Defeasible Contextual Reasoning in Ambient - Defeasible Logic

174 Pages·2009·1.09 MB·English

Defeasible Contextual Reasoning in
Ambient Intelligence
Antonis Bikakis
Computer Science Department, University of Crete
Institute of Computer Science, Foundation for Research & Technology - Hellas
A thesis submitted for the degree of
Philosophi(cid:26)Doctor (PhD)
Heraklion, Greece
June 2009
(cid:176)c Antonis Bikakis, 2009
ii
UNIVERSITY OF CRETE
DEPARTMENT OF COMPUTER SCIENCE

Contextual Defeasible Reasoning in Ambient
Intelligence
Dissertation submitted by
Antonis Bikakis
in partial fulfillment of the requirements for
the PhD degree in Computer Science

Author:
_______________________________________
Antonis Bikakis, University of Crete

Examination Committee:

_____________________________________
Grigoris Antoniou, Professor, University of Crete, Supervisor

_____________________________________
Dimitris Plexousakis, Professor, University of Crete

_____________________________________
Anastasia Analyti, Principal Researcher, Institute of Computer Science, FO.R.T.H.

_____________________________________
Constantine Stephanidis, Professor, University of Crete

_____________________________________
Nick Bassiliades, Assistant Professor, Aristotle University of Thessaloniki

_____________________________________
Yannis Dimopoulos, Associate Professor, University of Cyprus

_____________________________________
Pavlos Peppas, Associate Professor, University of Patras

Approved by:
_______________________________________
Panagiotis Trahanias
Chairman of Graduate Studies

