Alternating Fixpoint Operator for Hybrid MKNF Knowledge Bases as an Approximator of AFT

Approximation fixpoint theory (AFT) provides an algebraic framework for the study of fixpoints of operators on bilattices and has found its applications in characterizing semantics for various classes of logic programs and nonmonotonic languages. In this paper, we show one more application of this kind: the alternating fixpoint operator by Knorr et al. for the study of the well-founded semantics for hybrid minimal knowledge and negation as failure (MKNF) knowledge bases is in fact an approximator of AFT in disguise, which, thanks to the abstraction power of AFT, characterizes not only the well-founded semantics but also two-valued as well as three-valued semantics for hybrid MKNF knowledge bases. Furthermore, we show an improved approximator for these knowledge bases, of which the least stable fixpoint is information richer than the one formulated from Knorr et al.’s construction. This leads to an improved computation for the well-founded semantics. This work is built on an extension of AFT that supports consistent as well as inconsistent pairs in the induced product bilattice, to deal with inconsistencies that arise in the context of hybrid MKNF knowledge bases. This part of the work can be considered generalizing the original AFT from symmetric approximators to arbitrary approximators.

Three-Valued Semantics for Hybrid MKNF Knowledge Bases Revisited (Extended Abstract)

Knorr et al. (2011) formulated a three-valued formalism for the logic of Minimal Knowledge and Negation as Failure (MKNF) and proposed a well-founded semantics for hybrid MKNF knowledge bases (KBs). The main results state that if a hybrid MKNF KB has a three-valued MKNF model, its well-founded MKNF model exists, which is unique and can be computed by an alternating fixpoint construction. In this paper, we show that these claims are erroneous. We propose a classification of hybrid MKNF KBs into a hierarchy and show that its innermost subclass is what works for the well-founded semantics of Knorr et al. Furthermore, we provide a uniform characterization of well-founded, two-valued, and all three-valued MKNF models, in terms of stable partitions and the alternating fixpoint construction, which leads to updated complexity results as well as proof-theoretic tools for reasoning under these semantics.

