OPTIMISTIC DECISION MAKING USING AN APPROXIMATE GRAPHICAL MODEL

ABSTRAC

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

Games with incomplete information: a framework based on possibility theory

Les jeux probabilistes à information incomplète, appelés jeux Bayesiens, offrent un cadre adapté au traitement de jeux à utilités cardinales sous incertitude. Ce type d'approche ne peut pas être utilisé dans des jeux ordinaux, où l'utilité capture un ordre de préférence, ni dans des situations de décision sous incertitude qualitative. Dans la première partie de cette thèse, nous proposons un modèle de jeux à information incomplète basé sur la théorie de l'utilité qualitative possibiliste: les jeux possibiliste à information incomplète, nommés PI-games. Ces jeux constituent un cadre approprié pour la représentation des jeux ordinaux sous connaissance incomplète. Nous étendons les notions fondamentales de stratégie de sécurité et d'équilibres de Nash (pur et mixte). De plus, nous montrons que tout jeu possibiliste à information incomplète peut être transformé en un jeu à information complète sous la forme normale équivalent au jeu initial, dont les stratégies de sécurité, les équilibres de Nash purs et mixtes sont en bijection dans les deux jeux. Ce résultat de représentation est une contrepartie qualitative de celui de Harsanyi sur la représentation des jeux Bayésiens par des jeux sous forme normale à information complète. Cela est plus un résultat de représentation qu'un outil de résolution. Nous montrons que décider si un équilibre de Nash pur existe dans un PI-game est un problème NP-complet et proposons un codage de programmation linéaire mixte en nombres entiers (PLNE) du problème. Nous proposons également un algorithme en temps polynomial pour trouver une stratégie de sécurité dans un PI-game et montrons qu'un équilibre mixte possibiliste peut être également calculé en temps polynomial (en fonction de la taille du jeu). Pour confirmer la faisabilité de la formulation de programmation linéaire en nombres entiers mixtes et des algorithmes en temps polynomial, nous introduisons aussi un nouveau générateur pour les PI-games basé sur le générateur de jeux sous la forme normale: GAMUT. Représenter un PI-game sous forme normale standard nécessite une expression extensive des fonctions d'utilité et de la distribution des possibilités, à savoir sur les espaces produits des actions et des types. La deuxième partie de cette thèse propose une vue moins coûteuse des PI-games, à savoir la polymatrix PI-games basée sur min, qui permet de spécifier de manière concise les PI-games avec des interactions locales, en d'autre termes, lorsque les interactions entre les joueurs sont par paires et l'utilité d'un joueur dépend de son voisinage et non de tous les autres joueurs du PI-game. Ce cadre permet, par exemple, la représentation compacte des jeux de coordination sous incertitude où la satisfaction d'un joueur est élevée si et seulement si sa stratégie est cohérente avec celles de l'ensemble de ses voisins. Dans cette thèse, nous montrons que n'importe quel PI-game à 2 joueurs peut être transformé en un jeu polymatriciel équivalent basé sur le min. Ce résultat est la contrepartie qualitative du théorème de Howson et Rosenthal reliant les jeux Bayésiens aux jeux polymatriciels. De plus, dès qu'une simple condition de cohérence des connaissances des joueurs sur le monde est satisfaite, tout polymatrix PI-game peut être transformé en temps polynomial en un jeu polymatriciel, basé sur le min, à information complète équivalent. Nous montrons que l'existence d'un équilibre de Nash pur dans un polymatrix PI-game est un problème NP-complet mais pas plus difficile que de décider si un équilibre de Nash pur existe dans un PI-game. Enfin, nous montrons que cette dernière famille de jeux peut être résolue grâce à une formulation de programmation linéaire en nombres entiers mixtes. Nous introduisons un nouveau générateur pour les polymatrix PI-games basés sur le générateur de PI-game. Les expérimentations confirment la faisabilité de cette approche.Probabilistic games with incomplete information, called Bayesian games, offer a suitable framework for games where the utility degrees are additive in essence. This approach does not apply to ordinal games where the utility degrees capture no more than a ranking, nor to situations of decision under qualitative uncertainty. In the first part of this thesis, we propose a representation framework for ordinal games under possibilistic incomplete information (PI-games). These games constitute a suitable framework for the representation of ordinal games under incomplete knowledge. We extend the fundamental notions of secure strategy, pure Nash equilibrium, and mixed Nash equilibrium to this framework. Furthermore, we show that any possibilis- tic game with incomplete information can be transformed into an equivalent normal form game with complete information. The fundamental notions such Nash equilibria (pure and mixed) and secure strategies are in bijection in both frameworks. This representation result is a qualitative counterpart of Harsanyi results about the representation of Bayesian games by normal form games under complete information. It is more of a representation result than the premise of a solving tool. We show that deciding whether a pure Nash equilibrium exists in a PI-game is a difficult task (NP-hard) and propose a Mixed Integer Linear Programming (MILP) encoding of this problem. We also propose a polynomial-time algorithm to find a secure strategy in a PI-game and show that a possibilistic mixed equilibrium can be computed in polynomial time (w.r.t., the size of the game), which contrasts with probabilistic mixed equilibrium computation in cardinal game theory. To confirm the feasibility of the MILP formulation and the polynomial-time algorithms, we introduce a novel generator for PI-games based on the well-known standard normal form game generator: GAMUT. Representing a PI-game in standard normal form requires an extensive expression of the utility functions and the possibility distribution on the product spaces of actions and types. This is the concern of the second part of this thesis where we propose a less costly view of PI-games, namely min-based polymatrix PI-games, which allows to concisely specify PI-games with local interactions, i.e., the interactions between players are pairwise and the utility of a player depends on her neighbors and not on all other players in the PI-game. This framework allows, for instance, the compact representation of coordination games under uncertainty where the satisfaction of a player is high if and only if her strategy is coherent with all of her neighbors, the game being possibly only incompletely known to the players. We show that any 2- player PI-game can be transformed into an equivalent min-based polymatrix game. This result is the qualitative counterpart of Howson and Rosenthal's theorem linking Bayesian games to polymatrix games. Furthermore, as soon as a simple condition on the coherence of the players' knowledge about the world is satisfied, any polymatrix PI-game can be transformed in polynomial time into an equivalent min-based and complete information polymatrix game. We show that the existence of a pure Nash equilibrium in a polymatrix PI-game is an NP-complete problem but no harder than deciding the existence of a pure Nash equilibrium in a PI-game. Finally, we show that the latter family of games can be solved through a MILP formulation. We introduce a novel generator for min-based polymatrix PI-games based on the PI-game generator. Experiments confirm the feasibility of this approach