Heraklion, July 2009

Abstract
Ambient Intelligence environments consist of various devices that collect,
process, change and share the available context information. The imperfect
nature of context, the open and dynamic nature of ambient environments,
and the special characteristics of the involved devices have introduced new
research challenges in the (cid:12)eld of Distributed Arti(cid:12)cial Intelligence, which
have not yet been successfully addressed by current Ambient Intelligence
systems.
ThisthesisproposesasolutionbasedontheMulti-ContextSystemsparadigm,
in which local context knowledge of ambient agents is encoded in rule the-
ories (contexts), and information (cid:13)ow between agents is achieved through
mapping rules that associate concepts used by di(cid:11)erent contexts. To handle
imperfect context, we extend Multi-Context Systems with non-monotonic
features, such as local defeasible theories, defeasible mapping rules, and a
preference ordering over the system contexts. On top of this model, we have
developedanargumentationframeworkthatexploitscontextandpreference
information to resolve potential con(cid:13)icts caused by the interaction of ambi-
ent agents through their mappings. We also provide an operational model
in the form of a distributed algorithm for query evaluation, which is sound
and complete with respect to the argumentation framework, as well as three
alternative versions of the algorithm, each of which implements a di(cid:11)erent
strategy for con(cid:13)ict resolution. The four strategies, which mainly di(cid:11)er in
the type and extent of context and preference information that is used to
resolve potential con(cid:13)icts, have been evaluated in a simulated peer-to-peer
system and implemented in Logic Programming in four di(cid:11)erent logic meta-
programs.
Supervisor:
Grigoris Antoniou
Professor of Computer Science
University of Crete
—(cid:229)æ(cid:223)º(cid:231)ł(cid:231)
(cid:212)Æ(cid:240)(cid:229)æØ(cid:226)(cid:220)ºº(cid:239)(cid:237)(cid:244)ƘØ(cid:220)(cid:247)ı(cid:244)(cid:231)(cid:242)˝(cid:239)(cid:231)(cid:236)(cid:239)(cid:243)(cid:253)(cid:237)(cid:231)(cid:242)Æ(cid:240)(cid:239)(cid:244)(cid:229)º(cid:239)(cid:253)(cid:237)(cid:244)ÆØÆ(cid:240)(cid:252)(cid:228)Ø(cid:220)(cid:246)(cid:239)æ(cid:229)(cid:242)(cid:243)ı(cid:243)Œ(cid:229)ı(cid:221)(cid:242)
(cid:239)Ø (cid:239)(cid:240)(cid:239)(cid:223)(cid:229)(cid:242) (cid:243)ıºº(cid:221)ª(cid:239)ı(cid:237), (cid:229)(cid:240)(cid:229)(cid:238)(cid:229)æª(cid:220)(cid:230)(cid:239)(cid:237)(cid:244)ÆØ, ƺº(cid:220)(cid:230)(cid:239)ı(cid:237) ŒÆØ (cid:228)ØÆ(cid:236)(cid:239)Øæ(cid:220)(cid:230)(cid:239)(cid:237)(cid:244)ÆØ (cid:244)(cid:231)(cid:237) (cid:228)ØÆ-
