Orientation in French spatial expressions: formal representations and inferences

International audienceIn this paper we propose several formal tools intended to grasp an important aspect of static localisation in language namely orientation. We consider French spatial expressions used in localising an entity in an internal way (Internal Localisation Nouns such as 'haut' (top), 'bas' (bottom), 'devant' (front), 'derrière' (back)) or in an external way (prepositions 'devant' (in front of), 'derrière' (behind), 'au-dessus de' (above), 'au-dessous de' (below)). In order to represent these orientation phenomena, we build a logical framework made up of three levels that we call geometrical, functional and pragmatic. First, we define a geometry based on directions and relative localisation operators. Then, we introduce the functional notions that underly intrinsic orientation processes and we propose several formal definitions which may serve to represent the semantic content of the studied lexemes. These definitions allow us to make a difference between deictic and intrinsic uses of these spatial expressions and to draw interesting deductions and inferences. Finally, we integrate at the pragmatic level various principles governing the interpretation of such orientational expressions. By taking into account the different inferential schemata linked to the use of spatial expressions in discourse, this modular approach constitutes an original contribution to the semantic and cognitive studies of linguistic space

Generating Relation Algebras for Qualitative Spatial Reasoning

Basic relationships between certain regions of space are formulated in natural language in everyday situations. For example, a customer specifies the outline of his future home to the architect by indicating which rooms should be close to each other. Qualitative spatial reasoning as an area of artificial intelligence tries to develop a theory of space based on similar notions. In formal ontology and in ontological computer science, mereotopology is a first-order theory, embodying mereological and topological concepts, of the relations among wholes, parts, parts of parts, and the boundaries between parts. We shall introduce abstract relation algebras and present their structural properties as well as their connection to algebras of binary relations. This will be followed by details of the expressiveness of algebras of relations for region based models. Mereotopology has been the main basis for most region based theories of space. Since its earliest inception many theories have been proposed for mereotopology in artificial intelligence among which Region Connection Calculus is most prominent. The expressiveness of the region connection calculus in relational logic is far greater than its original eight base relations might suggest. In the thesis we formulate ways to automatically generate representable relation algebras using spatial data based on region connection calculus. The generation of new algebras is a two pronged approach involving splitting of existing relations to form new algebras and refinement of such newly generated algebras. We present an implementation of a system for automating aforementioned steps and provide an effective and convenient interface to define new spatial relations and generate representable relational algebras

A two-level semantics for french expressions of motion

Developing suitable representations for formalizing time and space knowledge has always been of a great importance in Artificial Intelligence (AI) and cognitive science. We here present a new way to conjoin these two problems. From the linguistic study of motion (which is the best concept available to associate space and time at the lexical and phrase levels), realized by Laur (1991), we construct a system to represent the spatio-temporal semantics of motion. This linguistic analysis consists of a semantic classification of the French motion verbs and spatial prepositions and of the elaboration of compositional rules between the semantic classes of these verbs and these prepositions. Our system, based on a two-level semantics representation, allows to formally represent the results drawn by the linguistic part and to perform some kind of natural spatio-temporal reasoning

Topological Foundations of Cognitive Science

A collection of papers presented at the First International Summer Institute in Cognitive Science, University at Buffalo, July 1994, including the following papers: ** Topological Foundations of Cognitive Science, Barry Smith ** The Bounds of Axiomatisation, Graham White ** Rethinking Boundaries, Wojciech Zelaniec ** Sheaf Mereology and Space Cognition, Jean Petitot ** A Mereotopological Definition of 'Point', Carola Eschenbach ** Discreteness, Finiteness, and the Structure of Topological Spaces, Christopher Habel ** Mass Reference and the Geometry of Solids, Almerindo E. Ojeda ** Defining a 'Doughnut' Made Difficult, N .M. Gotts ** A Theory of Spatial Regions with Indeterminate Boundaries, A.G. Cohn and N.M. Gotts ** Mereotopological Construction of Time from Events, Fabio Pianesi and Achille C. Varzi ** Computational Mereology: A Study of Part-of Relations for Multi-media Indexing, Wlodek Zadrozny and Michelle Ki

Formal Design Concept And Participant Behavior Analysis For Crowdsourcing Design

Crowdsourcing has emerged as a new design resource for conceptual design process and multiple crowdsourcing services provide an opportunity for design idea collection and concept generation by crowds. However, few formal methods are available to extract and evaluate design concepts from the activities of the design crowd. Scarcity of information and non-guaranteed quality of contributions are often challenges to be tackled. To overcome the challenges, the research aims to answer how a system systematically extracts and represents the explicit or implicit hidden design concepts from crowdsourcing design activities and how crowdsourcing design activities of participants are captured as design information to develop a product in crowdsourcing platform in the perspectives of process and elements. This research provides taxonomy of design features to represent crowdsourcing design activities. With the taxonomy, a formal concept analysis method, Galois lattices, is applied to evaluate activities of design crowd and to extract possible design concepts. Using this approach, the crowd activities are represented with design features and participant information and it allows modeling the potential design concepts with the contributions of participants. Two participant evaluating measures, Participant Individual Score and Participant Group Score, are proposed to enhance the extracted design concepts with participants\u27 information. By employing the proposed scores and design features, this research figure out the significance of participants\u27 behavior in crowdsourcing design. In addition, a formal method to represent the processes and elements in crowdsourcing design activities with the theory adopted from social science, Actor Network Theory. The presented method and metrics are validated with a real design data collected from a crowdsourcing service by focus group interview and precision and recall tests

