网络， 逻辑，与知识社会-- 论语义网的逻辑基础及其应用

Web, Logics, and Knowledge-based Society--On the Logical Foundation of the Semantic Web and its

Applications

黄智生Zhisheng Huang

荷兰阿姆斯特丹自由大学计算机科学系Vrije University Amsterdam

huang@cs.vu.nl

22009 Beijing

Outline

• 逻辑，推理与知识社会• 网络与知识社会• 语义网的逻辑基础• 语义网与本体技术应用实例• 结论

32009 Beijing

逻辑，推理与知识社会

一个现代中国知识分子不断探寻的问题：中国文化与如何走向现代化

42009 Beijing

52009 Beijing

无所不在的逻辑推理与决策判断问题 逻辑推理， 管理水平与执政能力 网络信息资源与知识社会

逻辑，推理与知识社会

62009 Beijing

逻辑与科学Logics and Sciences

一部人类文明史就是一部人类思想发展史，也就是一部基于逻辑分析的科学思维的发展史。

基于逻辑的分析方法已经成为现代科学的基石，贯串着科学领域的方方面面。

它不仅是所有自然科学领域的方法论基础，也是所有社会科学领域的方法论基础。

72009 Beijing

避免对逻辑的一个常见误解Avoiding a Pervasive

Misunderstanding on Logics 逻辑理论实际上是一个规范性的（ normative ）理论，而不是一个描述性的（ descriptive ）理论， 也就是说，它并不是来描述人类究竟是采用何种形式来推理的，而是来研究人类应如何更有效地进行推理的。

82009 Beijing

现代科学与逻辑思辩方法现代科学与逻辑思辩方法斯宾诺莎（ 1632-1677 ）（荷）：伦理学笛卡尔（ 1596-1650 ）（法）：第一哲学的沉思牛顿（ 1643-1727 ）（英）：力学体系罗素 （ 1872-1970 ）（英）数理逻辑与现代数学布劳维尔（ 1881-1966 ）（荷）：直觉主义逻辑

92009 Beijing

分析性思维的基本法则 （定义优先原则）避免在基本定义上的误解，先

要把基本定义说清楚； （公理约定原则）基本公理是一种约定，而不必

证明； （逻辑推论原则）只要同意了基本定义和基本公

理，结论从逻辑推理中自然获得； （公理自明原则）：由于公理是一种约定，故要

尽可能地自明； （最少公理原则）：由于公理是容易引起争议的，

要尽可能地少。

102009 Beijing

从我们身边每天发生的事情说起

112009 Beijing

众说纷纭话“感恩”不应该取消，既然主动资助别人，主观上就不应图回报

应该取消，不知感恩的人很难期望他们将 来回馈社会。

鄙视这些要求大学生感恩的企业家。贫穷的大学生不是叫花子！他们一心放在学习上，将来为社会做了贡献就是对你最大的回报。

122009 Beijing

众说纷纭话“感恩” 这是一个社会问题 ,中国应该把素质教育当做重点课程 ,都读大学还不会感恩这是中国教育界的

失败 人是社会动物，对别人的善意做出正确的反馈是基本的道理，如果连这点游戏规则都不懂的话，

那读这么多书简直就是浪费！ 上学是他们应有的权利 !靠别人捐助施舍才得到 ,该感谁的恩 ?

滴水之恩，涌泉相报！

132009 Beijing

感谢的逻辑

Thank i,j [doj(a)] [doj(-a)] done(j,a) (Ui()>

Ui()) (Uj ()> Uj()).

某甲应该就某事感谢某乙当且仅当 某乙是该事的行动者而且某甲从中得到好处（ utility ）而某乙从中失去好处。

142009 Beijing

弱感谢标准

Thank i,j [doj(a)] [doj(-a)] done(j,a)

(Ui()> Ui())

某甲应该就某事感谢某乙当且仅当 某乙是该事的行动者而且某甲从中得到好处。

152009 Beijing

感谢与义务

Thank i,j [doj(a)] [doj(-a)] done(j,a)

Ojdone(j,a) (Ui()> Ui()) (Uj ()> Uj ())

某甲应该就某事感谢某乙当且仅当 某乙是该事的行动者而且某甲从中得到好处而某乙从中失去好处而且某乙没有义务必须这么做。

162009 Beijing

感谢与认知

Thank i,j Ki[doj(a)] Kj[doj(-a)] done(j,a)

Ki(Ui()> Ui()) Ki(Uj()> Uj())

某甲应该就某事感谢某乙当且仅当 某乙是该事的故意行动者以使某甲从中得到好处。

172009 Beijing

感恩

某甲应该就某事感恩某乙当且仅当 某乙是该事的行动者而且某甲从中得到极大好处

而某乙从中蒙受许多损失。

Gratitude i,j [doi(a)] [doi(-a)] done(j,a)

(U i()-U i())>Gi (Uj()-Uj()) >Gj).

