Default Logiken Zhao Li 12.12.2007

Inhalt Motivation Das Basis System von Reiter Schliessen mit Defaults Extensionen Ein operationaler Zugang zu Extensionen Prozessbäume Literatur

Motivation Beispiel: Vögel können typischerweise fliegen. Diese Regel kann in der klassischer Logik entweder durch “alle Vögel fliegen” ausgedrückt werden, die im Widerspruch zum Fakt, dass Pinguine nicht fliegen, oder durch “Alle Vögel, die nicht Pinguine und nicht Strauβe und ... Fliegen” ausgedrückt werden. Wir werden im wesentlichen die Default-Logik von Reiter präsentieren. Bei Default handelt es sich um: Regeln mit Ausnahmen, oder Regeln, die im Allgemeinen, meistens oder typischerweise gelten, oder Regeln, die gelten, solange nicht das Gegenteil explizit bewiesen worden ist.

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Default-Theorie Definition: Default Theorie Eine Default Theorie ist ein Paar T = < D, W >, mit D ist eine Menge von “Defaults”. W ist eine Menge von prädikatenlogischen Formeln (genannt die Fakten von T) Diese Begriff wird spaeter genau definiert.

Die Syntax von Defaults Definition: Default Ein Default δ hat die Form, Das bedeutet: Wenn α gilt, β1,…, βm kann konsistent angenommen werden (d.h. ¬β1,…, ¬βm nicht bewiesen werden können), dann gilt w. wobei α, βi (m≥1) und w aussagenlogische oder geschlossene prädikatenlogische Formeln sind. α wird als Vorbedingung/precondition (kann leer sein) βm wird als Begründungen/justification (m≥1) w wird als Konsequenz/consequence des Defaults bezeichnet. α : β1 ,…, βm w Geschlossene Formeln sind Formeln, die keine freie Vorkommen von Variablen enthalten.

Inhalt Motivation Das Basis System von Reiter Schliessen mit Defaults Extensionen Ein operationaler Zugang zu Extensionen Prozessbäume Literatur Dann schauen wir mal einige Beispiel, um Schliessen von Default erkennen.

Beispiel 1 Die Default-Regel "Vögel können typischerweise fliegen " lautet in Default- Schreibweise: D δ = Diese Regel bedeutet, wenn X ein Vogel ist, und wenn Fliegen(X) konsistent angenommen werden kann, dass folgt Fliegen(X). und W enthältet einige Fakten über die Vögel. W = { Vogel(Condor), Vogel(Penguin), ¬Fliegen(Penguin), Fliegen(Eagle)} Begründung existiert für: Fliegen(Condor) Keine Begründung existiert für: Fliegen (Penguin), Vogel(Eagle) Vogel (X) : Fliegen (X) Fliegen (X) die Voraussetzung Vogel(Condor) ist wahr die Grundregel erlaubt nur von Vogel(x) nach Fliegen(x) aber nicht Umgekehrt.

Beispiel 2 : Vogel(X) → Fliegen(X)¬Baby(X) D δ = W = { Vogel(Tweety), Vogel(Polly), Baby(Polly), ¬Fliegen(Fred) } Begründung existiert für: Fliegen(Tweety), ¬Baby(Tweety), ¬Vogel(Fred) Keine Begründung existiert für: Fliegen(Polly) : Vogel(X) → Fliegen(X)¬Baby(X) Vogel(X) → Fliegen(X)¬Baby(X)

Vogel(X): Fliegen(X)¬Baby(X) Beispiel 3 D δ = W = { Vogel(Pete), Vogel(Mary), Baby(Pete)Baby(Mary) } Begründung existiert für: Fliegen(Pete), Fliegen(Mary) Disjunktion ist nicht stark genug, um den Schluss zu blockieren. Vogel(X): Fliegen(X)¬Baby(X) Fliegen(X)

