Gurukulam - Technomathematics Research Foundation

1 downloads 0 Views 1MB Size Report
submitting questions (propositions) and the teacher is prone to generate answers ... Indian logic systems [2] define a concept in terms of member qualities and defines more meaningful .... and programming languages, DLs permit the specification of a domain by providing the definition ...... 2006. http://rw2.deri.at/pub/d1.2.pdf.
International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

Gurukulam: Reasoning based Learning System using  Extended Description Logics  Mahalakshmi G.S. and Geetha T.V.  Department of Computer Science and Engineering,  Anna University, Chennai, Tamilnadu, INDIA.  [email protected][email protected]

Abstract  Knowledge  representation  and  reasoning  aims  at  designing  computer  systems  that  reason  about  a  machine­interpretable representation of the world, similar to human reasoning. Reasoning is a mechanism  which helps in retracting the previously inferred facts or changing the confidence factors when conditions  change while more complete information is received. This paper presents the design and implementation  of  Gurukulam  –  non­monotonic  reasoning  based  learning  system  which  involves  extended  description  logics  for  knowledge  representation.  The  knowledgebase  is  constructed  by  adapting  the  fundamental  classification  of  world  knowledge  concepts  as  per  Nyaya  Sastra,  the  famous  Indian  Philosophy.  The  system  simulates  5  student  entities  which  inputs  queries  from  the  user  interface  and  identifies  the  knowledge  units  which  are  grouped  into  a  suitable  structure  to  be  fed  to  the  reasoning  services  engine.  Inferences  are  made  from  the  submitted  input  and  are  later  updated  to  their  respective  knowledge  base.  Any knowledge base conflicts arising at this juncture is raised as doubts to the teaching entity for further  clarification.  Upon user response, the system  alters  false beliefs which created  conflicts during  previous  inferences, thus demonstrating learning by non­monotonic reasoning. 

1  Introduction  Learning  through  reasoning  and  inference,  is  a  method  of  knowledge  sharing.  In  most  dialectic  schools  of  philosophy,  which  encourages  knowledge  sharing  and  learning  through  discussion,  knowledge  sharing  scenario deals with how much of knowledge is being revealed to the learner.  The ancient school of Hinduism,  Gurukula,  adapted  a  strategy  for  learning  where  the  learner  actively  participates  in  the  discussion  by  submitting  questions  (propositions)  and  the  teacher  is  prone  to  generate  answers  (propositions)  in  the  way  acceptable to the learner, by limiting the learner’s flow  of arguments with less deviation from the subject of  discussion. Any knowledge units (concepts / relations) unknown may be submitted as questions to the teacher  to continue further learning. For every such query­response, the teacher evaluates the responses of the learners  and  thereby,  corrects  the  mistakes  or  false  beliefs  of  the  learner.  Hence,  subsequent  acquisition  of  new  knowledge might lead one to discover that the situation is not typical as was believed, but exceptional; in this  case, what had been assumed by default is revoked [26]. Researchers are still far from being able to formalise  all  kinds  of  human  knowledge.  Especially  intuitive,  temporal  and  spatial  knowledge  defy  themselves  from  control and cannot be totally formalised today. Knowledge representation is a key to processing unsystematic  information of the external world in order to get intelligible knowledge. Artificial intelligence research tries to  develop systems  that are able to act  and react properly in the real world, a  task that  can  only succeed if the  problem of representing knowledge about the real world is solved.  A knowledge­based system maintains a knowledge base, which stores the symbols of the computational  model in form of statements about the domain, and it performs reasoning by manipulating these symbols [32].  The way in which we, as humans, process knowledge is by reasoning, i.e. the process of reaching conclusions.  Analogously, a computer processes the knowledge stored in a knowledge base by drawing conclusions from it,  i.e  by  deriving  new  statements  that  follow  from  the  given  ones.  Reasoning  non­monotonically  from  a  superficial  knowledge  base  will  prove  time­consuming  or  inadequate  while  reasoning  is  performed.  The  problem  of  maintaining  a  knowledge  base  is  substantially  concerned  with  keeping  track  of  rules  that  share  common  wisdom  [17].  The  structure  of  knowledge  base  in  the  form  of  a  representative  ontology  also  is  the  major  criterion  with  which  effective  and  efficient  inferences  are  obtained  by  inference  engines.  With  the  growth  of  the  field  of  knowledge  bases,  many  different  standards  have  been  developed  [32].  They  all  have  different syntactic restrictions. To allow intertranslation, different "interchange" formalisms have been created.  The specification  of  concept terms and  their relations contained in a terminological ontology does not surely  satisfy  the  requirements  of  a  non­monotonic  reasoner.  Instead,  there  should  be  some  descriptions  about  the  concept  within  itself  as  in  description  logics  [12],  the  knowledge  representation  structure  for  any  reasoning  system.  Though  description  logic  systems  were  effective  in  reasoning  intelligently,  they  did  not  provide  facilities  for  defining  more  enriched  knowledge  units  [1],  which  would  assist  in  better  reasoning  and  inferencing. The concepts, relations and constructors were only primitive in nature [2].  G.S.Mahalakshmi et al.

