Reasoning with Forest Logic Programs and f-hybrid Knowledge Bases

Open Answer Set Programming (OASP) is an undecidable framework for integrating ontologies and rules. Although several decidable fragments of OASP have been identified, few reasoning procedures exist. In this article, we provide a sound, complete, and terminating algorithm for satisfiability checking w.r.t. Forest Logic Programs (FoLPs), a fragment of OASP where rules have a tree shape and allow for inequality atoms and constants. The algorithm establishes a decidability result for FoLPs. Although believed to be decidable, so far only the decidability for two small subsets of FoLPs, local FoLPs and acyclic FoLPs, has been shown. We further introduce f-hybrid knowledge bases, a hybrid framework where \SHOQ{} knowledge bases and forest logic programs co-exist, and we show that reasoning with such knowledge bases can be reduced to reasoning with forest logic programs only. We note that f-hybrid knowledge bases do not require the usual (weakly) DL-safety of the rule component, providing thus a genuine alternative approach to current integration approaches of ontologies and rules

Combining ontologies and rules with clinical archetypes

Al igual que otros campos que dependen en gran medida de las funcionalidades ofrecidas por las tecnologías de la información y las comunicaciones (IT), la biomedicina y la salud necesitan cada vez más la implantación de normas y mecanismos ampliamente aceptados para el intercambio de datos, información y conocimiento. Dicha necesidad de compatibilidad e interoperabilidad va más allá de las cuestiones sintácticas y estructurales, pues la interoperabilidad semántica es también requerida. La interoperabilidad a nivel semántico es esencial para el soporte computarizado de alertas, flujos de trabajo y de la medicina basada en evidencia cuando contamos con la presencia de sistemas heterogéneos de Historia Clínica Electrónica (EHR). El modelo de arquetipos clínicos respaldado por el estándar CEN/ISO EN13606 y la fundación openEHR ofrece un mecanismo para expresar las estructuras de datos clínicos de manera compartida e interoperable. El modelo ha ido ganando aceptación en los últimos años por su capacidad para definir conceptos clínicos basados en un Modelo de Referencia común. Dicha separación a dos capas permite conservar la heterogeneidad de las implementaciones de almacenamiento a bajo nivel, presentes en los diferentes sistemas de EHR. Sin embargo, los lenguajes de arquetipos no soportan la representación de reglas clínicas ni el mapeo a ontologías formales, ambos elementos fundamentales para alcanzar la interoperabilidad semántica completa pues permiten llevar a cabo el razonamiento y la inferencia a partir del conocimiento clínico existente. Paralelamente, es reconocido el hecho de que la World Wide Web presenta requisitos análogos a los descritos anteriormente, lo cual ha fomentado el desarrollo de la Web Semántica. El progreso alcanzado en este terreno, con respecto a la representación del conocimiento y al razonamiento sobre el mismo, es combinado en esta tesis con los modelos de EHR con el objetivo de mejorar el enfoque de los arquetipos clínicos y ofrecer funcionalidades que se corresponden con nivel más alto de interoperabilidad semántica. Concretamente, la investigación que se describe a continuación presenta y evalúa un enfoque para traducir automáticamente las definiciones expresadas en el lenguaje de definición de arquetipos de openEHR (ADL) a una representación formal basada en lenguajes de ontologías. El método se implementa en la plataforma ArchOnt, que también es descrita. A continuación se estudia la integración de dichas representaciones formales con reglas clínicas, ofreciéndose un enfoque para reutilizar el razonamiento con instancias concretas de datos clínicos. Es importante ver como el acto de compartir el conocimiento clínico expresado a través de reglas es coherente con la filosofía de intercambio abierto fomentada por los arquetipos, a la vez que se extiende la reutilización a proposiciones de conocimiento declarativo como las utilizadas en las guías de práctica clínica. De esta manera, la tesis describe una técnica de mapeo de arquetipos a ontologías, para luego asociar reglas clínicas a la representación resultante. La traducción automática también permite la conexión formal de los elementos especificados en los arquetipos con conceptos clínicos equivalentes provenientes de otras fuentes como son las terminologías clínicas. Dichos enlaces fomentan la reutilización del conocimiento clínico ya representado, así como el razonamiento y la navegación a través de distintas ontologías clínicas. Otra contribución significativa de la tesis es la aplicación del enfoque mencionado en dos proyectos de investigación y desarrollo clínico, llevados a cabo en combinación con hospitales universitarios de Madrid. En la explicación se incluyen ejemplos de las aplicaciones más representativas del enfoque como es el caso del desarrollo de sistemas de alertas orientados a mejorar la seguridad del paciente. No obstante, la traducción automática de arquetipos clínicos a lenguajes de ontologías constituye una base común para la implementación de una amplia gama de actividades semánticas, razonamiento y validación, evitándose así la necesidad de aplicar distintos enfoques ad-hoc directamente sobre los arquetipos para poder satisfacer las condiciones de cada contexto