Ł(cid:221)(cid:243)Ø(cid:236)(cid:231) (cid:240)º(cid:231)æ(cid:239)(cid:246)(cid:239)æ(cid:223)Æ (cid:240)(cid:229)æØ(cid:226)(cid:220)ºº(cid:239)(cid:237)(cid:244)(cid:239)(cid:242). ˙ Æ(cid:244)(cid:229)º(cid:222)(cid:242) ª(cid:237)(cid:254)(cid:243)(cid:231) ªØÆ (cid:244)(cid:231)(cid:237) (cid:240)º(cid:231)æ(cid:239)(cid:246)(cid:239)æ(cid:223)Æ (cid:240)(cid:229)æØ-
(cid:226)(cid:220)ºº(cid:239)(cid:237)(cid:244)(cid:239)(cid:242), (cid:231) Æ(cid:237)(cid:239)ØŒ(cid:244)(cid:222) ŒÆØ (cid:228)ı(cid:237)Æ(cid:236)ØŒ(cid:222) (cid:246)(cid:253)(cid:243)(cid:231) (cid:244)ø(cid:237) (cid:240)(cid:229)æØ(cid:226)ƺº(cid:252)(cid:237)(cid:244)ø(cid:237) ˜Ø(cid:220)(cid:247)ı(cid:244)(cid:231)(cid:242) ˝(cid:239)(cid:231)-
(cid:236)(cid:239)(cid:243)(cid:253)(cid:237)(cid:231)(cid:242), ŒÆØ (cid:244)Æ (cid:229)Ø(cid:228)ØŒ(cid:220) (cid:247)ÆæÆŒ(cid:244)(cid:231)æØ(cid:243)(cid:244)ØŒ(cid:220) (cid:244)ø(cid:237) (cid:229)(cid:236)(cid:240)º(cid:229)Œ(cid:252)(cid:236)(cid:229)(cid:237)ø(cid:237) (cid:243)ı(cid:243)Œ(cid:229)ı(cid:254)(cid:237) (cid:221)(cid:247)(cid:239)ı(cid:237)
(cid:229)Ø(cid:243)(cid:220)ª(cid:229)Ø (cid:237)(cid:221)Æ (cid:229)æ(cid:229)ı(cid:237)(cid:231)(cid:244)ØŒ(cid:220) (cid:240)æ(cid:239)(cid:226)º(cid:222)(cid:236)Æ(cid:244)Æ (cid:243)(cid:244)(cid:239) (cid:240)(cid:229)(cid:228)(cid:223)(cid:239) (cid:244)(cid:231)(cid:242) ˚Æ(cid:244)Æ(cid:237)(cid:229)(cid:236)(cid:231)(cid:236)(cid:221)(cid:237)(cid:231)(cid:242) (cid:212)(cid:229)(cid:247)(cid:237)(cid:231)(cid:244)(cid:222)(cid:242)
˝(cid:239)(cid:231)(cid:236)(cid:239)(cid:243)(cid:253)(cid:237)(cid:231)(cid:242), (cid:244)Æ (cid:239)(cid:240)(cid:239)(cid:223)Æ (cid:228)(cid:229)(cid:237) (cid:221)(cid:247)(cid:239)ı(cid:237) Æ(cid:237)(cid:244)Ø(cid:236)(cid:229)(cid:244)ø(cid:240)Ø(cid:243)(cid:244)(cid:229)(cid:223) (cid:229)(cid:240)ÆæŒ(cid:254)(cid:242) Æ(cid:240)(cid:252) (cid:244)Æ ı(cid:240)(cid:220)æ(cid:247)(cid:239)(cid:237)(cid:244)Æ
(cid:243)ı(cid:243)(cid:244)(cid:222)(cid:236)Æ(cid:244)Æ ˜Ø(cid:220)(cid:247)ı(cid:244)(cid:231)(cid:242) ˝(cid:239)(cid:231)(cid:236)(cid:239)(cid:243)(cid:253)(cid:237)(cid:231)(cid:242).
˙ (cid:228)ØÆ(cid:244)æØ(cid:226)(cid:222) Æı(cid:244)(cid:222) (cid:240)æ(cid:239)(cid:244)(cid:229)(cid:223)(cid:237)(cid:229)Ø (cid:236)(cid:223)Æ º(cid:253)(cid:243)(cid:231) (cid:240)(cid:239)ı (cid:226)Æ(cid:243)Ø(cid:230)(cid:229)(cid:244)ÆØ (cid:243)(cid:244)(cid:239) (cid:240)Ææ(cid:220)(cid:228)(cid:229)ت(cid:236)Æ (cid:244)ø(cid:237) (cid:211)ı-