182009 Beijing

弱感恩标准 I

某甲应该就某事感恩某乙当且仅当 某乙是该事的行动者而且某甲从中得到好处而某

乙从中蒙受许多损失。

Gratitude i,j [doi(a)] [doi(-a)] done(j,a)

(Uj()>Uj()) (Uj()-Uj()) >Gj).

192009 Beijing

弱感恩标准 II

某甲应该就某事感恩某乙当且仅当 某乙是该事的行动者而且某甲从中得到极大好处。

Gratitude i,j [doj(a)] [doj(-a)] done(j,a)

(Ui()-Ui()) >Gi.

202009 Beijing

感谢与信息传递

Thank i,j [doj(a)] [doj(-a)] done(j,a)

Ojdone(j,a) (Ui()> Ui()) (Ui()> Ui())

说声谢谢 等于 进行下列言语确认行动：1) （主体角色的确认）：是您为我作了这件事；2 ）（利益转移的确认）：从中我得了好处而您蒙

受了损失；3 ）（义务免除的确认）您本没有义务这么做。

212009 Beijing

不感谢意味着什么？

使用逻辑方法进行推算：

Thank i,j （ [doj(a)] [doj(-a)] done(j,a) ） V

Ojdone(j,a) V （ (Ui()> Ui()) (Ui()> Ui()) ）

不道谢 等于 作了下列言语行动之一：1) （主体角色的否认）：不是你为我作了这件事；或者 2 ）（利益转移的否认）：从中我没得了好处

或你没蒙受什么损失；或者 3 ）（义务的确认）你这么做是应该。

222009 Beijing

分析的结论 贫困大学生不必感恩企业家的资助，应为

每年一千元的支持不构成该感恩的标准。贫困大学生应该向企业家致谢，应为无论采

取何种标准，都构成应该致谢的事情。懂得致谢是所有文明人都应该知道的一种行

为规范。企业家有理由终止资助，因为没有信息渠道

可以表明受助大学生懂得文明规范。

232009 Beijing

242009 Beijing

逻辑的作用

Thank i,j Ki[doj(a)] Kj[doj(-a)] done(j,a)

Ojdone(j,a) (Ui()> Ui()) (Ui()> Ui())

Ki ： 知识与相信的逻辑（ Logic of knowledge and belief)

[doj(a)] ： 动态逻辑 (Dynamic Logic) Ui()> Ui() ： 偏爱逻辑 (Preference Logic) Oj done(j,a) ：义务逻辑（ Deontic Logic） 命题逻辑 (Propositional Logic) 一阶谓词逻辑 (First Order Predicate Logic)

252009 Beijing

推理与模糊性 不确定性通过多种定义来体现多个前提的共同结论构成模糊推理的下界 从至少一个前提推出的结论构成模糊推理

的上界

262009 Beijing

逻辑与判断：更多的例子 南京彭宇案：概率推理，常识推理与司法论证

何祚庥炮轰中医：陈晓旭就是被中医害死的： 因果推理问题中国牙膏 :二甘醇问题：关于安全的推理

岳飞文天祥是否是民族英雄？语言哲学与时间推理问题

接受库哈斯的央视大楼解释也是崇洋媚外 : 关于信息来源权威性的推理和寓意的逻辑。。。。

272009 Beijing

282009 Beijing

292009 Beijing

郑州官员“说话门”事件 据中央人民广播电台经济之声 2009 年 6月 17日报道，河南郑州市须水镇西岗村原本被划拨为建设经济适用房的土地被开发商建了别墅和楼中楼，记者对郑州市规划局进行采访时遭到副局长质问：是准备替党说话，还是准备替老百姓说话 ?

