[論文レビュー] Query Answering in Object Oriented Knowledge Bases in Logic Programming: Description and Challenge for ASP

Vinay K. Chaudhri, Stijn Heymans+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2013

Logic, Reasoning, and Knowledge参考文献 18被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、生物学の教科書から抽出された大規模なオントロジー指向知識ベース、KB_Bio_101を紹介する。この知識ベースは、複雑なクエリの回答を可能にするために、答え集合プログラミング（ASP）で形式化されている。本稿では、概念の差異、個々の間の関係、経路計算、制約に基づく推論の4つの実用的クエリタイプを提示し、これらは無限のグランドイング、決定不能性、およびグラフ構造のオブジェクトと等価制約の効率的処理を必要とするため、現在のASPソルバに大きな課題を突きつける。

ABSTRACT

Research on developing efficient and scalable ASP solvers can substantially benefit by the availability of data sets to experiment with. KB_Bio_101 contains knowledge from a biology textbook, has been developed as part of Project Halo, and has recently become available for research use. KB_Bio_101 is one of the largest KBs available in ASP and the reasoning with it is undecidable in general. We give a description of this KB and ASP programs for a suite of queries that have been of practical interest. We explain why these queries pose significant practical challenges for the current ASP solvers.

研究の動機と目的

• ASPソルバの開発を進めるために、現実世界の、大規模な知識ベースとしてのKB_Bio_101を提示すること。
• インテリジェントチューティングシステム（例：Inquire）に関連する実用的クエリの4つのクラスを特定し、形式化すること。
• 現在のASPソルバが関数記号、グラフ構造のオブジェクト、等価制約を処理する際の限界を強調すること。
• 拡張されたASP言語のための新しいグランドイング技術と推論戦略の開発を促すこと。
• 共通の複雑な知識ベース上で、ASPと記述論理のパラダイムを比較評価可能にするための基盤を提供すること。

提案手法

• クラスの階層、関係、ドメイン/レンジ制約、記述的ルールをサポートするオブジェクト指向知識ベース（OOKB）の意味論を用いて、KB_Bio_101を形式化する。
• 関数記号とグラフ構造のオブジェクトをサポートする概念的モデリング層を介して、OOKBをASPプログラムに変換する。
• 4つのクエリタイプを定義する：(1) 2つの概念の差異を計算すること、(2) 2つの個々の間の関係を特定すること、(3) クラス階層における経路計算、(4) 等価性と基数制約を含む制約に基づく推論。
• 否定を失敗として扱うASPルールを用いて、クエリ論理を表現し、一意性と整合性を保証する制約を含む。
• 既存のシステム（例：AURA）でヒューリスティクスと深さ制限を用いて経路計算を近似するが、完全性に欠けることを認識する。
• KB_Bio_101がグラフ構造の記述と等価制約を含むため、決定可能である記述論理では表現できないことを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 生物学の教科書から得られる複雑な現実世界の知識を、オブジェクト指向知識ベースモデルを用いてASPで形式的に表現するにはどうすればよいか？
• RQ2 関数記号の使用と無限のグランドイングにより、KB_Bio_101のグランドイングと推論において直面する主な課題は何か？
• RQ3 なぜKB_Bio_101の推論は一般に決定不能であり、ASPソルバ設計にどのような影響を及えるのか？
• RQ4 KB_Bio_101のクエリタイプは、特に経路計算と制約処理において、現在のASPソルバの能力をどのように試しているのか？
• RQ5 グラフ構造的で等価性が豊富な知識ベースに対して、ASPと記述論理の相対的な利点と限界は何か？

主な発見

• KB_Bio_101は、実際の教科書から抽出され、インテリジェントチューティングシステムで使用されているため、公開済みのASP知識ベースの中で最も大規模なものの一つである。
• 関数記号を含むルールを含んでおり、これにより無限のグランドイングが生じ、現在のASPソルバにとって大きな課題となっている。
• グラフ構造の記述と等価制約の存在により、KB_Bio_101の推論は一般に決定不能である。
• 2つの概念間のすべての経路を計算するクエリは計算量的に指数的であり、現在のツールでは完全に計算することは現実的ではない。
• AURAにおける既存の経路計算実装はヒューリスティクスと深さ制限に依存しており、完全性に欠け、重要な関係が見逃されることがある。
• KB_Bio_101は、スコールム関数を含む等価制約とグラフ構造のオブジェクトをサポートするため、決定可能な記述論理では表現できない。