Local Belief Dynamics in Network Knowledge Bases

People are becoming increasingly more connected to each other as social networks continue to grow both in number and variety, and this is true for autonomous software agents as well. Taking them as a collection, such social platforms can be seen as one complex network with many different types of relations, different degrees of strength for each relation, and a wide range of information on each node. In this context, social media posts made by users are reflections of the content of their own individual (or local) knowledge bases; modeling how knowledge flows over the network? or how this can possibly occur? is therefore of great interest from a knowledge representation and reasoning perspective. In this article, we provide a formal introduction to the network knowledge base model, and then focus on the problem of how a single agents knowledge base changes when exposed to a stream of news items coming from other members of the network. We do so by taking the classical belief revision approach of first proposing desirable properties for how such a local operation should be carried out (theoretical characterization), arriving at three different families of local operators, exploring concrete algorithms (algorithmic characterization) for two of the families, and proving properties about the relationship between the two characterizations (representation theorem). One of the most important differences between our approach and the classical models of belief revision is that in our case the input is more complex, containing additional information about each piece of information.Fil: Gallo, Fabio Rafael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; ArgentinaFil: Simari, Gerardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; ArgentinaFil: Martinez, Maria Vanina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Abad Santos, Natalia Vanesa. Universidad Nacional del Sur; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Falappa, Marcelo Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; Argentin

Multi-Winner Voting with Approval Preferences

Approval-based committee (ABC) rules are voting rules that output a fixed-size subset of candidates, a so-called committee. ABC rules select committees based on dichotomous preferences, i.e., a voter either approves or disapproves a candidate. This simple type of preferences makes ABC rules widely suitable for practical use. In this book, we summarize the current understanding of ABC rules from the viewpoint of computational social choice. The main focus is on axiomatic analysis, algorithmic results, and relevant applications.Comment: This is a draft of the upcoming book "Multi-Winner Voting with Approval Preferences

Sur l'analyse statique des requêtes SPARQL avec la logique modale

Static analysis is a core task in query optimization and knowledge base verification. We study static analysis techniques for SPARQL, the standard language for querying Semantic Web data. Specifically, we investigate the query containment problem and the query-update independence analysis. We are interested in developing techniques through reductions to the validity problem in logic.We address SPARQL query containment with optional matching. We focus on the class of well-designed SPARQL queries, proposed in the literature as a fragment of the language with good properties regarding query evaluation. SPARQL is interpreted over graphs, hence we encode it in a graph logic, specifically the modal logic K interpreted over label transition systems. We show that this logic is powerful enough to deal with query containment for the well-designed fragment of SPARQL. We show how to translate RDF graphs into transition systems and SPARQL queries into K-formulae. Therefore, query containment in SPARQL can be reduced to unsatisfiability in K.We also report on a preliminary overview of the SPARQL query-update problem. A query is independent of an update when the execution of the update does not affect the result of the query. Determining independence is especially useful in the contest of huge RDF repositories, where it permits to avoid expensive yet useless re-evaluation of queries. While this problem has been intensively studied for fragments of relational calculus, no works exist for the standard query language for the semantic web. We report on our investigations on how a notion of independence can be defined in the SPARQL contextL’analyse statique est une tâche essentielle dans l’optimisation des requêtes et la vérification de la base de graphes RDF. Nous étudions des techniques d’analyse statique pour SPARQL, le langage standard pour l’interrogation des données du Web sémantique. Plus précisément, nous étudions le problème d’inclusion des requêtes et de l’analyse de l’indépendance entre les requêtes et la mise à jour de la base de graphes RDF.Nous sommes intéressés par le développement de techniques grâce à des réductions au problème de la satisfaisabilité de la logique.Nous nous traitons le problème d’inclusion des requêtes SPARQL en présence de l’opérateur OPTIONAL. L’optionalité est l’un des constructeurs les plus compliqués dans SPARQL et aussi celui qui rend ce langage plus expressif que les langages de requêtes classiques, comme SQL.Nous nous concentrons sur la classe de requêtes appelée "well-designed SPARQL", proposées dans la littérature comme un fragment du langage avec de bonnes propriétés en matière d’évaluation des requêtes incluent l’opération OPTIONAL. À ce jour, l’inclusion de requête a été testée à l’aide de différentes techniques: homomorphisme de graphes, bases de données canoniques, techniques de la théorie des automates et réduction au problème de la validité d’une logique. Dans cette thèse, nous utilisons la dernière technique pour tester l’inclusion des requêtes SPARQL avec OPTIONAL utilisant une logique expressive appelée «logique K». En utilisant cette technique, il est possible de régler le problème d’inclusion des requêtes pour plusieurs fragment de SPARQL, même en présence de schémas. Cette extensibilité n’est pas garantie par les autres méthodes.Nous montrons comment traduire a graphe RDF en un système de transitions, ainsi que une requête SPARQL en une formula K. Avec ces traductions, l’inclusion des requêtes dans SPARQL peut être réduite au test de la validité d’une formule logique. Un avantage de cette approche est d’ouvrir la voie pour des implémentations utilisant solveurs de satisfiabilité pour K.Nous présentons un banc d’essais de tests d’inclusion pour les requêtes SPARQL avec OPTIONAL. Nous avons effectué des expériences pour tester et comparer des solveurs d’inclusion de l’état de l’art.Nous présentons également un aperçu préliminaire du problème d’indépendance entre requête et mise à jour. Une requête est indépendante de la mise à jour lorsque l’exécution de la mise à jour ne modifie pas le résultat de la requête. Bien que ce problème ait été intensivement étudié pour des fragments de calcul relationnel, il n’existe pas de travaux pour le langage de requêtes standard pour le web sémantique. Nous proposons une définition de la notion de l’indépendance dans le contexte de SPARQL et nous établissons des premières pistes de analyse statique dans certains situations d’inclusion entre une requête et une mise à jour