302009 Beijing

一个来自实际生活的例子 Disjoint （执政者， 执政者）即执政者与非执政者是（完全）不一样的

• Disjoint （从执政者角度说话， 从非执政者角度说话）即从执政者角度说话与从非执政者角度说话是

（完全）不一样的• 从 X角度说话 =>替 X 说话即从 X角度说话就表明了是替 X 说话

312009 Beijing

一个来自实际生活的例子（续） 党 = 执政者 即党等于执政者 老百姓 =非执政者即老百姓等于非执政者

是否可以推出下列结论？Disjoint （替党说话， 替老百姓说话）你是准备替党说话，还是准备替老百姓说话 ?

322009 Beijing

万维网 : 影响和展望WWW: Its impacts and

visions

332009 Beijing

网络 1.0 Web1.0

342009 Beijing

网络 2.0 Web2.0

352009 Beijing

对网络 3.0 的期待Expectations on Web3.0

新颖性 (Novelty) ： 它不同于已有的 Web1.0和Web2.0 的技术，它能提供全新的一代网络服务模式 (即为什么不是Web1.0或Web2.0 ）

从字面上看对Web3.0 的特征期待：

• 可行性 (Achievability) ：它在现有的网络环境下，经过努力是可能实现的， 它并不存在不可逾越的技术障碍（即为什么不是 Web4.0 或更高）。

• 迫切性 (Urgency) ：它提供网络服务是当前社会迫切需要的，它的技术引入是能够对社会产生重大影响。（即为什么只能是 Web3.0 ）

362009 Beijing

网络 3.0 的种种说法Varieties of Web 3.0

网站内的信息可以直接和其他网站相关信息进行交互，能通过第三方信息平台同时对多家网站的信息进行整合使用；用户在互联网上拥有自己的数据，并能在不同网站上使用；完全基于Web ，用浏览器即可以实现复杂的系统程序才具有的功能。

• Web3.0 将由一些很小的网上应用程序组成， 即不同网站间的服务的融合和集成 。

• 机器要思考了， 采用人工智能技术，这就是 Web3.0 。• Web3.0将以网络化和个性化为特征 . 一是数据和应用不需要在计算机上运行，可以全部存储在网络服务端；二是在任何一台电脑上，甚至在电话和电视上，只要打开浏览器就能进入自己的世界。

372009 Beijing

网络 3.0 Web3.0

382009 Beijing

网络 1.0 – 网络 2.0 – 网络 3.0Web1.0 – Web2.0 – Web3.0

• 网络 1.0 ： 文件网 Web1.0: Web of documents

• 网络 2.0 ： 人际 / 社会网 Web2.0: Web of persons

• 网络 3.0 ： 数据网 Web3.0: Web of data (semantics)

392009 Beijing

网络发展整体观

402009 Beijing

语义联接的好处：从一个实例说起

Advantages of Linked Data

412009 Beijing

数据联接的好处：小结• 现有的网页是供人们阅读的，不便于机器自动处

理，数据联接便于机器自动处理• 文件联接在局部文字上只允许一个链接，而数据联接对局部文字支持多重链接

• 文件联接只提供部分文字链接，而数据联接保证全文链接

• 基于关键词的搜索引擎如 Google虽然看起来支持全文检索，但它不能区分同一个词的不同含义，这对于人名，地名等重复性频率较高的问题领域处理尤其困难，而且在许多具体应用领域一词多义的情形比比皆是。

422009 Beijing

数据联接的统一概念格式 三元组 (Triple) 方法 : <subject, predicate,

object>

例子： <zhishengHuang, isStaffof, VrijeUnivAm> 提供网络资源的描述能力例子： <http://wasp.cs.vu.nl/~huang, isStaffof,

http://www.vu.nl> 提供语义的唯一标识 让数据内容独立于表达形式 提供初步的语义推理能力

432009 Beijing

为什么推理支持是必要的？例子：从 ZhishengHuang 是自由大学的雇员

和自由大学在阿姆斯特丹，能够推出ZhishengHuang 在阿姆斯特丹工作。

<ZhishengHuang, isStaffof, VrijeUnivAm><VrijeUniv, inCity,Amsterdam>,<?x, isStaffof, ?y>,<?y,inCity,?z> -><?

