[논문 리뷰] Representing and Reasoning with Qualitative Preferences for Compositional Systems

Ganesh Ram Santhanam, Samik Basu외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 16.

Semantic Web and Ontologies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 구성적 시스템에서 질적 선호를 표현하고 추론하기 위한 형식 체계를 제안한다. 이는 내부 속성 간 선호와 속성 간 상대적 중요도에 기반한 지배 관계를 사용한다. 논문은 내부 속성 간 선호가 엄격한 부분순서이고 상대적 중요도가 간격 순서일 경우 지배 관계가 엄격한 부분순서가 됨을 입증하며, 이러한 조건 하에서 타당성, 약한 완전성 또는 완전성을 보장하는 알고리즘을 제시한다. 실험적 검증을 통해 높은 해의 품질과 효율성을 입증하였다.

ABSTRACT

Many applications, e.g., Web service composition, complex system design, team formation, etc., rely on methods for identifying collections of objects or entities satisfying some functional requirement. Among the collections that satisfy the functional requirement, it is often necessary to identify one or more collections that are optimal with respect to user preferences over a set of attributes that describe the non-functional properties of the collection. We develop a formalism that lets users express the relative importance among attributes and qualitative preferences over the valuations of each attribute. We define a dominance relation that allows us to compare collections of objects in terms of preferences over attributes of the objects that make up the collection. We establish some key properties of the dominance relation. In particular, we show that the dominance relation is a strict partial order when the intra-attribute preference relations are strict partial orders and the relative importance preference relation is an interval order. We provide algorithms that use this dominance relation to identify the set of most preferred collections. We show that under certain conditions, the algorithms are guaranteed to return only (sound), all (complete), or at least one (weakly complete) of the most preferred collections. We present results of simulation experiments comparing the proposed algorithms with respect to (a) the quality of solutions (number of most preferred solutions) produced by the algorithms, and (b) their performance and efficiency. We also explore some interesting conjectures suggested by the results of our experiments that relate the properties of the user preferences, the dominance relation, and the algorithms.

연구 동기 및 목표

• 기능적 제약 조건을 만족하는 객체들의 집합으로서의 대안들 중 최적의 조합을 식별하는 데 도전하는 것.
• 구성 요소 객체의 속성에 대한 질적 선호를 형식화하며, 이는 내부 속성 간 선호와 속성 간 상대적 중요도를 포함한다.
• 사용자가 지정한 선호 기반으로 조합 간 비교를 가능하게 하는 지배 관계를 정의하는 것.
• 형식화된 선호 조건 하에서 가장 선호되는 타당한 조합의 집합을 식별하는 알고리즘을 개발하는 것.
• 시뮬레이션 실험을 통해 알고리즘의 성능, 해의 품질 및 완전성 성질을 평가하는 것.

제안 방법

• 논문은 사용자가 지정한 속성에 대한 질적 선호 기반으로 조합에 대한 지배 관계 ≻d를 도입한다.
• 논문은 속성 값 간의 내부 속성 선호 관계 ≻′i를 정의하고, 속성 간 상대적 중요도 관계 ⊲를 정의한다.
• 지배 관계 ≻d는 주어진 선호 구조 하에서, 어떤 조합 C가 적어도 한 속성에서 더 선호되고 다른 모든 속성에서는 열 劣하지 않으면서 D를 지배하도록 구성된다.
• 논문은 ≻′i가 엄격한 부분순서이고 ⊲가 간격 순서일 경우 ≻d가 엄격한 부분순서임을 증명한다.
• 논문은 알고리즘 4를 제안하며, 이는 기능적 조합을 점진적으로 구축하고 지배성 검사를 통해 비지배 해의 집합을 유지한다.
• 더 이상 새로운 비지배 조합을 추가할 수 없을 때 알고리즘이 종료되며, 이는 지정된 선호 조건 하에서 타당성과 완전성을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사용자 선호 조건이 지배 관계 ≻d가 엄격한 부분순서가 되기 위한 조건은 무엇인가?
• RQ2 제안된 지배 기반 알고리즘이 모든, 일부, 또는 가장 선호되는 타당한 조합을 식별할 수 있는가?
• RQ3 사용자 선호의 성질(예: 간격 순서 대 약한 순서)이 알고리즘의 완전성 및 타당성에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 실제로 해의 품질과 계산 효율성 사이의 상충 관계는 어떠한가?
• RQ5 선호의 구조와 지배 관계가 발견된 가장 선호되는 해의 수에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 내부 속성 간 선호가 엄격한 부분순서이고 상대적 중요도 관계가 간격 순서일 경우 지배 관계 ≻d는 엄격한 부분순서이다.
• ≻d가 간격 순서일 경우 알고리즘 4는 타당하다. 즉, 진정으로 가장 선호되는 조합만 반환한다.
• ≻d가 간격 순서일 경우 알고리즘 4는 약한 완전성을 보장한다. 즉, 가장 선호되는 조합이 존재한다면 적어도 하나는 발견된다.
• ≻d가 약한 순서일 경우 알고리즘 4는 완전성을 보장한다. 즉, 모든 가장 선호되는 조합이 반환된다.
• 시뮬레이션 결과는 알고리즘이 높은 품질의 해를 효율적으로 생성하며, 가장 선호되는 해의 수는 사용자 선호의 구조에 따라 달라짐을 보여준다.
• 실험 결과는 상대적 중요도에 간격 순서가 적용될 경우 더 나은 해 집합 커버리지와 알고리즘 안정성이 달성됨을 시사한다.