Infinite-game semantics for logic programming languages

Η διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη της σημασιολογίας λογικών προγραμμάτων και την ανάπτυξη άπειρων παιγνίων πλήρους πληροφόρησης που αποδίδουν αυτή τη σημασιολογία. Αρχικώς, μελετάται ο προτασιακός λογικός προγραμματισμός. Στο άρθρο [M.H. van Emden, Quantitative deduction and its fixpoint theory, Journal of Logic Programming 3(1)(1986) 37-53] περιγράφεται ένα παίγνιο μεταξύ δύο παικτών. Σε αυτό, δεδομένου ενός προτασιακού λογικού προγράμματος χωρίς άρνηση και ενός ατόμου (ground atom) που ανήκει σε αυτό, ο Παίκτης Ι, προσπαθεί να αποδείξει ότι ο ατομικός τύπος είναι αληθής (έχει δηλαδή το ρόλο του Believer), ενώ ο Παίκτης ΙΙ ότι δεν είναι (έχει δηλαδή το ρόλο του Doubter). Έτσι ο στόχος (goal), επιτυγχάνει ως αποτέλεσμα μιας ερώτησης (query) στο πρόγραμμα, αν ο Παίκτης Ι έχει νικηφόρα στρατηγική. Στα πλαίσια της διατριβής, το παίγνιο επεκτείνεται έτσι ώστε να αποδίδει τη σημασιολογία και των προγραμμάτων με άρνηση. Όταν κατά τη διάρκεια του παιχνιδιού εμφανίζεται αρνητικά προσημασμένο άτομο, τότε οι δύο παίκτες αλλάζουν τους μεταξύ τους ρόλους. Ο Believer γίνεται Doubter και το αντίστροφο. Στην περίπτωση άπειρων εναλλαγών ρόλων το παιχνίδι θεωρείται ισόπαλο. Αποδεικνύεται ότι το παίγνιο είναι αποφασισμένο (determined). Στην περίπτωση του παιχνιδιού με τρία δυνατά αποτελέσματα, η ερμηνεία του προγράμματος, η οποία λαμβάνεται χρησιμοποιώντας το παιχνίδι, αποτελεί μοντέλο του και αποδεικνύεται ισοδύναμη με την καλώς θεμελιωμένη σημασιολογία (well-founded semantics) του λογικού προγράμματος. Για την απόδειξη αυτή ορίζεται και χρησιμοποιείται ένα νέο παίγνιο με άπειρα δυνατά αποτελέσματα. Η τιμή του παιχνιδιού εξαρτάται από το πλήθος των εναλλαγών ρόλων (role switches) που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκειά του. Η ερμηνεία που παίρνουμε χρησιμοποιώντας το παίγνιο αυτό, αποτελεί μοντέλο του λογικού προγράμματος και αποδεικνύεται ισοδύναμη με την απειρότιμη σημασιολογία ελαχίστου μοντέλου, όπως αυτή ορίζεται στο [P. Rondogiannis, W.W.Wadge, Minimum model semantics for logic programs with negation-as-failure, ACM Transactions on Computational Logic 6(2)(2005) 441-467]. Η μελέτη επεκτείνεται στον νοηματικό (intensional) λογικό προγραμματισμό όπως παρουσιαζεται στο [M.A. Orgun, W.W.Wadge, Towards a unified theory of intensional logic programming, 13(4):413-440, 1992] και αποτελεί γενίκευση, μεταξύ άλλων, του χρονικού (temporal) και τροπικού (modal) λογικού προγραμματισμού. Στα πλαίσια της διατριβής αναπτύσσεται ένα νέο παίγνιο πλήρους πληροφόρησης. Και για αυτό, αποδεικνύεται ότι είναι αποφασισμένο (determined) και ότι το αποτέλεσμά του συμπίπτει με τη σημασιολογία ελαχίστου μοντέλου του άρθρου των M.A. Orgun, W.W. Wadge. Στη συνέχεια το παίγνιο επεκτείνεται έτσι ώστε να υποστηρίζει εναλλαγή ρόλων μεταξύ των παικτών και να έχει τρία δυνατά αποτελέσματα (νίκη για τον Παίκτη Ι ή τον Παίκτη ΙΙ ή ισοπαλία). Η ερμηνεία την οποία παίρνουμε χρησιμοποιώντας το παιχνίδι, αποτελεί ελαχιστικό μοντέλο του προγράμματος και αποδίδει τη σημασιολογία νοηματικών λογικών προγραμμάτων με άρνηση και γενικότερα των νοηματικών λογικών προγραμμάτων με οποιoδήποτε μη μονοτονικό τελεστή στο σώμα των κανόνων. Η παιγνιοθεωρητική αυτή προσέγγιση αποτελεί και το πρώτο σημασιολογικό πλαίσιο για τον μη μονοτονικό νοηματικό (intensional) λογικό προγραμματισμό.

Knowledge Representation to Empower Expert Systems

Knowledge representation is a field of artificial intelligence that has been actively pursued since the 1940s.1 The issues at stake are that given a specific domain, how do we represent knowledge in that domain, and how do we reason about that domain? This issue of knowledge representation is of paramount importance, since the knowledge representation scheme may foster or hinder reasoning. The representation scheme can enable reasoning to take place, or it may make the desired reasoning impossible. To some extent, the knowledge representation depends upon the underlying technology. For instance, in order to perform default reasoning with exceptions, one needs weak negation (aka negation as failure. In fact, most complex forms of reasoning will require weak negation. This is a facility that is an integral part of logic programs but is lacking from expert system shells. Many Prolog implementations provide negation as failure, however, they do not understand nor implement the proper semantics. The companion article to this article in this volume, “Logic Programming Languages for Expert Systems,” discusses logic programming and negation as failure.

A three-valued semantics for logic programmers

This paper describes a simpler way for programmers to reason about the correctness of their code. The study of semantics of logic programs has shown strong links between the model theoretic semantics (truth and falsity of atoms in the programmer's interpretation of a program), procedural semantics (for example, SLD resolution) and fixpoint semantics (which is useful for program analysis and alternative execution mechanisms). Most of this work assumes that intended interpretations are two-valued: a ground atom is true (and should succeed according to the procedural semantics) or false (and should not succeed). In reality, intended interpretations are less precise. Programmers consider that some atoms “should not occur” or are “ill-typed” or “inadmissible”. Programmers don't know and don't care whether such atoms succeed. In this paper we propose a three-valued semantics for (essentially) pure Prolog programs with (ground) negation as failure which reflects this. The semantics of Fitting is similar but only associates the third truth value with non-termination. We provide tools to reason about correctness of programs without the need for unnatural precision or undue restrictions on programming style. As well as theoretical results, we provide a programmer-oriented synopsis. This work has come out of work on declarative debugging, where it has been recognised that inadmissible calls are important.