Evaluating aggregate functions on possibilistic data

The need for extending information management systems to handle the imprecision of information found in the real world has been recognized. Fuzzy set theory together with possibility theory represent a uniform framework for extending the relational database model with these features. However, none of the existing proposals for handling imprecision in the literature has dealt with queries involving a functional evaluation of a set of items, traditionally referred to as aggregation. Two kinds of aggregate operators, namely, scalar aggregates and aggregate functions, exist. Both are important for most real-world applications, and are thus being supported by traditional languages like SQL or QUEL. This paper presents a framework for handling these two types of aggregates in the context of imprecise information. We consider three cases, specifically, aggregates within vague queries on precise data, aggregates within precisely specified queries on possibilistic data, and aggregates within vague queries on imprecise data. These extensions are based on fuzzy set-theoretical concepts such as the extension principle, the sigma-count operation, and the possibilistic expected value. The consistency and completeness of the proposed operations is shown

Information Integration - the process of integration, evolution and versioning

At present, many information sources are available wherever you are. Most of the time, the information needed is spread across several of those information sources. Gathering this information is a tedious and time consuming job. Automating this process would assist the user in its task. Integration of the information sources provides a global information source with all information needed present. All of these information sources also change over time. With each change of the information source, the schema of this source can be changed as well. The data contained in the information source, however, cannot be changed every time, due to the huge amount of data that would have to be converted in order to conform to the most recent schema.\ud In this report we describe the current methods to information integration, evolution and versioning. We distinguish between integration of schemas and integration of the actual data. We also show some key issues when integrating XML data sources

The Role of preferences in logic programming: nonmonotonic reasoning, user preferences, decision under uncertainty