Rules and ontologies in support of real-time ubiquitous application

The focus of this paper is the practical evaluation of the challenges and capabilities of combination of ontologies and rules in the context of realtime ubiquitous application. The ec(h)o project designed a platform to create a museum experience that consists of a physical installation and an interactive virtual layer of three-dimensional soundscapes that are physically mapped to the museum displays. The retrieval mechanism is built on the user model and conceptual descriptions of sound objects and museum artifacts. The rule-based user model was specifically designed to work in environments where the rich semantic descriptions are available. The retrieval criteria are represented as inference rules that combine knowledge from psychoacoustics and cognitive domains with compositional aspects of interaction. Evaluation results both from the laboratory and museum deployment testing are presented together with the end user usability evaluations.We also summarize our findings in the lessons learned that provide a transferable generic knowledge for similar type of applications. The ec(h)o proved that ontologies and rules provide an excellent platform for building a highly-responsive context-aware interactive application

Combining ontologies and rules with clinical archetypes

Al igual que otros campos que dependen en gran medida de las funcionalidades ofrecidas por las tecnologías de la información y las comunicaciones (IT), la biomedicina y la salud necesitan cada vez más la implantación de normas y mecanismos ampliamente aceptados para el intercambio de datos, información y conocimiento. Dicha necesidad de compatibilidad e interoperabilidad va más allá de las cuestiones sintácticas y estructurales, pues la interoperabilidad semántica es también requerida. La interoperabilidad a nivel semántico es esencial para el soporte computarizado de alertas, flujos de trabajo y de la medicina basada en evidencia cuando contamos con la presencia de sistemas heterogéneos de Historia Clínica Electrónica (EHR). El modelo de arquetipos clínicos respaldado por el estándar CEN/ISO EN13606 y la fundación openEHR ofrece un mecanismo para expresar las estructuras de datos clínicos de manera compartida e interoperable. El modelo ha ido ganando aceptación en los últimos años por su capacidad para definir conceptos clínicos basados en un Modelo de Referencia común. Dicha separación a dos capas permite conservar la heterogeneidad de las implementaciones de almacenamiento a bajo nivel, presentes en los diferentes sistemas de EHR. Sin embargo, los lenguajes de arquetipos no soportan la representación de reglas clínicas ni el mapeo a ontologías formales, ambos elementos fundamentales para alcanzar la interoperabilidad semántica completa pues permiten llevar a cabo el razonamiento y la inferencia a partir del conocimiento clínico existente. Paralelamente, es reconocido el hecho de que la World Wide Web presenta requisitos análogos a los descritos anteriormente, lo cual ha fomentado el desarrollo de la Web Semántica. El progreso alcanzado en este terreno, con respecto a la representación del conocimiento y al razonamiento sobre el mismo, es combinado en esta tesis con los modelos de EHR con el objetivo de mejorar el enfoque de los arquetipos clínicos y ofrecer funcionalidades que se corresponden con nivel más alto de interoperabilidad semántica. Concretamente, la investigación que se describe a continuación presenta y evalúa un enfoque para traducir automáticamente las definiciones expresadas en el lenguaje de definición de arquetipos de openEHR (ADL) a una representación formal basada en lenguajes de ontologías. El método se implementa en la plataforma ArchOnt, que también es descrita. A continuación se estudia la integración de dichas representaciones formales con reglas clínicas, ofreciéndose un enfoque para reutilizar el razonamiento con instancias concretas de datos clínicos. Es importante ver como el acto de compartir el conocimiento clínico expresado a través de reglas es coherente con la filosofía de intercambio abierto fomentada por los arquetipos, a la vez que se extiende la reutilización a proposiciones de conocimiento declarativo como las utilizadas en las guías de práctica clínica. De esta manera, la tesis describe una técnica de mapeo de arquetipos a ontologías, para luego asociar reglas clínicas a la representación resultante. La traducción automática también permite la conexión formal de los elementos especificados en los arquetipos con conceptos clínicos equivalentes provenientes de otras fuentes como son las terminologías clínicas. Dichos enlaces fomentan la reutilización del conocimiento clínico ya representado, así como el razonamiento y la navegación a través de distintas ontologías clínicas. Otra contribución significativa de la tesis es la aplicación del enfoque mencionado en dos proyectos de investigación y desarrollo clínico, llevados a cabo en combinación con hospitales universitarios de Madrid. En la explicación se incluyen ejemplos de las aplicaciones más representativas del enfoque como es el caso del desarrollo de sistemas de alertas orientados a mejorar la seguridad del paciente. No obstante, la traducción automática de arquetipos clínicos a lenguajes de ontologías constituye una base común para la implementación de una amplia gama de actividades semánticas, razonamiento y validación, evitándose así la necesidad de aplicar distintos enfoques ad-hoc directamente sobre los arquetipos para poder satisfacer las condiciones de cada contexto