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Extensionen Definition: Operator Г Gegeben eine Default Theorie T = < D, W >, Für jede Menge geschlossener Formeln S sei Г (S) die kleinste Formelmange, die die folgenden drei Bedingungen erfüllt: W  Г (S) Cn ( Г (S)) = Г (S) Wenn ∈D α (c)∈Г(S) und alle βi (c)∈S, dann w(c)∈Г(S). Definition: Extension Eine Menge geschlossener Formeln E heiβt Extension einer Default-Theorie T = < D, W >, wenn gilt Г (E) = E. d.h. E ist ein Fixpunkt des Operators Г ist. α : β1 ,…, βm w Cn(Γ) ist die Menge aller Formeln zuordnet, die logisch aus Γ folgen

Wassertier(X) : Fisch(X) Beispiel 5 Extension D δ = { } W = { Wassertier(Pete) } E1 erfüllt die alle drei Bedingungen der Definition von Operator Г . Г(E1) = Cn( {Wassertier(Pete), Fisch(Pete)} ) = E1 E1 = Cn( {Wassertier(Pete), Fisch(Pete)} ) als Extension aber E2 = Cn( {Wassertier(Pete), ¬Fisch(Pete)} ) ist keine Extension, obwohl die alle drei Bedingungen der Definition von Operator Г erfüllt . doch es ist Г(E2) = Cn( {Wassertier(Pete)} ) ≠ E2 Fisch(X) Wassertier(X) : Fisch(X)

Berechnung von Extension Gegeben eine Default Theorie T = < D, W >, Sei E eine Formelmenge, Sei E0, E1,… eine Folge von Formelmengen, für die gilt: E0 = W Ei+1= Ei  { w| ∈D, α∈Ei, und ¬βi,…,¬βnE} Sei E =Cn(i Ei), dann ist E eine Extension von T. α: β1,…, βm w

Vogel(X): Fliegen(X)¬Baby(X) Beispiel 6 Berechnung D δ = W = S0 = { Vogel(Tweety), Vogel(Polly), Baby(Polly), ¬Fliegen(Fred) } S1 = S0  { Fliegen(Tweety) } S = S1 E = Cn (S) Vogel(X): Fliegen(X)¬Baby(X) Fliegen(X)

Beispiel 7 Auto-Diamond D δ1 = { } δ2 = { } δ3 = { } δ4 = { } W = S0 = { Green(Pete), ADACmemb(Pete) } S1 = S0  { ¬LikesCars(Pete), DiscussCars(Pete) } S = S2 = S1 E = Cn(S) S1’ = S0  { LikesCars(Pete), DiscussCars(Pete) } S’ = S2’ = S1’ E’ = Cn(S’) Green(X) : ¬ LikesCars(X) ¬ LikesCars(X) ADACmemb(X) : LikesCars(X) LikesCars(X) Green(X) : DiscussCars(X) DiscussCars(X) ADACmemb(X) : DiscussCars(X) DiscussCars(X) Zwei alternative Extensionen δ1, δ3 δ2, δ4

Argumentieren mit Defaults Definition: von Beispiel 7 Skeptische Argumentation (sceptical argumentation) Die Default-Theorie T= < D, W > liefert eine skeptische Begründung einer Formel α, wenn α in allen Extensionen von T enthalten ist. Beispiel Auto-Diamond: discussCar(Pete). Mutige Argumentation (brave argumentation) Die Default-Theorie T = < D, W > liefert eine mutige Begründung einer Formel α, wenn α in einer Extension von T enthalten ist. Beispiel Auto-Diamond: discussCar(Pete), likesCar(Pete) oder discussCar(Pete), ¬ likesCar(Pete).

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Default-Folge Definition: Default-Folge Gegeben eine Default Theorie T = < D, W >, Sei ∏ = ( δ0, δ1,… ) eine endliche oder unendliche Folge von Defaults aus T. ∏[k] bezeichnet die Teilfolge der ersten k Defaults von ∏. Es gilt also ∏[k] = (δ0, δ1,… δk-1), wobei ∏[0]=() die leere Folge ist. ∏ stellt eine Ordnung von Defaults dar, Unabhängig davon, ob die Defaults angewendet werden können.