(cid:243)(cid:244)(cid:231)(cid:236)(cid:220)(cid:244)ø(cid:237)—(cid:239)ººÆ(cid:240)º(cid:254)(cid:237)—(cid:229)æØ(cid:226)ƺº(cid:252)(cid:237)(cid:244)ø(cid:237)(Multi-ContextSystems), (cid:243)(cid:244)Æ(cid:239)(cid:240)(cid:239)(cid:223)Æ(cid:231)
(cid:244)(cid:239)(cid:240)ØŒ(cid:222)ª(cid:237)(cid:254)(cid:243)(cid:231)(cid:244)ø(cid:237)(cid:229)(cid:236)(cid:240)º(cid:229)Œ(cid:252)(cid:236)(cid:229)(cid:237)ø(cid:237)(cid:240)æÆŒ(cid:244)(cid:252)æø(cid:237)Æ(cid:237)Æ(cid:240)Ææ(cid:223)(cid:243)(cid:244)Æ(cid:244)ÆØø(cid:242)Ł(cid:229)øæ(cid:223)(cid:229)(cid:242)ŒÆ(cid:237)(cid:252)-
(cid:237)ø(cid:237) (contexts), ŒÆØ (cid:231) æ(cid:239)(cid:222) (cid:240)º(cid:231)æ(cid:239)(cid:246)(cid:239)æ(cid:223)Æ(cid:242) (cid:236)(cid:229)(cid:244)Æ(cid:238)(cid:253) (cid:244)ø(cid:237) (cid:240)æÆŒ(cid:244)(cid:252)æø(cid:237) (cid:229)(cid:240)Ø(cid:244)ıª(cid:247)(cid:220)(cid:237)(cid:229)(cid:244)ÆØ
(cid:236)(cid:229) (cid:247)æ(cid:222)(cid:243)(cid:231) ŒÆ(cid:237)(cid:252)(cid:237)ø(cid:237) (cid:243)ı(cid:243)(cid:247)(cid:221)(cid:244)Ø(cid:243)(cid:231)(cid:242). ˆØÆ (cid:244)(cid:239) (cid:247)(cid:229)ØæØ(cid:243)(cid:236)(cid:252) (cid:244)(cid:231)(cid:242) Æ(cid:244)(cid:229)º(cid:239)(cid:253)(cid:242) ª(cid:237)(cid:254)(cid:243)(cid:231)(cid:242) (cid:240)(cid:229)æØ-
(cid:226)(cid:220)ºº(cid:239)(cid:237)(cid:244)(cid:239)(cid:242), (cid:229)(cid:240)(cid:229)Œ(cid:244)(cid:229)(cid:223)(cid:237)(cid:239)ı(cid:236)(cid:229)(cid:244)Æ(cid:211)ı(cid:243)(cid:244)(cid:222)(cid:236)Æ(cid:244)Æ—(cid:239)ººÆ(cid:240)º(cid:254)(cid:237)—(cid:229)æØ(cid:226)ƺº(cid:252)(cid:237)(cid:244)ø(cid:237)(cid:236)(cid:229)(cid:247)ÆæÆ-
Œ(cid:244)(cid:231)æØ(cid:243)(cid:244)ØŒ(cid:220) (cid:236)(cid:231)-(cid:236)(cid:239)(cid:237)(cid:252)(cid:244)(cid:239)(cid:237)ø(cid:237) (cid:243)ıºº(cid:239)ªØ(cid:243)(cid:244)ØŒ(cid:254)(cid:237), (cid:252)(cid:240)ø(cid:242) (cid:244)(cid:239)(cid:240)ØŒ(cid:221)(cid:242) Æ(cid:237)ÆØæ(cid:221)(cid:243)Ø(cid:236)(cid:229)(cid:242) Ł(cid:229)øæ(cid:223)(cid:229)(cid:242),
Æ(cid:237)ÆØæ(cid:221)(cid:243)Ø(cid:236)(cid:239)ı(cid:242)ŒÆ(cid:237)(cid:252)(cid:237)(cid:229)(cid:242)(cid:243)ı(cid:243)(cid:247)(cid:221)(cid:244)Ø(cid:243)(cid:231)(cid:242)ŒÆØ(cid:236)(cid:223)Æ(cid:243)(cid:247)(cid:221)(cid:243)(cid:231)(cid:240)æ(cid:239)(cid:244)(cid:223)(cid:236)(cid:231)(cid:243)(cid:231)(cid:242)(cid:240)(cid:239)ı(cid:229)(cid:246)Ææ(cid:236)(cid:252)(cid:230)(cid:229)(cid:244)ÆØ
(cid:240)(cid:220)(cid:237)ø (cid:243)(cid:244)Æ (cid:240)(cid:239)ººÆ(cid:240)º(cid:220) (cid:240)(cid:229)æØ(cid:226)(cid:220)ºº(cid:239)(cid:237)(cid:244)Æ. —(cid:220)(cid:237)ø Æ(cid:240)(cid:252) (cid:244)(cid:239) (cid:236)(cid:239)(cid:237)(cid:244)(cid:221)º(cid:239) Æı(cid:244)(cid:252), (cid:221)(cid:247)(cid:239)ı(cid:236)(cid:229) Æ(cid:237)Æ-