Intelligent systems that assist users in fulfilling complex tasks need a concise and processable representation of incomplete and uncertain information. In order to be able to choose among different options, these systems also need a compact and processable representation of the concept of preference. Preferences can provide an effective way to choose the best solutions to a given problem. These solutions can represent the most plausible states of the world when we model incomplete information, the most satisfactory states of the world when we express user preferences, or optimal decisions when we make decisions under uncertainty. Several domains, such as, reasoning under incomplete and uncertain information, user preference modeling, and qualitative decision making under uncertainty, have benefited from advances on preference representation. In the literature, several symbolic approaches of nonclassical reasoning have been proposed. Among them, logic programming under answer set semantics offers a good compromise between symbolic representation and computation of knowledge and several extensions for handling preferences. Nevertheless, there are still some open issues to be considered in logic programming. In nonmonotonic reasoning, first, most approaches assume that exceptions to logic program rules are already specified. However, sometimes, it is possible to consider implicit preferences based on the specificity of the rules to handle incomplete information. Secondly, the joint handling of exceptions and uncertainty has received little attention: when information is uncertain, the selection of default rules can be a matter of explicit preferences and uncertainty. In user preference modeling, although existing logic programming specifications allow to express user preferences which depend both on incomplete and contextual information, in some applications, some preferences in some context may be more important than others. Furthermore, more complex preference expressions need to be supported. In qualitative decision making under uncertainty, existing logic programming-based methodologies for making decisions seem to lack a satisfactory handling of preferences and uncertainty. The aim of this dissertation is twofold: 1) to tackle the role played by preferences in logic programming from different perspectives, and 2) to contribute to this novel field by proposing several frameworks and methods able to address the above issues. To this end, we will first show how preferences can be used to select default rules in logic programs in an implicit and explicit way. In particular, we propose (i) a method for selecting logic program rules based on specificity, and (ii) a framework for selecting uncertain default rules based on explicit preferences and the certainty of the rules. Then, we will see how user preferences can be modeled and processed in terms of a logic program (iii) in order to manage user profiles in a context-aware system and (iv) in order to propose a framework for the specification of nested (non-flat) preference expressions. Finally, in the attempt to bridge the gap between logic programming and qualitative decision under uncertainty, (v) we propose a classical- and a possibilistic-based logic programming methodology to compute an optimal decision when uncertainty and preferences are matters of degrees.Els sistemes intel.ligents que assisteixen a usuaris en la realització de tasques complexes necessiten una representació concisa i formal de la informació que permeti un raonament nomonòton en condicions d’incertesa. Per a poder escollir entre les diferents opcions, aquests sistemes solen necessitar una representació del concepte de preferència. Les preferències poden proporcionar una manera efectiva de triar entre les millors solucions a un problema. Aquestes solucions poden representar els estats del món més plausibles quan es tracta de modelar informació incompleta, els estats del món més satisfactori quan expressem preferències de l’usuari, o decisions òptimes quan estem parlant de presa de decisió incorporant incertesa. L’ús de les preferències ha beneficiat diferents dominis, com, el raonament en presència d’informació incompleta i incerta, el modelat de preferències d’usuari, i la presa de decisió sota incertesa. En la literatura, s’hi troben diferents aproximacions al raonament no clàssic basades en una representació simbòlica de la informació. Entre elles, l’enfocament de programació lògica, utilitzant la semàntica de answer set, ofereix una bona aproximació entre representació i processament simbòlic del coneixement, i diferents extensions per gestionar les preferències. No obstant això, en programació lògica es poden identificar diferents problemes pel que fa a la gestió de les preferències. Per exemple, en la majoria d’enfocaments de raonament no-monòton s’assumeix que les excepcions a default rules d’un programa lògic ja estan expressades. Però de vegades es poden considerar preferències implícites basades en l’especificitat de les regles per gestionar la informació incompleta. A més, quan la informació és també incerta, la selecció de default rules pot dependre de preferències explícites i de la incertesa. En el modelatge de preferències del usuari, encara que els formalismes existents basats en programació lògica permetin expressar preferències que depenen d’informació contextual i incompleta, en algunes aplicacions, donat un context, algunes preferències poden ser més importants que unes altres. Per tant, resulta d’interès un llenguatge que permeti capturar preferències més complexes. En la presa de decisions sota incertesa, les metodologies basades en programació lògica creades fins ara no ofereixen una solució del tot satisfactòria pel que fa a la gestió de les preferències i la incertesa. L’objectiu d’aquesta tesi és doble: 1) estudiar el paper de les preferències en la programació lògica des de diferents perspectives, i 2) contribuir a aquesta jove àrea d’investigació proposant diferents marcs teòrics i mètodes per abordar els problemes anteriorment citats. Per a aquest propòsit veurem com les preferències es poden utilitzar de manera implícita i explícita per a la selecció de default rules proposant: (i) un mètode basat en l’especificitat de les regles, que permeti seleccionar regles en un programa lògic; (ii) un marc teòric per a la selecció de default rules incertes basat en preferències explícites i la incertesa de les regles. També veurem com les preferències de l’usuari poden ser modelades i processades usant un enfocament de programació lògica (iii) que suporti la creació d’un mecanisme de gestió dels perfils dels usuaris en un sistema amb reconeixement del context; (iv) que permeti proposar un marc teòric capaç d’expressar preferències amb fòrmules imbricades. Per últim, amb l’objectiu de disminuir la distància entre programació lògica i la presa de decisió amb incertesa proposem (v) una metodologia basada en programació lògica clàssica i en una extensió de la programació lògica que incorpora lògica possibilística per modelar un problema de presa de decisions i per inferir una decisió òptima.Los sistemas inteligentes que asisten a usuarios en tareas complejas necesitan una representación concisa y procesable de la información que permita