Temporospatial Context-Aware Vehicular Crash Risk Prediction

With the demand for more vehicles increasing, road safety is becoming a growing concern. Traffic collisions take many lives and cost billions of dollars in losses. This explains the growing interest of governments, academic institutions and companies in road safety. The vastness and availability of road accident data has provided new opportunities for gaining a better understanding of accident risk factors and for developing more effective accident prediction and prevention regimes. Much of the empirical research on road safety and accident analysis utilizes statistical models which capture limited aspects of crashes. On the other hand, data mining has recently gained interest as a reliable approach for investigating road-accident data and for providing predictive insights. While some risk factors contribute more frequently in the occurrence of a road accident, the importance of driver behavior, temporospatial factors, and real-time traffic dynamics have been underestimated. This study proposes a framework for predicting crash risk based on historical accident data. The proposed framework incorporates machine learning and data analytics techniques to identify driving patterns and other risk factors associated with potential vehicle crashes. These techniques include clustering, association rule mining, information fusion, and Bayesian networks. Swarm intelligence based association rule mining is employed to uncover the underlying relationships and dependencies in collision databases. Data segmentation methods are employed to eliminate the effect of dependent variables. Extracted rules can be used along with real-time mobility to predict crashes and their severity in real-time. The national collision database of Canada (NCDB) is used in this research to generate association rules with crash risk oriented subsequents, and to compare the performance of the swarm intelligence based approach with that of other association rule miners. Many industry-demanding datasets, including road-accident datasets, are deficient in descriptive factors. This is a significant barrier for uncovering meaningful risk factor relationships. To resolve this issue, this study proposes a knwoledgebase approximation framework to enhance the crash risk analysis by integrating pieces of evidence discovered from disparate datasets capturing different aspects of mobility. Dempster-Shafer theory is utilized as a key element of this knowledgebase approximation. This method can integrate association rules with acceptable accuracy under certain circumstances that are discussed in this thesis. The proposed framework is tested on the lymphography dataset and the road-accident database of the Great Britain. The derived insights are then used as the basis for constructing a Bayesian network that can estimate crash likelihood and risk levels so as to warn drivers and prevent accidents in real-time. This Bayesian network approach offers a way to implement a naturalistic driving analysis process for predicting traffic collision risk based on the findings from the data-driven model. A traffic incident detection and localization method is also proposed as a component of the risk analysis model. Detecting and localizing traffic incidents enables timely response to accidents and facilitates effective and efficient traffic flow management. The results obtained from the experimental work conducted on this component is indicative of the capability of our Dempster-Shafer data-fusion-based incident detection method in overcoming the challenges arising from erroneous and noisy sensor readings