(cid:240)(cid:244)(cid:253)(cid:238)(cid:229)Ø (cid:221)(cid:237)Æ (cid:243)(cid:253)(cid:243)(cid:244)(cid:231)(cid:236)Æ (cid:243)ıºº(cid:239)ªØ(cid:243)(cid:244)ØŒ(cid:222)(cid:242) (cid:236)(cid:229) (cid:247)æ(cid:222)(cid:243)(cid:231) (cid:229)(cid:240)Ø(cid:247)(cid:229)Øæ(cid:231)(cid:236)(cid:220)(cid:244)ø(cid:237) (arguments) (cid:240)(cid:239)ı
Æ(cid:238)Ø(cid:239)(cid:240)(cid:239)Ø(cid:229)(cid:223) (cid:240)º(cid:231)æ(cid:239)(cid:246)(cid:239)æ(cid:223)Æ (cid:240)(cid:229)æØ(cid:226)(cid:220)ºº(cid:239)(cid:237)(cid:244)(cid:239)(cid:242) ŒÆØ (cid:240)æ(cid:239)(cid:244)Ø(cid:236)(cid:222)(cid:243)(cid:229)ø(cid:237) ªØÆ (cid:244)(cid:231)(cid:237) (cid:229)(cid:240)(cid:223)ºı(cid:243)(cid:231) Æ(cid:243)ı(cid:237)(cid:229)-
(cid:240)(cid:229)Ø(cid:254)(cid:237)(cid:240)(cid:239)ı(cid:229)(cid:237)(cid:228)(cid:221)(cid:247)(cid:229)(cid:244)ÆØ(cid:237)Æ(cid:240)æ(cid:239)Œ(cid:253)ł(cid:239)ı(cid:237)ŒÆ(cid:244)(cid:220)(cid:244)(cid:231)(cid:228)Ø(cid:220)(cid:228)æÆ(cid:243)(cid:231)(cid:244)ø(cid:237)º(cid:239)ªØŒ(cid:254)(cid:237)(cid:240)æÆŒ(cid:244)(cid:252)æø(cid:237)
(cid:236)(cid:221)(cid:243)ø (cid:244)ø(cid:237) ŒÆ(cid:237)(cid:252)(cid:237)ø(cid:237) (cid:243)ı(cid:243)(cid:247)(cid:221)(cid:244)Ø(cid:243)(cid:231)(cid:242). ¯(cid:240)(cid:223)(cid:243)(cid:231)(cid:242), (cid:240)Ææ(cid:221)(cid:247)(cid:239)ı(cid:236)(cid:229) (cid:221)(cid:237)Æ º(cid:229)Ø(cid:244)(cid:239)ıæªØŒ(cid:252) (cid:236)(cid:239)(cid:237)(cid:244)(cid:221)º(cid:239)
(cid:243)(cid:244)(cid:231) (cid:236)(cid:239)æ(cid:246)(cid:222) (cid:229)(cid:237)(cid:252)(cid:242) ŒÆ(cid:244)Æ(cid:237)(cid:229)(cid:236)(cid:231)(cid:236)(cid:221)(cid:237)(cid:239)ı ƺª(cid:239)æ(cid:223)Ł(cid:236)(cid:239)ı ªØÆ Æ(cid:240)(cid:239)(cid:244)(cid:223)(cid:236)(cid:231)(cid:243)(cid:231) (cid:229)(cid:240)(cid:229)æø(cid:244)(cid:222)(cid:243)(cid:229)ø(cid:237), (cid:239)
(cid:239)(cid:240)(cid:239)(cid:223)(cid:239)(cid:242) (cid:229)(cid:223)(cid:237)ÆØ Ø(cid:243)(cid:239)(cid:228)(cid:253)(cid:237)Æ(cid:236)(cid:252)(cid:242) ø(cid:242) (cid:240)æ(cid:239)(cid:242) (cid:244)Æ Æ(cid:240)(cid:239)(cid:244)(cid:229)º(cid:221)(cid:243)(cid:236)Æ(cid:244)(cid:220) (cid:244)(cid:239)ı (cid:236)(cid:229) (cid:244)(cid:239) (cid:243)(cid:253)(cid:243)(cid:244)(cid:231)(cid:236)Æ (cid:229)(cid:240)Ø-
(cid:247)(cid:229)Øæ(cid:231)(cid:236)(cid:220)(cid:244)ø(cid:237), ŒÆŁ(cid:254)(cid:242) ŒÆØ (cid:244)æ(cid:229)Ø(cid:242) (cid:228)ØÆ(cid:246)(cid:239)æ(cid:229)(cid:244)ØŒ(cid:221)(cid:242) (cid:229)Œ(cid:228)(cid:239)(cid:247)(cid:221)(cid:242) (cid:244)(cid:239)ı ƺª(cid:239)æ(cid:223)Ł(cid:236)(cid:239)ı, ŒÆŁ(cid:229)(cid:236)(cid:223)Æ