un razonamiento nomonótono e incierto. Para poder escoger entre las diferentes opciones, estos sistemas suelen necesitar una representación del concepto de preferencia. Las preferencias pueden proporcionar una manera efectiva para elegir entre las mejores soluciones a un problema. Dichas soluciones pueden representar los estados del mundo más plausibles cuando hablamos de representación de información incompleta, los estados del mundo más satisfactorios cuando hablamos de preferencias del usuario, o decisiones óptimas cuando estamos hablando de toma de decisión con incertidumbre. El uso de las preferencias ha beneficiado diferentes dominios, como, razonamiento en presencia de información incompleta e incierta, modelado de preferencias de usuario, y toma de decisión con incertidumbre. En la literatura, distintos enfoques simbólicos de razonamiento no clásico han sido creados. Entre ellos, la programación lógica con la semántica de answer set ofrece un buen acercamiento entre representación y procesamiento simbólico del conocimiento, y diferentes extensiones para manejar las preferencias. Sin embargo, en programación lógica se pueden identificar diferentes problemas con respecto al manejo de las preferencias. Por ejemplo, en la mayoría de enfoques de razonamiento no-monótono se asume que las excepciones a default rules de un programa lógico ya están expresadas. Pero, a veces se pueden considerar preferencias implícitas basadas en la especificidad de las reglas para manejar la información incompleta. Además, cuando la información es también incierta, la selección de default rules pueden depender de preferencias explícitas y de la incertidumbre. En el modelado de preferencias, aunque los formalismos existentes basados en programación lógica permitan expresar preferencias que dependen de información contextual e incompleta, in algunas aplicaciones, algunas preferencias en un contexto puede ser más importantes que otras. Por lo tanto, un lenguaje que permita capturar preferencias más complejas es deseable. En la toma de decisiones con incertidumbre, las metodologías basadas en programación lógica creadas hasta ahora no ofrecen una solución del todo satisfactoria al manejo de las preferencias y la incertidumbre. El objectivo de esta tesis es doble: 1) estudiar el rol de las preferencias en programación lógica desde diferentes perspectivas, y 2) contribuir a esta joven área de investigación proponiendo diferentes marcos teóricos y métodos para abordar los problemas anteriormente citados. Para este propósito veremos como las preferencias pueden ser usadas de manera implícita y explícita para la selección de default rules proponiendo: (i) un método para seleccionar reglas en un programa basado en la especificad de las reglas; (ii) un marco teórico para la selección de default rules basado en preferencias explícitas y incertidumbre. También veremos como las preferencias del usuario pueden ser modeladas y procesadas usando un enfoque de programación lógica (iii) para crear un mecanismo de manejo de los perfiles de los usuarios en un sistema con reconocimiento del contexto; (iv) para crear un marco teórico capaz de expresar preferencias con formulas anidadas. Por último, con el objetivo de disminuir la distancia entre programación lógica y la toma de decisión con incertidumbre proponemos (v) una metodología para modelar un problema de toma de decisiones y para inferir una decisión óptima usando un enfoque de programación lógica clásica y uno de programación lógica extendida con lógica posibilística.Sistemi intelligenti, destinati a fornire supporto agli utenti in processi decisionali complessi, richiedono una rappresentazione dell’informazione concisa, formale e che permetta di ragionare in maniera non monotona e incerta. Per poter scegliere tra le diverse opzioni, tali sistemi hanno bisogno di disporre di una rappresentazione del concetto di preferenza altrettanto concisa e formale. Le preferenze offrono una maniera efficace per scegliere le miglior soluzioni di un problema. Tali soluzioni possono rappresentare gli stati del mondo più credibili quando si tratta di ragionamento non monotono, gli stati del mondo più soddisfacenti quando si tratta delle preferenze degli utenti, o le decisioni migliori quando prendiamo una decisione in condizioni di incertezza. Diversi domini come ad esempio il ragionamento non monotono e incerto, la strutturazione del profilo utente, e i modelli di decisione in condizioni d’incertezza hanno tratto beneficio dalla rappresentazione delle preferenze. Nella bibliografia disponibile si possono incontrare diversi approcci simbolici al ragionamento non classico. Tra questi, la programmazione logica con answer set semantics offre un buon compromesso tra rappresentazione simbolica e processamento dell’informazione, e diversi estensioni per la gestione delle preferenze sono state proposti in tal senso. Nonostante ció, nella programmazione logica esistono ancora delle problematiche aperte. Prima di tutto, nella maggior parte degli approcci al ragionamento non monotono, si suppone che nel programma le eccezioni alle regole siano già specificate. Tuttavia, a volte per trattare l’informazione incompleta è possibile prendere in considerazione preferenze implicite basate sulla specificità delle regole. In secondo luogo, la gestione congiunta di eccezioni e incertezza ha avuto scarsa attenzione: quando l’informazione è incerta, la scelta di default rule può essere una questione di preferenze esplicite e d’incertezza allo stesso tempo. Nella creazione di preferenze dell’utente, anche se le specifiche di programmazione logica esistenti permettono di esprimere preferenze che dipendono sia da un’informazione incompleta che da una contestuale, in alcune applicazioni talune preferenze possono essere più importanti di altre, o espressioni più complesse devono essere supportate. In un processo decisionale con incertezza, le metodologie basate sulla programmazione logica viste sinora, non offrono una gestione soddisfacente delle preferenze e dell’incertezza. Lo scopo di questa dissertazione è doppio: 1) chiarire il ruolo che le preferenze giocano nella programmazione logica da diverse prospettive e 2) contribuire proponendo in questo nuovo settore di ricerca, diversi framework e metodi in grado di affrontare le citate problematiche. Per prima cosa, dimostreremo come le preferenze possono essere usate per selezionare default rule in un programma in maniera implicita ed esplicita. In particolare proporremo: (i) un metodo per la selezione delle regole di un programma logico basato sulla specificità dell’informazione; (ii) un framework per la selezione di default rule basato sulle preferenze esplicite e sull’incertezza associata alle regole del programma. Poi, vedremo come le preferenze degli utenti possono essere modellate attraverso un programma logico, (iii) per creare il profilo dell’utente in un sistema context-aware, e (iv) per proporre un framework che supporti la definizione di preferenze complesse. Infine, per colmare le lacune in programmazione logica applicata a un processo di decisione con incertezza (v) proporremo una metodologia basata sulla programmazione logica classica e una metodologia basata su un’estensione della programmazione logica con logica possibilistica