Description Logic for Scene Understanding at the Example of Urban Road Intersections

Understanding a natural scene on the basis of external sensors is a task yet to be solved by computer algorithms. The present thesis investigates the suitability of a particular family of explicit, formal representation and reasoning formalisms for this task, which are subsumed under the term Description Logic

Modélisation et exploitation des connaissances pour les processus d'expertise collaborative

Les démarches d’expertise sont aujourd’hui mises en oeuvre dans de nombreux domaines, et plus particulièrement dans le domaine industriel, pour évaluer des situations, comprendre des problèmes ou encore anticiper des risques. Placés en amont des problèmes complexes et mal définis, elles servent à la compréhension de ceux-ci et facilitent ainsi les prises de décisions. Ces démarches sont devenues tellement généralisées qu’elles ont fait l’objet d’une norme (NF X 50-110) et d’un guide de recommandation édité en 2011 (FDX 50-046). Ces démarches reposent principalement sur la formulation d’hypothèses avec un certain doute par un ou plusieurs experts. Par la suite, ces hypothèses vont progressivement être validées ou invalidées au cours des différentes phases de la démarche par rapport aux connaissances disponibles. Ainsi, les certitudes accordées aux hypothèses vont connaître une évolution au cours des dites phases et permettront d’avoir une certitude sur la compréhension d’un problème en fonction des hypothèses valides. Bien que cette approche d’étude de problèmes ait fait l’objet d’une norme, elle manque d’outils automatiques ou semi-automatiques pour assister les experts du domaine lors des différentes phases exploratoires des problèmes. De plus, cette approche quasi manuelle manque des mécanismes appropriés pour gérer les connaissances produites de manière à ce qu’elles soient compréhensibles par les humains et manipulables par les machines. Avant de proposer des solutions à ces limites de l’état actuel des processus d’expertise, une revue des études fondamentales et appliquées en logique, en représentation des connaissances pour l’expertise ou l’expérience, et en intelligence collaborative a été réalisée pour identifier les briques technologiques des solutions proposées. Une analyse de la norme NF X 50-100 a été menée pour comprendre les caractéristiques des Processus d’Expertise et comment ils peuvent être représentés formellement et utilisés comme retour d’expérience. Une étude a été menée sur des rapports d’expertise passés d’accidents d’avion pour trouver comment ils peuvent être représentés dans un format lisible par une machine, général et extensible, indépendant du domaine et partageable entre les systèmes. Cette thèse apporte les contributions suivantes à la démarche d’expertise : Une formalisation des connaissances et une méthodologie de résolution collaborative de problèmes en utilisant des hypothèses. Cette méthode est illustrée par un cas d’étude tiré d’un problème de l’industrie de production, dans lequel un produit fabriqué a été rejeté par des clients. La méthode décrit également des mécanismes d’inférence compatibles avec la représentation formelle proposée. Un raisonnement collaboratif non-monotone basé sur la programmation logique par l’ensemble et la théorie d’incertitude utilisant les fonctions de croyance. Une représentation sémantique des rapports d’expertise basée sur les ontologies. Premièrement, ces contributions ont permis une exécution formelle et systématique des Processus d’Expertise, avec une motivation centrée sur l’humain. Ensuite, elles favorisent leur utilisation pour un traitement approprié selon des propriétés essentielles telles que la traçabilité, la transparence, le raisonnement non-monotone et l’incertitude, en tenant compte du doute humain et de la connaissance limitée des experts. Enfin, ils fournissent une représentation sémantique lisible par l’homme et la machine pour les expertise réalisées