14

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

Indian  logic  systems  [2]  define  a  concept  in  terms  of  member  qualities  and  defines  more  meaningful  relations  between  qualities  so  that,  effective  inference  is  possible  [1].  For  example,  the  concept  flower  is  defined as flower:QC(inherent)smell,QM(has)color thus indicating the attribute smell to be ‘inherence’ related  and  the  attribute  color  to  be  ‘has­a’  related  [3].  The  variables  QM  and  QC  define  the  quality  mandatory  and  quality  under  constrained  circumstances,  whereas,  DL  systems  [12]  would  define  smell  and  color  as  two  different concepts with relations flowing between all three concepts. Thus, the Indian logic based extension to  description logics as proposed by KRIL, the Knowledge Representation System Using Indian Logic, provided  ample opportunities for more elaborate reasoning [3]. It is this feature of KRIL combined with the systematic  art  of  traditional  education,  which  is  the  motivation  to  Gurukulam,  the  teaching­learning  system  based  on  extended  description  logics.  An  interesting  feature  of  our  system  is  that  `rules'  in  our  knowledge  representation formalism are `default rules' and that the knowledge base of the participants in our system are  updated over the course of a dialogue. 

2  Knowledge Sharing – An Indian Logic Perspective  2.1 Knowledge Sharing Assumptions  From the perspective of knowledge sharing, reasoning can be defined as a process  of knowledge assimilation  and  interpretation  from  different  perspectives.  Due  to  the  abstract  nativity  of  theory  of  reasoning  and  inference,  assuming  an  uncertain  knowledge­sharing  environment  implies  assumptions  regarding  common  sense knowledge and the art of knowledge sharing. Knowledge Sharing through discussion involves imbalance  between  the  knowledge  expressed  and  the  knowledge  interpreted.  The  primary  reason  may  be  due  to  the  uncertainty  of  the  knowledge  being  expressed,  multiple  perspectives  of  interpretation,  inconsistency  in  the  state of existence of the listener etc. In this paper, knowledge sharing is based on two assumptions: first, both  the  active  participants  possess  identical  fundamental  world  knowledge  as  common  sense;  second,  both  the  participants  are totally  involved in the discussion without  any deviation. With  these  assumptions, knowledge  sharing has the only objective of identification and elimination of doubts around the discussion ideas, thereby  paving way for enhanced learning through discussion [29]. 

2.2 Ontology in Knowledge Sharing  One essential component of knowledge sharing is the need to have a common vocabulary at a lower instance  level  and terminological  ontology at a higher level,  to support the  sharing and reuse  of  formally represented  knowledge utilized for reasoning [18]. A common ontology defines such a vocabulary using which queries and  assertions  are  exchanged  among  the  entities  involved  in  knowledge  sharing.  In  the  context  of  knowledge  sharing,  ontology  means  a  specification  of  a  conceptualization.  Ontology  facilitates  the  sharing  of  world  knowledge  and  therefore,  dynamic  matching  of  distributed  ontologies  facilitates  co­operative  learning  in  a  virtual knowledge sharing environment. One of the major  claims for ontologies is that they will facilitate the  interchange  of  knowledge  between (for example) agents, or the reuse in different systems.  However, if  each  agent  or  system  has  an  imperfect  model  of  its  universe,  knowledge  interchange  or  sharing  may  increase  or  compound errors, which were not visible in the initial use of an ontology [11].  In this paper, the knowledge sharing entities use default rules and default reasoning which enables them  to  reason  using  default  and  concise  knowledge  received  from  other  participating  entities.  In  the  process  of  knowledge  sharing,  ontology  is  the  base  of  common  shared  world  knowledge  concepts.  Removal  of  old  concepts, revision / expansion of existing ones and addition of new concepts within the general framework of  the  shared  knowledgebase  are  important  aspects  of  the  knowledge  sharing  process.  Thus,  in  essence,  the  knowledge  used  for  reasoning  is  dynamic  in  nature.  A  number  of  challenges  exist  when  representing  and  reasoning with such dynamic knowledge. In this scenario there is a need to have suitable modeling techniques  to deal with the dynamic nature of knowledge and specialized techniques to reason and take actions based on  this constantly changing knowledge base.  Ontologies are the appropriate modelling structures for representing world knowledge. In general, ontology  specifically represents common,  shared conceptual  structures which form  the  semantic context for high level  automatic reasoning  mechanisms.  The  vocabulary  of  concepts arranged as per the classification hierarchy  of  ontology is utilized by the reasoning services  for  various inference  purposes [16]. Ontological  commitments  are agreements to use the shared vocabulary of ontology in a coherent and consistent manner. While ontology  is concerned with what exists in the world, ontological commitments define the clear boundary of how to view  the  world,  purposely  sidestepping  the  issues  surrounding  claims  of  what  exists  in  the  ontology  [25].  Indian  schools  of  philosophy  have  laid  an  awesome  foundation  on  the  categorization  of  world  knowledge  into  a  classification framework, which are associated with certain ontological commitments [2]. The classification of  world knowledge assumed in this paper, is based on Nyaya Sastra, the famous India Logic. 