A qualitative calculus for moving point objects constrained by networks

Continu bewegende objecten vormen een belangrijk studieobject in een groot aantal domeinen. Enkele voorbeelden zijn: een bioloog die het verplaatsinggedrag van een kudde dieren wil bestuderen, een verkeersplanner die de bewegingen van auto’s wil volgen en een sportwetenschapper die de onderlinge interacties van voetballers tijdens een wedstrijd wil analyseren. Vanuit geometrisch standpunt, concentreren de meeste toepassingen zich op de positionele beweging van het voorwerp zelf waardoor bewegende objecten meestal tot punten worden vereenvoudigd. De recente evoluties in diverse plaatsbepalingstechnieken (GPS, GSM, ...) laten toe grote hoeveelheden dergelijke bewegende puntobjecten op te meten en op te slaan. Er is al heel wat onderzoek verricht in het genereren, indexeren, en modelleren en bevragen van bewegende objecten in tijdruimtelijke databanken. Redeneren over de relaties tussen bewegende puntobjecten echter vormt nog maar sinds kort het voorwerp van onderzoek, vooral het redeneren binnen een kwalitatief kader. Nieuwe technieken binnen informatiesystemen, zoals Geografische Informatiesystemen (GIS), zouden echter veel meer kwalitatieve methodes moeten hanteren. Aangezien mensen verkiezen te communiceren in kwalitatieve termen, zouden dergelijke systemen dichter komen bij de manier waarop informatie wordt meegedeeld. Wat GIS betreft, passen deze ideeën volledig binnen het onderzoeksdomein van de Naïeve Geografie (Naive Geography). Door hun populariteit, wordt een GIS niet alleen meer door domeinspecialisten gebruikt (b.v. Google Earth, systemen voor autonavigatie). Het gebruik van kwalitatieve methodes binnen informatiesystemen zou de toegankelijkheid moeten verzekeren voor een brede waaier gebruikers. Aangezien redeneren over bewegingen een belangrijk onderdeel vormt van het alledaagse menselijke kennisvermogen, is er een duidelijke behoefte om een kwalitatieve ‘bewegingscalculus’ te ontwikkelen. In het domein van kwalitatief ruimtelijk redeneren is Mereotopologie het meest onderzochte studiegebied. Volgens het 9-Intersectie Model (9-Intersection Model) echter zijn er slechts twee triviale topologische relaties tussen twee puntobjecten: de objecten zijn ofwel co-incident ofwel disjunct. Aangezien bewegende objecten in de realiteit meestal niet samenvallen, en topologische modellen geen verder onderscheid kunnen maken tussen disjuncte objecten, zijn deze calculi in het geval van bewegende puntobjecten niet expressief genoeg. Een typisch voorbeeld is het geval waar twee vliegtuigen zich in een gescheiden relatie bevinden. Het is noodzakelijk om te weten of deze beide vliegtuigen in deze relatie kunnen blijven, zoniet kunnen de gevolgen catastrofaal zijn. De Kwalitatieve Traject Calculus (Qualitative Trajectory Calculus: QTC), geïntroduceerd door Van de Weghe, is op dit vlak expressiever. QTC beschrijft en redeneert over kwalitatieve relaties tussen disjuncte continu bewegende puntobjecten. In Van de Weghe, worden twee soorten QTC geïntroduceerd. De basiscalculus (QTC-Basic: QTCB) beschrijft de onderlinge relaties tussen bewegende puntobjecten met behulp van afstandsvergelijkingen, terwijl QTC-Dubbel Kruis (QTC-Double Cross: QTCC) de relaties beschrijft via een referentieframe bestaande uit drie referentielijnen in de vorm van een dubbel kruis. Moreira et al. maken een onderscheid tussen twee soorten bewegende objecten: voorwerpen die in de vrije ruimte kunnen bewegen (b.v. een vogel die door de lucht vliegt) en voorwerpen die in hun bewegingsvrijheid beperkt worden (b.v. een trein kan enkel op het spoorwegnetwerk bewegen). Een groot aantal bewegingen worden duidelijk begrensd door een netwerk (binnenschepen kunnen enkel varen op kanalen en sommige rivieren, auto’s rijden op straatnetwerken, enz.). Daarom is de hoofddoelstelling van dit proefschrift het uitbreiden van de QTC theorie naar objecten die enkel op netwerken kunnen bewegen. Met andere woorden, het doel is een kwalitatieve calculus op te stellen die het mogelijk maakt om relaties tussen bewegende puntobjecten die enkel op netwerken kunnen bewegen te beschrijven en te onderzoeken: De Kwalitative Traject Caculus op Netwerken (QTCN). Een tweede doelstelling bestaat erin om een eerste aanzet te geven tot de taalkundige en cognitieve bruikbaarheid en geschiktheid van QTC