Graphical preference representation under a possibilistic framework

La modélisation structurée de préférences, fondée sur les notions d'indépendance préférentielle, a un potentiel énorme pour fournir des approches efficaces pour la représentation et le raisonnement sur les préférences des décideurs dans les applications de la vie réelle. Cette thèse soulève la question de la représentation des préférences par une structure graphique. Nous proposons une nouvelle lecture de réseaux possibilistes, que nous appelons p-pref nets, où les degrés de possibilité représentent des degrés de satisfaction. L'approche utilise des poids de possibilité non instanciés (appelés poids symboliques), pour définir les tables de préférences conditionnelles. Ces tables donnent naissance à des vecteurs de poids symboliques qui codent les préférences qui sont satisfaites et celles qui sont violées dans un contexte donné. Nous nous concentrons ensuite sur les aspects théoriques de la manipulation de ces vecteurs. En effet, la comparaison de ces vecteurs peut s'appuyer sur différentes méthodes: celles induites par la règle de chaînage basée sur le produit ou celle basée sur le minimum que sous-tend le réseau possibiliste, les raffinements du minimum le discrimin, ou leximin, ainsi que l'ordre Pareto, et le Pareto symétrique qui le raffine. Nous prouvons que la comparaison par produit correspond exactement au celle du Pareto symétrique et nous nous concentrons sur les avantages de ce dernier par rapport aux autres méthodes. En outre, nous montrons que l'ordre du produit est consistant avec celui obtenu en comparant des ensembles de préférences satisfaites des tables. L'image est complétée par la proposition des algorithmes d'optimisation et de dominance pour les p-pref nets. Dans ce travail, nous discutons divers outils graphiques pour la représentation des préférences. Nous nous focalisons en particulier sur les CP-nets car ils partagent la même structure graphique que les p-pref nets et sont basés sur la même nature de préférences. Nous prouvons que les ordres induits par les CP-nets ne peuvent pas contredire ceux des p-pref nets et nous avons fixé les contraintes nécessaires pour raffiner les ordres des p-pref nets afin de capturer les contraintes Ceteris Paribus des CP-nets. Cela indique que les CP-nets représentent potentiellement une sous-classe des p-pref nets avec des contraintes. Ensuite, nous fournissons une comparaison approfondie entre les différents modèles graphiques qualitatifs et quantitatifs, et les p-pref nets. Nous en déduisons que ces derniers peuvent être placés à mi- chemin entre les modèles qualitatifs et les modèles quantitatifs puisqu'ils ne nécessitent pas une instanciation complète des poids symboliques alors que des informations supplémentaires sur l'importance des poids peuvent être prises en compte. La dernière partie de ce travail est consacrée à l'extension du modèle proposé pour représenter les préférences de plusieurs agents. Dans un premier temps, nous proposons l'utilisation de réseaux possibilistes où les préférences sont de type tout ou rien et nous définissons le conditionnement dans le cas de distributions booléennes. Nous montrons par ailleurs que ces réseaux multi-agents ont une contrepartie logique utile pour vérifier la cohérence des agents. Nous expliquons les étapes principales pour transformer ces réseaux en format logique. Enfin, nous décrivons une extension pour représenter des préférences nuancées et fournissons des algorithmes pour les requêtes d'optimisation et de dominance.Structured modeling of preference statements, grounded in the notions of preferential independence, has tremendous potential to provide efficient approaches for modeling and reasoning about decision maker preferences in real-life applications. This thesis raises the question of representing preferences through a graphical structure. We propose a new reading of possibilistic networks, that we call p-pref nets, where possibility weights represent satisfaction degrees. The approach uses non-instantiated possibility weights, which we call symbolic weights, to define conditional preference tables. These conditional preference tables give birth to vectors of symbolic weights that reflect the preferences that are satisfied and those that are violated in a considered situation. We then focus on the theoretical aspects of handling of these vectors. Indeed, the comparison of such vectors may rely on