A Goal-Directed Implementation of Query Answering for Hybrid MKNF Knowledge Bases

Ontologies and rules are usually loosely coupled in knowledge representation formalisms. In fact, ontologies use open-world reasoning while the leading semantics for rules use non-monotonic, closed-world reasoning. One exception is the tightly-coupled framework of Minimal Knowledge and Negation as Failure (MKNF), which allows statements about individuals to be jointly derived via entailment from an ontology and inferences from rules. Nonetheless, the practical usefulness of MKNF has not always been clear, although recent work has formalized a general resolution-based method for querying MKNF when rules are taken to have the well-founded semantics, and the ontology is modeled by a general oracle. That work leaves open what algorithms should be used to relate the entailments of the ontology and the inferences of rules. In this paper we provide such algorithms, and describe the implementation of a query-driven system, CDF-Rules, for hybrid knowledge bases combining both (non-monotonic) rules under the well-founded semantics and a (monotonic) ontology, represented by a CDF Type-1 (ALQ) theory. To appear in Theory and Practice of Logic Programming (TPLP

EDOC: meeting the challenges of enterprise computing

An increasing demand for interoperable applications exists, sparking the real-time exchange of data across borders, applications, and IT platforms. To perform these tasks, enterprise computing now encompasses a new class of groundbreaking technologies such as Web services and service-oriented architecture (SOA); business process integration and management; and middleware support, like that for utility, grid, peer-to-peer, and autonomic computing. Enterprise computing also influences the processes for business modeling, consulting, and service delivery; it affects the design, development, and deployment of software architecture, as well as the monitoring and management of such architecture. As enterprises demand increasing levels of networked information and services to carry out business processes, IT professionals need conferences like EDOC to discuss emerging technologies and issues in enterprise computing. For these reasons, what started out as the Enterprise Distributed Object Computing (EDOC) conference has come to encompass much more than just distributed objects. So this event now used the name International EDOC Enterprise Computing Conference, to recognize this broader scope yet also retain the initial conference's name recognition