Certainty of outlier and boundary points processing in data mining

Data certainty is one of the issues in the real-world applications which is caused by unwanted noise in data. Recently, more attentions have been paid to overcome this problem. We proposed a new method based on neutrosophic set (NS) theory to detect boundary and outlier points as challenging points in clustering methods. Generally, firstly, a certainty value is assigned to data points based on the proposed definition in NS. Then, certainty set is presented for the proposed cost function in NS domain by considering a set of main clusters and noise cluster. After that, the proposed cost function is minimized by gradient descent method. Data points are clustered based on their membership degrees. Outlier points are assigned to noise cluster and boundary points are assigned to main clusters with almost same membership degrees. To show the effectiveness of the proposed method, two types of datasets including 3 datasets in Scatter type and 4 datasets in UCI type are used. Results demonstrate that the proposed cost function handles boundary and outlier points with more accurate membership degrees and outperforms existing state of the art clustering methods.Comment: Conference Paper, 6 page

Learning Possibilistic Logic Theories

Vi tar opp problemet med å lære tolkbare maskinlæringsmodeller fra usikker og manglende informasjon. Vi utvikler først en ny dyplæringsarkitektur, RIDDLE: Rule InDuction with Deep LEarning (regelinduksjon med dyp læring), basert på egenskapene til mulighetsteori. Med eksperimentelle resultater og sammenligning med FURIA, en eksisterende moderne metode for regelinduksjon, er RIDDLE en lovende regelinduksjonsalgoritme for å finne regler fra data. Deretter undersøker vi læringsoppgaven formelt ved å identifisere regler med konfidensgrad knyttet til dem i exact learning-modellen. Vi definerer formelt teoretiske rammer og viser forhold som må holde for å garantere at en læringsalgoritme vil identifisere reglene som holder i et domene. Til slutt utvikler vi en algoritme som lærer regler med tilhørende konfidensverdier i exact learning-modellen. Vi foreslår også en teknikk for å simulere spørringer i exact learning-modellen fra data. Eksperimenter viser oppmuntrende resultater for å lære et sett med regler som tilnærmer reglene som er kodet i data.We address the problem of learning interpretable machine learning models from uncertain and missing information. We first develop a novel deep learning architecture, named RIDDLE (Rule InDuction with Deep LEarning), based on properties of possibility theory. With experimental results and comparison with FURIA, a state of the art method, RIDDLE is a promising rule induction algorithm for finding rules from data. We then formally investigate the learning task of identifying rules with confidence degree associated to them in the exact learning model. We formally define theoretical frameworks and show conditions that must hold to guarantee that a learning algorithm will identify the rules that hold in a domain. Finally, we develop an algorithm that learns rules with associated confidence values in the exact learning model. We also propose a technique to simulate queries in the exact learning model from data. Experiments show encouraging results to learn a set of rules that approximate rules encoded in data.Doktorgradsavhandlin