different orderings: the ones induced by the product-based, or the minimum based chain rule underlying the possibilistic network, the discrimin, or leximin refinements of the minimum- based ordering, as well as Pareto ordering, and the symmetric Pareto ordering that refines it. We prove that the product-based comparison corresponds exactly to symmetric Pareto and we focus on its assets compared to the other ordering methods. Besides, we show that productbased ordering is consistent with the ordering obtained by comparing sets of satisfied preference tables. The picture is then completed by the proposition of algorithms for handling optimization and dominance queries. In this work we discuss various graphical tools for preference representation. We shed light particularly on CP-nets since they share the same graphical structure as p-pref nets and are based on the same preference statements. We prove that the CP-net orderings cannot contradict those of the p-pref nets and we found suitable additional constraints to refine p-pref net orderings in order to capture Ceteris Paribus constraints of CP-nets. This indicates that CP-nets potentially represent a subclass of p-pref nets with constraints. Finally, we provide an thorough comparison between the different qualitative and quantitative graphical models and p-pref nets. We deduce that the latter can be positioned halfway between qualitative and quantitative models since they do not need a full instantiation of the symbolic weights while additional information about the relative strengths of these weights can be taken into account. The last part of this work is dedicated to extent the proposed model to represent multiple agents preferences. As a first step, we propose the use of possibilistic networks for representing all or nothing multiple agents preferences and define conditioning in the case of Boolean possibilities. These multiple agents networks have a logical counterpart helpful for checking agents consistency. We explain the main steps for transforming multiple agents networks into logical format. Finally, we outline an extension with priority levels of these networks and provide algorithms for handling optimization and dominance queries

Representing archaeological uncertainty in cultural informatics

This thesis sets out to explore, describe, quantify, and visualise uncertainty in a cultural informatics context, with a focus on archaeological reconstructions. For quite some time, archaeologists and heritage experts have been criticising the often toorealistic appearance of three-dimensional reconstructions. They have been highlighting one of the unique features of archaeology: the information we have on our heritage will always be incomplete. This incompleteness should be reflected in digitised reconstructions of the past. This criticism is the driving force behind this thesis. The research examines archaeological theory and inferential process and provides insight into computer visualisation. It describes how these two areas, of archaeology and computer graphics, have formed a useful, but often tumultuous, relationship through the years. By examining the uncertainty background of disciplines such as GIS, medicine, and law, the thesis postulates that archaeological visualisation, in order to mature, must move towards archaeological knowledge visualisation. Three sequential areas are proposed through this thesis for the initial exploration of archaeological uncertainty: identification, quantification and modelling. The main contributions of the thesis lie in those three areas. Firstly, through the innovative design, distribution, and analysis of a questionnaire, the thesis identifies the importance of uncertainty in archaeological interpretation and discovers potential preferences among different evidence types. Secondly, the thesis uniquely analyses and evaluates, in relation to archaeological uncertainty, three different belief quantification models. The varying ways that these mathematical models work, are also evaluated through simulated experiments. Comparison of results indicates significant convergence between the models. Thirdly, a novel approach to archaeological uncertainty and evidence conflict visualisation is presented, influenced by information visualisation schemes. Lastly, suggestions for future semantic extensions to this research are presented through the design and development of new plugins to a search engine