Multi-Winner Voting with Approval Preferences

From fundamental concepts and results to recent advances in computational social choice, this open access book provides a thorough and in-depth look at multi-winner voting based on approval preferences. The main focus is on axiomatic analysis, algorithmic results and several applications that are relevant in artificial intelligence, computer science and elections of any kind. What is the best way to select a set of candidates for a shortlist, for an executive committee, or for product recommendations? Multi-winner voting is the process of selecting a fixed-size set of candidates based on the preferences expressed by the voters. A wide variety of decision processes in settings ranging from politics (parliamentary elections) to the design of modern computer applications (collaborative filtering, dynamic Q&A platforms, diversity in search results, etc.) share the problem of identifying a representative subset of alternatives. The study of multi-winner voting provides the principled analysis of this task. Approval-based committee voting rules (in short: ABC rules) are multi-winner voting rules particularly suitable for practical use. Their usability is founded on the straightforward form in which the voters can express preferences: voters simply have to differentiate between approved and disapproved candidates. Proposals for ABC rules are numerous, some dating back to the late 19th century while others have been introduced only very recently. This book explains and discusses these rules, highlighting their individual strengths and weaknesses. With the help of this book, the reader will be able to choose a suitable ABC voting rule in a principled fashion, participate in, and be up to date with the ongoing research on this topic

DAG-Based Attack and Defense Modeling: Don't Miss the Forest for the Attack Trees

This paper presents the current state of the art on attack and defense modeling approaches that are based on directed acyclic graphs (DAGs). DAGs allow for a hierarchical decomposition of complex scenarios into simple, easily understandable and quantifiable actions. Methods based on threat trees and Bayesian networks are two well-known approaches to security modeling. However there exist more than 30 DAG-based methodologies, each having different features and goals. The objective of this survey is to present a complete overview of graphical attack and defense modeling techniques based on DAGs. This consists of summarizing the existing methodologies, comparing their features and proposing a taxonomy of the described formalisms. This article also supports the selection of an adequate modeling technique depending on user requirements

Efficient paraconsistent reasoning with rules and ontologies for the semantic web

Ontologies formalized by means of Description Logics (DLs) and rules in the form of Logic Programs (LPs) are two prominent formalisms in the field of Knowledge Representation and Reasoning. While DLs adhere to the OpenWorld Assumption and are suited for taxonomic reasoning, LPs implement reasoning under the Closed World Assumption, so that default knowledge can be expressed. However, for many applications it is useful to have a means that allows reasoning over an open domain and expressing rules with exceptions at the same time. Hybrid MKNF knowledge bases make such a means available by formalizing DLs and LPs in a common logic, the Logic of Minimal Knowledge and Negation as Failure (MKNF). Since rules and ontologies are used in open environments such as the Semantic Web, inconsistencies cannot always be avoided. This poses a problem due to the Principle of Explosion, which holds in classical logics. Paraconsistent Logics offer a solution to this issue by assigning meaningful models even to contradictory sets of formulas. Consequently, paraconsistent semantics for DLs and LPs have been investigated intensively. Our goal is to apply the paraconsistent approach to the combination of DLs and LPs in hybrid MKNF knowledge bases. In this thesis, a new six-valued semantics for hybrid MKNF knowledge bases is introduced, extending the three-valued approach by Knorr et al., which is based on the wellfounded semantics for logic programs. Additionally, a procedural way of computing paraconsistent well-founded models for hybrid MKNF knowledge bases by means of an alternating fixpoint construction is presented and it is proven that the algorithm is sound and complete w.r.t. the model-theoretic characterization of the semantics. Moreover, it is shown that the new semantics is faithful w.r.t. well-studied paraconsistent semantics for DLs and LPs, respectively, and maintains the efficiency of the approach it extends