x,worksin,?z>=》 <ZhishengHuang, worksin, Amsterdam>

442009 Beijing

语义网与本体Semantic Web and

Ontologies

452009 Beijing

资源描述框架Resource Description Framework(RDF)

• Metadata is machine understandable information about web resources or anything that has an URI, it is represented as a set of independent assertions:

http://wasp.cs.vu.nl/sekt/dig/dig.pdf

ZhishengCreator

CeesCreator

Triple: T(subject, attribute, values)

<rdf:Description about="http://wasp.cs.vu.nl/sekt/dig/dig.pdf"> <dc:Creator rdf:ressource="http://www.cs.vu.nl/~huang"/> <dc:Creator rdf:ressource="mailto:ctv@cs.vu.nl"/> </rdf:Description>

462009 Beijing

资源描述框架模式RDF Schema (RDFS)

• RDFS defines vocabulary for RDF• Organizes this vocabulary in a

typed hierarchy– Class, subClassOf, type– Property, subPropertyOf– domain, range

472009 Beijing

RDFS

Prof. QuHu，W

Person

PhDStudent Professor

subClassOfsubClassOf

type

hasSuperVisordomain range

type

482009 Beijing

本体的主要特征Key features of an Ontology

•特殊与一般关系 InstanceOf Relation (Instances)

•部分与整体关系 PartOf Relation (property)

•概念层次性 Concept hierarchy,

–概念包含关系 concept subsumption

492009 Beijing

描述逻辑 Description Logic

Knowledge Base

Tbox (schema)

Abox (data)

Man ´ Human u Male

Happy-Father ´ Man u 9 has-child Female u …

John : Happy-Father

hJohn, Maryi : has-child Infe

ren

ce S

yste

m

Inte

rface

502009 Beijing

Basic Description Logic: AL Concept Expressions:

– A (atomic concept)– (universal concept) (bottom concept)– A (atomic negation)– C ⊓ D (intersection) R.C (value restriction) R.T (limited existential quantification)

where A is a concept name, C and D are concept expressions, and R is a role expression

512009 Beijing

Family of AL language C ⊔ D (Union) R.C (Full Existential Quantification) C (Complement) Number restriction

– ( n R) (at least restriction)– ( n R) (at most restriction)

Qualified number restriction– ( n R.C) (at least restriction)– ( n R.C) (at most restriction)

Transitive Role: R+

Inverse of Role: I Role Hierarchies R S: H

522009 Beijing

Examples

woman ≡ person ⊓ female

man ≡ person ⊓ woman

mother ≡ woman ⊓ hasChild.person

father ≡ man ⊓ hasChild.person

532009 Beijing

Example whitehorse ≡ horse ⊓ white. color(white).

•whitehorse ≡ horse ⊓ hasColor. {white}.

这里 white 是一个列名（ nominal）

•whitehorse ≡ horse ⊓ hasColor. {white} ⊓ hasColor. {white}.

542009 Beijing

Decidable Subset of First-Order Logic – Equivalent to 3 Variable Fragment (Borgida 1996)– Model theoretic semantics by mapping to abstract domain

Provides Primitives for defining Conceptual Knowledge– Concept Expressions (Formulas with 1 free variable) for describing

Sets of Objects• Boolean Operators: C D, C D, C• Quantifiers: (R.C), (P.C) • Cardinality Constraints: (= n R), (> n R), (< n R), ( n R), ( n R)

– Axioms define relations between concepts• Subsumption: C D • Equivalence: C D• Disjointness: C D

Description Logics

552009 Beijing

DL Semantics Interpretation function extends to

concept expressions in an obvious(ish) way, i.e.:

562009 Beijing

网络本体语言Web Ontology Language (OWL)

• OWL is built on top of RDF • OWL is for processing information on the

web • OWL was designed to be interpreted by

computers • OWL was not designed for being read by

people • OWL is written in XML • OWL is a web standard

572009 Beijing

582009 Beijing

五句话介绍语义网的主要思想：

Why the Semantic Web？•任任何信息系统都需要数据；•数数据表示要独立于具体的应用和平台，以保证最大程度地可重用；•采用统一的数据概念表示以保证数据表示独立于具体系统（即可采用 Triple/Tuple 形式） ；•数数据应能描述网络资源（即要采用 RDF/RDFS 或其他类似的语言）•数数据应提供初步的推理支持（即要采用 OWL 或其他知识表示语言）

