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

Possibilistic decision theory: from theoretical foundations to influence diagrams methodology

Le domaine de prise de décision est un domaine multidisciplinaire en relation avec plusieurs disciplines telles que l'économie, la recherche opérationnelle, etc. La théorie de l'utilité espérée a été proposée pour modéliser et résoudre les problèmes de décision. Ces théories ont été mises en cause par plusieurs paradoxes (Allais, Ellsberg) qui ont montré les limites de son applicabilité. Par ailleurs, le cadre probabiliste utilisé dans ces théories s'avère non approprié dans certaines situations particulières (ignorance totale, incertitude qualitative). Pour pallier ces limites, plusieurs travaux ont été élaborés concernant l'utilisation des intégrales de Choquet et de Sugeno comme critères de décision d'une part et l'utilisation d'une théorie d'incertitude autre que la théorie des probabilités pour la modélisation de l'incertitude d'une autre part. Notre idée principale est de profiter de ces deux directions de recherche afin de développer, dans le cadre de la décision séquentielle, des modèles de décision qui se basent sur les intégrales de Choquet comme critères de décision et sur la théorie des possibilités pour la représentation de l'incertitude. Notre objectif est de développer des modèles graphiques décisionnels, qui représentent des modèles compacts et simples pour la prise de décision dans un contexte possibiliste. Nous nous intéressons en particulier aux arbres de décision et aux diagrammes d'influence possibilistes et à leurs algorithmes d'évaluation.The field of decision making is a multidisciplinary field in relation with several disciplines such as economics, operations research, etc. Theory of expected utility has been proposed to model and solve decision problems. These theories have been questioned by several paradoxes (Allais, Ellsberg) who have shown the limits of its applicability. Moreover, the probabilistic framework used in these theories is not appropriate in particular situations (total ignorance, qualitative uncertainty). To overcome these limitations, several studies have been developed basing on the use of Choquet and Sugeno integrals as decision criteria and a non classical theory to model uncertainty. Our main idea is to use these two lines of research to develop, within the framework of sequential decision making, decision models based on Choquet integrals as decision criteria and possibility theory to represent uncertainty. Our goal is to develop graphical decision models that represent compact models for decision making when uncertainty is represented using possibility theory. We are particularly interested by possibilistic decision trees and influence diagrams and their evaluation algorithms

Proceedings of the 11th Workshop on Nonmonotonic Reasoning

These are the proceedings of the 11th Nonmonotonic Reasoning Workshop. The aim of this series is to bring together active researchers in the broad area of nonmonotonic reasoning, including belief revision, reasoning about actions, planning, logic programming, argumentation, causality, probabilistic and possibilistic approaches to KR, and other related topics. As part of the program of the 11th workshop, we have assessed the status of the field and discussed issues such as: Significant recent achievements in the theory and automation of NMR; Critical short and long term goals for NMR; Emerging new research directions in NMR; Practical applications of NMR; Significance of NMR to knowledge representation and AI in general

Pattern Recognition

A wealth of advanced pattern recognition algorithms are emerging from the interdiscipline between technologies of effective visual features and the human-brain cognition process. Effective visual features are made possible through the rapid developments in appropriate sensor equipments, novel filter designs, and viable information processing architectures. While the understanding of human-brain cognition process broadens the way in which the computer can perform pattern recognition tasks. The present book is intended to collect representative researches around the globe focusing on low-level vision, filter design, features and image descriptors, data mining and analysis, and biologically inspired algorithms. The 27 chapters coved in this book disclose recent advances and new ideas in promoting the techniques, technology and applications of pattern recognition

From cyber-utopia to cyber-war: normative change in cyberspace

This dissertation analyzes a normative change in state perception and political action towards the Internet. This change is currently reflected in certain measures aimed at the exercise of control and state sovereignty in and over cyberspace. These include phenomena such as the total surveillance of data streams and the extensive collection of connection data by secret services, the control (political censorship) and manipulation of information (information war) as well as the arms spiral around offensive cyber capabilities to disrupt and destroy information infrastructures. States face a loss of control that they want to compensate for. The phenomenon of the perceived loss of control and the establishment of a norm of control (filter and monitoring technology) is equally evident in various democratic and non-democratic states, as various studies show. This militarized perception of the Internet is remarkable in so far as Western politicians used to perceive the same Internet technology in the 1980s and 1990s in a completely different way. Back then the lack of state control was seen as desirable. Instead of controlling and monitoring all aspects of the Internet, a "hands-off" and laissez-faire idea dominated political behavior at the time: the possibilities of democratization through information technologies, the liberalization of authoritarian societies through technology and the free availability of global knowledge. The idea of national control over communications technology was considered innovation-inhibiting, undemocratic and even technically impossible. The topic of this work is the interaction between state power and sovereignty (e.g. political control through information sovereignty) and digital technologies. The research question is: Which process led to the establishment of norms of control and rule (surveillance, censorship, cyber-war) with regard to the medium Internet? Furthermore, the question arises: What are the implications of this change in standards for the fundamental functioning of the Internet? The aim is to examine in detail the thesis of the militarization of cyberspace empirically on the basis of a longitudinal case study using the example of Internet development in the USA since the 1960s. An interdisciplinary and multi-theoretical approach is chosen from constructivist norms research and the Social Construction of Technology approach

Abstract Consequence and Logics - Essays in Honor of Edelcio G. de Souza

Edelcio G. de Souza is a Brazilian logician and philosopher who has researches in the domains of abstract logic, non-classical systems, philosophy of science and the foundations of mathematics. This book is in his honor with the purpose of celebrating his 60th birthday. It contains some articles connected with the above topics and other subjects in logical investigations