen Default Theorien und kontextualen ASP bereits existieren, stellt logischen Schliessen mit DOASP unter anderem deshalb eine Herausforderung dar, da bisher nicht einmal Inferenz-Algorithmen für lokales Schliessen, d.h. Schliessen mit entscheidbaren Teilen von OASP entwickelt wurden. Daher wird ein wichtiger Baustein in unserer Forschung die Definition von effizienten Inferenzprozeduren für OASP sein.

Semantische Technologien umfassen ein weites Spektrum von verschiedenartigen Sprachen der Wissensrepräsentation: das Resource Description Framework (RDF und RDF(S)), die Web Ontology Language (OWL), das Rule Interchange Framework (RIF) und viele mehr. Zwei der der oben genannten Techologien bauen auf voneinander grundlegend abweichenden logischen Formalismen auf: OWL-(DL) auf Description Logic und RIF auf regelbasierten Annäherungen. Aufgrund dieses Unterschiedes ist die Anwendung dieser zwei Sprachfamilien sehr unterschiedlich. Ontologiesprachen, wie zum Beispiel OWL, werden für die Beschreibung von terminologischen Abläufen (Konzepte und der Verknüpfung einzelner Konzepte) verwendet, während regelbasierte Annäherungen im Allgemeinen bei dynamischeren Abläufen angewendet werden (zum Beispiel in Form von Geschäftsregeln). Dieses Zusammenspiel von Terminologien und dynamischem Schließen aufgrund dieser Terminologien verlangt nach einer formalen Vernetzung von Ontologie- und Regelsprachen. Oder, bezugnehmend auf den Ausgangspunkt der ihnen zugrundeliegenden logischen Formalismen, einer Vernetzung von Description Logic und Logikprogrammierung. Die Ansatz zu einer solchen Rahmenkonstruktion war das Ergebnis von Dr. Heymans Forschungen im Rahmen seiner Dissertation: Open Answer Set Programming. Open Answer Set Programming kombiniert die Vorteile beider Welten: offene Domänen und die Entscheidbarkeit der Description Logic Welt auf der einen und den nicht-monotonen, regelbasierten Wissensausdruck der Logikprogrammierung auf der anderen Seite. In dieser Arbeit wurden Komplexität und Entscheidbarkeit erforscht und auf ihre Anwendbarkeit für die Repräsentation von hybriden Vernetzungsansätze untersucht. Im FWF-Projekt "Distributed Open Answer Set Programming" haben wir uns auf die Definition von schlussfolgernden Algorithmen konzentriert. Tatsächlich gab bis zum Zeitpunkt dieses FWF-Projektes keine schlussfolgernden Algorithmen für Open Answer Set Programming, was den Einsatz des Systems behinderte. Die Bestimmung von schlussfolgernden Algorithmen für Open Answer Set Programming hat sich als sehr schwierige Aufgabe erwiesen, die wir erfolgreich bewältigen konnten. Aufgrund der den grundlegend verschiedenen, zugrundeliegenden Rahmenbedingungen schwierig: Description Logic Tableau Algorithmen arbeiten mit offenen Domänen, gehen aber nicht auf die Nicht-Monotonie der Sprache ein. Im Gegensatz dazu arbeiteten die Logikprogrammierung-Ansätze mit der Nicht-Monotonie nicht aber mit den offenen Domänen. Wir konnten erfolgreich schlussfolgernde Algorithmen für ausdrucksfähige, entscheidbare Fragmente für Open Answer Set Programming definiert und damit den Einsatz der Vernetzungsansätze ermöglicht.