（注意； RDF/RDFS/OWL均采用 Triple 语义模型）

592009 Beijing

发展趋势

根据美国著名市场研究公司 Gartner 的 2007 五月份报告， 到 2012 年， 70% 的公开网页将带有一定程度的语义标注， 20% 将使用更强的基于语义网的本体。Gartner (May 2007):

"By 2012, 70% of public Web pages will have some level of semantic markup,

20% will use more extensive Semantic Web-based ontologies”

602009 Beijing

海量语义数据的一部分Ontologies and Metadata: Billion

Triples dataset（十亿三元组数据集）• 雅虎数据

• 东南大学数据• 马里兰大学• 英国 open 大学• SemWebBase

（ DERI)• 维基百科• 地理名字• 出版物• 英文语义词典• Freebase• 美国政府数据

612009 Beijing

Linked Data 2009

622009 Beijing

一个具体的数据联接的实例http://sindice.com/apiv2/search?q=%22zhisheng%20huang

%22&format=atom&page=1&qt=term

632009 Beijing

一个具体的数据联接的实例http://sindice.com/apiv2/search?q=%22zhisheng%20huang%22&format=atom&page=5&qt=term

642009 Beijing

让数据内容独立于表达形式

652009 Beijing

Key Issues of Web3.0

数据，知识与语义 data ， knowledge， and semantics

语义相关性， 语义相似性，与语义距离Semantic relevance, semantic similarity, and

semantic distance 知识表示与推理Knowledge representation and reasoning 海量语义数据处理 Scalability 近似推理 Approximate reasoning

662009 Beijing

语义网应用的一些实例：DBpedia Mobile

http://beckr.org/DBpediaMobile/?location=Beijing http://beckr.org/DBpediaMobile

672009 Beijing

芬兰医疗语义网 HealthFinland – Health Information on the Semantic Web

http://www.seco.tkk.fi/applications/tervesuomi/ provide a new kind of solution approach to these

problems on a national Finnish level. The system consists of three main components: – Metadata, ontology, and service infrastructure. – Semantic content creation process. A content

creation and harvesting system has been implemented for producing semantically annotated contents, based on the shared metadata model and ontologies.

– Semantic portal HealthFinland (TerveSuomi) and its services. The material is published via a semantic portal that creates a single national entry-point for health information, health promotion and health-related news.

682009 Beijing

National Semantic Web Ontology Project in Finland

(FinnONTO), National Semantic Web Ontology Project in Finland (FinnONTO), 2003-2007

A large national continuation project of FinnONTO, called Semantic Web 2.0 (FinnONTO 2.0), started in the beginning of 2008.

The research is directed and is mostly carried our by the Semantic Computing Research Group (SeCo) at the Helsinki University of Technology (TKK) and the University of Helsinki. Also the University of Tampere is contributing to the work.

The consortium behind the project included 37 public organizations and companies funding the research during the final year 2007. This consortium represents a wide area of functions of the society including museums, libraries, business, health organizations, government, media, and education. Public organizations, companies, and universities are participating in the project.

692009 Beijing

http://www.ontology-advisory.org/

702009 Beijing

712009 Beijing

722009 Beijing

Balkenende attacks Bos

“You’re a twister and dishonest”, said the Christian Democrat about his most main opponent (30/10/06)

Polls: SP at 25 seats larger than VVD

According to a poll conducted by TNS/NIPO, the SP has risen to be the third largest party. (7/11/06)

Unrest in VVD over Rutte

Liberal MP’s also complain about personal campaign by Rita Verdonk. (1/11/2006)

Reality + SP

Reality - VVD

Balkenende – Bos

Balkenende: Bos - Ideal

VVD – VVD

VVD – Verdonk

语义网应用于政治分析实例研究： 2006 年荷兰大选

732009 Beijing

Relational Content Analysis

742009 Beijing

752009 Beijing

趋势分析与预测

762009 Beijing

772009 Beijing

时间推理

782009 Beijing

逻辑的作用

使用混合逻辑（ Hybrid Logic ）与事态逻辑描述性质：如 Internal Disagrement 等

详情见论文http://www.cs.vu.nl/~wva/pub/HL.pdf

792009 Beijing

Questions and Discussions