Æ(cid:240)(cid:252) (cid:244)Ø(cid:242) (cid:239)(cid:240)(cid:239)(cid:223)(cid:229)(cid:242) ıº(cid:239)(cid:240)(cid:239)Ø(cid:229)(cid:223) (cid:236)(cid:223)Æ (cid:228)ØÆ(cid:246)(cid:239)æ(cid:229)(cid:244)ØŒ(cid:222) (cid:243)(cid:244)æÆ(cid:244)(cid:231)ªØŒ(cid:222) ªØÆ (cid:244)(cid:231)(cid:237) (cid:229)(cid:240)(cid:223)ºı(cid:243)(cid:231) Æ(cid:243)ı(cid:237)(cid:229)-
(cid:240)(cid:229)Ø(cid:254)(cid:237). ˇØ (cid:244)(cid:221)(cid:243)(cid:243)(cid:229)æ(cid:229)Ø(cid:242) (cid:243)(cid:244)æÆ(cid:244)(cid:231)ªØŒ(cid:221)(cid:242), (cid:239)Ø (cid:239)(cid:240)(cid:239)(cid:223)(cid:229)(cid:242) Œıæ(cid:223)ø(cid:242) (cid:228)ØÆ(cid:246)(cid:221)æ(cid:239)ı(cid:237) (cid:243)(cid:244)(cid:239)(cid:237) (cid:244)(cid:253)(cid:240)(cid:239) ŒÆØ
(cid:244)(cid:231)(cid:237) (cid:221)Œ(cid:244)Æ(cid:243)(cid:231) (cid:244)(cid:231)(cid:242) (cid:240)º(cid:231)æ(cid:239)(cid:246)(cid:239)æ(cid:223)Æ(cid:242) (cid:240)(cid:239)ı Æ(cid:238)Ø(cid:239)(cid:240)(cid:239)Ø(cid:229)(cid:223)(cid:244)ÆØ ªØÆ (cid:244)(cid:231)(cid:237) (cid:229)(cid:240)(cid:223)ºı(cid:243)(cid:231) Æ(cid:243)ı(cid:237)(cid:229)(cid:240)(cid:229)Ø(cid:254)(cid:237),
(cid:221)(cid:247)(cid:239)ı(cid:237) Æ(cid:238)Ø(cid:239)º(cid:239)ª(cid:231)Ł(cid:229)(cid:223) (cid:243)(cid:229) (cid:221)(cid:237)Æ (cid:240)æ(cid:239)(cid:243)(cid:239)(cid:236)(cid:229)Øø(cid:236)(cid:221)(cid:237)(cid:239) (cid:228)Ø(cid:239)(cid:236)(cid:252)(cid:244)Ø(cid:236)(cid:239) (cid:243)(cid:253)(cid:243)(cid:244)(cid:231)(cid:236)Æ, ŒÆØ (cid:221)(cid:247)(cid:239)ı(cid:237) ıº(cid:239)-
(cid:240)(cid:239)Ø(cid:231)Ł(cid:229)(cid:223) (cid:243)(cid:229) ¸(cid:239)ªØŒ(cid:252) —æ(cid:239)ªæÆ(cid:236)(cid:236)Æ(cid:244)Ø(cid:243)(cid:236)(cid:252), (cid:243)(cid:229) (cid:244)(cid:221)(cid:243)(cid:243)(cid:229)æÆ (cid:228)ØÆ(cid:246)(cid:239)æ(cid:229)(cid:244)ØŒ(cid:220) º(cid:239)ªØŒ(cid:220) (cid:236)(cid:229)(cid:244)Æ-
(cid:240)æ(cid:239)ªæ(cid:220)(cid:236)(cid:236)Æ(cid:244)Æ.
¯(cid:240)(cid:252)(cid:240)(cid:244)(cid:231)(cid:242) ˚ÆŁ(cid:231)ª(cid:231)(cid:244)(cid:222)(cid:242):
ˆæ(cid:231)ª(cid:252)æ(cid:231)(cid:242) `(cid:237)(cid:244)ø(cid:237)(cid:223)(cid:239)ı
˚ÆŁ(cid:231)ª(cid:231)(cid:244)(cid:222)(cid:242) ¯(cid:240)Ø(cid:243)(cid:244)(cid:222)(cid:236)(cid:231)(cid:242) (cid:213)(cid:240)(cid:239)º(cid:239)ªØ(cid:243)(cid:244)(cid:254)(cid:237)
—Æ(cid:237)(cid:229)(cid:240)Ø(cid:243)(cid:244)(cid:222)(cid:236)Ø(cid:239) ˚æ(cid:222)(cid:244)(cid:231)(cid:242)
To my parents, Pantelis and Popi
ii