On nearness measures in fuzzy relational data models

AbstractIt has been widely recognized that the imprecision and incompleteness inherent in real-world data suggest a fuzzy extension for information management systems. Various attempts to enhance these systems by fuzzy extensions can be found in the literature. Varying approaches concerning the fuzzification of the concept of a relation are possible, two of which are referred to in this article as the generalized fuzzy approach and the fuzzy-set relation approach. In these enhanced models, items can no longer be retrieved by merely using equality-check operations between constants; instead, operations based on some kind of nearness measures have to be developed. In fact, these models require such a nearness measure to be established for each domain for the evaluation of queries made upon them. An investigation of proposed nearness measures, often fuzzy equivalences, is conducted. The unnaturalness and impracticality of these measures leads to the development of a new measure: the resemblance relation, which is defined to be a fuzzified version of a tolerance relation. Various aspects of this relation are analyzed and discussed. It is also shown how the resemblance relation can be used to reduce redundancy in fuzzy relational database systems

Contributions to artificial intelligence: the IIIA perspective

La intel·ligència artificial (IA) és un camp científic i tecnològic relativament nou dedicat a l'estudi de la intel·ligència mitjançant l'ús d'ordinadors com a eines per produir comportament intel·ligent. Inicialment, l'objectiu era essencialment científic: assolir una millor comprensió de la intel·ligència humana. Aquest objectiu ha estat, i encara és, el dels investigadors en ciència cognitiva. Dissortadament, aquest fascinant però ambiciós objectiu és encara molt lluny de ser assolit i ni tan sols podem dir que ens hi haguem acostat significativament. Afortunadament, però, la IA també persegueix un objectiu més aplicat: construir sistemes que ens resultin útils encara que la intel·ligència artificial de què estiguin dotats no tingui res a veure amb la intel·ligència humana i, per tant, aquests sistemes no ens proporcionarien necessàriament informació útil sobre la naturalesa de la intel·ligència humana. Aquest objectiu, que s'emmarca més aviat dins de l'àmbit de l'enginyeria, és actualment el que predomina entre els investigadors en IA i ja ha donat resultats impresionants, tan teòrics com aplicats, en moltíssims dominis d'aplicació. A més, avui dia, els productes i les aplicacions al voltant de la IA representen un mercat anual de desenes de milers de milions de dòlars. Aquest article resumeix les principals contribucions a la IA fetes pels investigadors de l'Institut d'Investigació en Intel·ligència Artificial del Consell Superior d'Investigacions Científiques durant els darrers cinc anys.Artificial intelligence is a relatively new scientific and technological field which studies the nature of intelligence by using computers to produce intelligent behaviour. Initially, the main goal was a purely scientific one, understanding human intelligence, and this remains the aim of cognitive scientists. Unfortunately, such an ambitious and fascinating goal is not only far from being achieved but has yet to be satisfactorily approached. Fortunately, however, artificial intelligence also has an engineering goal: building systems that are useful to people even if the intelligence of such systems has no relation whatsoever with human intelligence, and therefore being able to build them does not necessarily provide any insight into the nature of human intelligence. This engineering goal has become the predominant one among artificial intelligence researchers and has produced impressive results, ranging from knowledge-based systems to autonomous robots, that have been applied to many different domains. Furthermore, artificial intelligence products and services today represent an annual market of tens of billions of dollars worldwide. This article summarizes the main contributions to the field of artificial intelligence made at the IIIA-CSIC (Artificial Intelligence Research Institute of the Spanish Scientific Research Council) over the last five years