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本文作者为Chitta Baral(美国亚利桑那州立大学)与Giuseppe De Giacomo(意大利罗马大学),发表于2015年AAAI(Association for the Advancement of Artificial Intelligence)会议论文集。文章主题为《知识表示与推理》(Knowledge Representation and Reasoning, KR)领域的最新研究动态与发展趋势。
知识表示与推理(KR)源于逻辑学的深厚传统,其核心是构建能够理解世界并智能行动的符号化系统。文章首先回顾了KR的历史沿革:从亚里士多德的初始逻辑概念,到莱布尼茨提出的”思维即计算”理念,再到弗雷格(Frege)建立的符号逻辑,最终由Church、Gödel和Turing在上世纪初奠定的可计算符号逻辑基础。1959年McCarthy提出通过知识表示而非系统架构实现智能的突破性理念,直接催生了KR这一AI子领域。
当前KR研究主要分布在以下前沿方向:
描述逻辑(Description Logics)正从通用推理系统的组件转型为数据管理的核心知识表示工具。新兴的”基于本体的数据管理”(ontology-based data management)范式通过描述逻辑构建概念层,与底层数据源形成双层架构。研究重点包括轻量级描述逻辑、数据复杂性、查询应答等,相关数学工具涉及模态逻辑模型论、数据库理论以及CSP(约束满足问题)的非均匀复杂性理论。该方向已开发出丰富的实用工具链,并与知识更新、模块提取等传统KR问题深度融合。
行动推理(Reasoning about Actions)领域以McCarthy于1963年提出的情境演算(situation calculus)为代表。Reiter在2001年的专著标志着该理论的成熟,当前研究延伸至过程验证与模型检测(model checking)。最新突破包括:基于情境演算的过程验证可判定性证明(整合了模型检测与数据库技术)、多智能体系统(multi-agent systems)中的策略逻辑(如ATL)应用,以及服务组合、业务流程分析等实际场景的落地。
KR形式化方法呈现交叉融合趋势。尽管答案集编程(answer set programming)、不确定性逻辑等特定形式已取得进展,当前热点在于构建统一框架以同时处理本体、不确定性、定量参数、默认规则等多元知识。因果关系推理、论证理论(argumentation)的改进应用,以及多智能体场景下的信念修正(belief revision)都是活跃方向。
新兴应用领域展现出KR的跨学科潜力。IBM Watson的成功推动知识推理与计算机视觉、自然语言处理(NLP)的融合,具体表现在:视频理解中的符号化活动描述、自然语言理解系统(NLU)与知识库的协同、AAAI 2015专题研讨会提出的符号-神经混合方法等。知识自动提取(如从文本/图像中)成为驱动应用扩展的关键技术。
本文特别提及2014年KR会议与”维也纳逻辑之夏”(Vienna Summer of Logic)的联动,这是逻辑学史上最大规模的学术活动,包含12场会议和82场研讨会。会议论文涵盖描述逻辑、行动过程推理、信念修正等9个主题领域,并设立应用导向的实践报告环节。美国国家科学基金会(NSF)2013年组织的研讨会确认了KR领域的三重特征:理论体系成熟、应用范围广泛、扩展需求强烈。
文章通过五个特邀报告指出KR的前沿交叉方向:视频理解中的KR应用(Cohn)、自然语言理解与知识库集成(Ovchinnikova)、动态系统与多智能体研究(Baader, Lomuscio, Moss)、数据库与本体论的连接(Gottlob, Rosati),以及情境演算的近期发展(McIlraith)。
本文的学术价值在于:系统梳理了KR从哲学逻辑到计算智能的发展脉络;准确捕捉了描述逻辑向数据管理核心的范式迁移;揭示了形式化方法融合与跨学科应用两大未来趋势;通过顶级会议(KR 2014)的论文分布与特邀主题,实证展示了领域研究重心的演变。对AI研究者而言,本文既提供了进入KR领域的理论地图,也为已有研究者指明了前沿突破方向。