De l'optimisation à la décomposition de l'ontologique dans la logique de description
Abstract
Reasoning with a large knowledge base of description logics (DLs) is a real challenge because of intractable inferences even with relatively inexpressive logic description languages. Indeed, the presence of axioms in the terminology (TBox) is one of the main reasons causing an exponential increase in the size of the search space explored by the inference algorithms. The reasoning in the description logics is essentially to test subsumption relations between concepts. Therefore, one always seeks to optimize this reasoning. The techniques for improving the performance of a DL reasoner therefore divide naturally into three levels. The first is the conceptual level considering techniques for optimizing the structure of axioms in the TBox. The second examines the algorithmic level techniques to reduce storage requirements of the tableaux algorithms and the number of subsumption tests. The third finds the strategies for optimizing the queries given to a knowledge base.In this thesis, we study an approach to ontology decomposition called the "overlap decomposition", which aims at optimizing the reasoning and methodology for ontology design. Optimization of reasoning is to find a method that sub-divides the axiom set of an ontology into a set of sub-ontologies. Each sub-ontology contains a subset of axioms of the original ontology. This allows a relative reduction of the reasoning time; methodology of the ontology design allows an ontology to be replaced by a set of ontologies in a more or less "optimal" organisation. For the first objective, the overlap decomposition of ontology results in the decomposing ontology (decomposing TBox) represented by the distributed description logic. Intuitively, implementing the reasoning algorithms simultaneously on these sub-ontologies - each having a reduced search space -could lead to a relative reduction of time. An important property of this ontology is that it is interpreted in the same domain as the original ontology. This is a basis which suggests two reasoning algorithms for the decomposing ontology. Regarding the goal of design methodology, we introduce two methods of ontology decomposition based on the heuristic graph decomposition. One is based on the minimal separators of graphs and the other is based on the normalised cut of the graph region.
Le raisonnement efficace dans une grande base de connaissance en logique de description est un défi actuel en raison des inférences "insurmontables", même pour des langages des logiques de description relativement inexpressives. En effet, la présence des axiomes dans la terminologie (TBox) est une des raisons importantes causant une augmentation exponentielle de la taille de l'espace de recherche explorée par les algorithmes d'inférence. Le raisonnement dans la logique de description (LD), c'est essentiellement le test de la relation de la subsomption entre les concepts. Par conséquent, on cherche toujours les expédients pour optimiser ce raisonnement. Des techniques d'optimisation pour améliorer la performance du raisonneur d'une LD se divisent donc naturellement en trois niveaux. Le premier est le niveau conceptuel considérant des techniques pour optimiser les structures d'axiomes dans la TBox. Le deuxième, le niveau algorithmique examinant des techniques pour réduire les exigences de stockage de l'algorithme de tableaux et pour optimiser le test de la relation de subsomption (satisfaisabilité). Le troisième, l'optimisation de requête cherchant des stratégies d'exécution optimales d'une requête d'interrogation dans une base de connaissances. Dans ce mémoire, nous avons étudié une approche de décomposition de l'ontologie s'appelant la "décomposition overlay" qui vise à un deux objectifs principaux : l'optimisation du raisonnement et la méthodologie de conception des ontologies. D'une part l'optimisation pour laquelle nous cherchons à diviser une ontologie dans un ensemble de sous ontologies dont chacune contient une partie de l'ensemble d'axiomes de l'ontologie originale permet d'obtenir ainsi une réduction relative du temps de raisonnement ; d'autre part la méthodologie de conception qui permet de remplacer une ontologie par un ensemble d'ontologies dans une organisation plus ou moins "optimale". Pour le premier objectif, la décomposition overlay d'une ontologie a comme résultat un ensemble de sous-ontologies regroupées dans une ontologie distribuée, appelée ontologie-décomposante (TBox-décomposante) et représentée par la logique de description distribuée. Intuitivement, le fait de pouvoir raisonner parallèlement sur ces sous-ontologies ayant chacune un espace de recherche réduit peut conduire à une réduction du temps relatif du raisonnement. Une propriété importante de cette ontologie est d'être interprétée dans le même domaine que l'ontologie originale. Ceci est une base qui nous suggère la proposition de deux algorithmes de raisonnement pour cette ontologie-décomposante. Concernant l'objectif de méthodologie de conception, nous introduisons deux méthodes de décomposition de l'ontologie reposant sur la décomposition heuristique des graphes. Une méthode repose sur la décomposition selon les séparateurs minimaux des graphes triangulaires et la seconde sur la décomposition selon la mesure des coupes normalisées des régions d'un graphe.
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