In- & Out- Mengen Definition: In- und Out- Mengen Zu jeder Folge ∏ von T = < D, W > existieren zwei Mengen von Formeln In(∏) und Out (∏). In(∏) = Cn(M), wobei M = W∪{cons(δ) |δ aus ∏ } cons(δ) bezeichnet die Konsequenz mit Default δ. In(∏) sammelt die Formeln, die durch Anwendung von Defaults aus T entstehen. und In(∏[0]) = Cn(W) Out(∏) =δ∈∏ Out(δ), wobei Out (δ) = {¬β |β ∈just(δ)} just(δ) bezeichnet die Menge der Begründungen.

anwendbar & Prozess Definition: anwendbar “δ ist anwendbar in einer Formelmenge M”, gdw. prec(δ)∈Cn(M) Out(δ)Cn(M)= Ø Definition: Prozess Sei T = < D, W > eine Default Theorie. Eine Default-Folge ∏=(δ0, δ1,…) ist ein Prozess von T genau dann, wenn gilt: Jedes δk (aus ∏) ist in In(∏[k]) anwendbar.

Beispiel 8 anwendbar & Prozess D δ1 = { } δ2 = { } W = { Green(Pete) } Zeigen: ∏= (δ1[Pete], δ2[Pete]) ist kein Prozess von T. 1. In(∏[0]) = Cn(W) = Cn(Green(Pete)) prec(δ1) = Green(Pete)∈In(∏[0])) Out(δ1) = {LikesCars(Pete)} → Out(δ1)  In(∏[0]) = Ø Also: δ1 anwendbar in In(∏[0]) 2. In(∏[1]) = Cn({Green(Pete), ¬LikesCars(Pete)}) prec(δ2) = LikesCars(Pete)In(∏[1])) Also: δ2 nicht anwendbar in In(∏[1]) Also: ∏ ist kein Prozess von T Green(X) : ¬ LikesCars(X) ¬ LikesCars(X) LikesCars(X) : DiscussCars(X) DiscussCars(X)

Prozess: Eigenschaften Definition: Sei ∏=(δ0, δ1,…) ein Prozess von T= < D, W > ∏ ist erfolgreich, gdw. In(∏)∩Out(∏) = Ø; anderenfalls ist ∏ Fehlschlag. ∏ ist abgeschlossen, gdw. jedes δ∈D, das in In(∏) anwendbar ist, in ∏ vorkommt.

Extensionen einer Default-Theorie Definition: (von Antoniou) Eine Formelmenge E ist eine Extension einer Default-Theorie T = < D, W > genau dann, wenn es eine abgeschlossene und erfolgreiche Prozess ∏ von T gibt, so dass E= In(∏).

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Prozessbäumen Prozessbaum zu T = < D, W > Kanten haben Defaults als Markierung. Knoten sind markiert mit: In-Menge, Out-Menge, gegebenfalls Information über erfolgreich & abgeschlossen Wurzel ist Markiert mit In = Cn(W), Out = Ф

Cn(In  cons(δ)) ● Out  Out(δ) Prozessbäumen Aufbau des Prozessbaums: N ein Knoten mit In & Out N wird nur dann expandiert, wenn In  Out = Ф; sonst : Fehlschlag. Falls In  Out = Ф aber kein anwendbarer Default existiert: geschlossen & erfolgereich Nachfolger N(δ) für alle δ, die bisher(auf dem Weg zu N) nicht auftreten, und die in In anwendbar sind. Nachfolger N(δ) ist markiert mit In(N(δ)) = Cn(In  {cons(δ)}) Out(N(δ)) = Out  Out(δ) In ● Out Cn(In  cons(δ)) ● Out  Out(δ) δ

Beispiel 9 Prozessbäumen D δ1 = { } δ2 = { } mit W = Ø : reliable(X) ¬ fired(X) : fired(X) pb_bonus(X) Cn(Ø) ● Ø Cn(¬fired(p)) ● {¬reliable(p)} δ1[p] Cn(pb_bonus(p)) ● {¬ fired(p)} δ2[p] geschlossen & erfolgereich Fehlschlag Cn({pb_bonus(p), {¬ fired(p)}) ● {¬ fired(p), ¬reliable(p)} δ1[p]

Literatur Christoph Beierle/Gabriele Kern-Isberner: Methoden Wissensbasierter System “Default Logic” von Wikipedia Christopher Habel: Vorlesung über Wissensrepräsentation