2.3 The classification system of Nyaya Sastra  Navya­Nyaya, the famous Indian system of Logic, poses a two­fold approach in its course of discussion.  The  first  is  classification,  where things  are  grouped  based  on  the  similarity  of  their  characteristics,  next  is  inferencing,  various  ways  by  which  the  above  characteristics  can  be  used  to  arrive  at  a  logical  conclusion  [10,15]. This classification framework attempts to classify all entities in the world from atom to universe into G.S.Mahalakshmi et al.

15

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

seven  basic  categories  namely substance, quality,  action, particularity,  generality, inherence  and absence.  Of  the seven categories, the substances are only nine namely, earth, water, light, air, ether, time, space, soul and  mind.  The  qualities  are  twenty­four  in  number:  color,  taste,  odour,  touch,  number,  magnitude,  separateness,  conjunction,  disjunction,  remoteness,  proximity,  weight,  fluidity,  viscidity,  sound,  intellect,  pleasure,  pain,  desire,  aversion,  volition,  merit,  demerit  and  tendency.  Action  is  of  five  kinds:  upward  motion,  downward  motion,  contraction,  expansion  and  motion  from  one  place  to  another.  The  more  comprehensive  and  less  comprehensive are the two kinds of generality.  In  addition  relations  between  the  entities  associated  with  the  categories  are  also  abstracted  and  represented.  Most  knowledge  representation  schemes  have  relations  such  as  “is­a”  which  is  a  generalization  relation  and “has” which is part­whole  relation. Nyaya [33] defines  many  more  fundamental relations at the  highest  level  of  abstraction.    We  state  here,  fourteen  relations  as  per  the  Nyaya  definition:  part­whole,  generality,  contact­action,  contact­contact,  absence,  pervade,  use,  inherence,  absence­temporal,  presence­  temporal,  cause­effect,  limit,  determinant,  qualify,  absence­environment;  Relations  can  exist  both  between  concepts and between any concept and its member qualities.  Certain relations are said to exist only between  concepts; or only  between concept and its qualities; some  at both the perspectives.  The “Inherence”  relation  exists  only  between  concept  and  its  associated  qualities.  Relations  such  as,  “part­whole”,  “generality”,  ”contact­action”,  ”contact­contact”,  ”pervade”  and  “use”,  exist  only  between  concepts,  while  there  are  other  relations  such  as  ‘absence­temporal’,  ‘presence­temporal’,  ‘cause­effect’,  ‘limit’,  ‘determinant’,  ‘qualify’,  ‘absence­environment’ which exists mostly between concepts and their  member qualities, at the lower levels  of  the  domain  hierarchy.  It  is  at  these  lower  levels  in  the  hierarchy  that  domain  dependent  entities  and  relationships  are  defined.  The  relation  between  two  entities  is  divided  into  two  main  classes,  namely,  occurrence­exacting and non­occurrence exacting. Nyaya defines eight types of abstract associations between  entities like: cause and effect, part­whole, determining aspect and what is determined, limiting aspect and what  is  limited,  pervading  aspect  and  what  is  pervaded,  the  chief  qualifier  and  what  is  being  qualified,  the  underlying promoter and what is produced by it. Two concepts can also be related by more number of relations  [20]. The associated qualities, which characterize the concept, may be mandatory or optional.  Nyaya  also  analyses  the  terminology  of  absence  or  negation  in  different  ways.  Antecedent  negation,  destructive negation, absolute negation and mutual negation are the four types of negation discussed in Nyaya  Sastra [20,33]. One of the possible negations ‘Prior non­existence’ or antecedent negation describes that it is  prior to the production of an effect and is characterized as beginningless but having an end. The other negation  ‘Posterior  non­existence’  or  destructive  negation,  describes  that  this  type  of  non­existence  occurs  after  an  effect  is  destroyed  and  is  characterized  as  having  a  beginning  and  no  end.  Thus,  interpretations  of  negation  associated with concepts and qualities, account for the  temporal perspective  of defining and reasoning about  state  changes.  Reasoning  and  knowledge  sharing  over  such  an  elaborate  knowledge  structure  is  still  more  complex  during  inference  but  more  complete  inference  is  promised  while  reasoning  over  such  detailed  knowledge units. 

3 Knowledge Representation formalisms  The  type  of  knowledge  representation  formalism  determines  how  information  is  stored.  Each  knowledge  representation  formalisms  needs  a  strict  syntax,  semantics  and  inference  procedure  in  order  to  be  clear  and  computable.  Most  formalisms  have  attributes  to  be  able  to  express  information  more  clearly.  There  are  attributes  that  provide  the  possibility  to  add  new  information  to  the  system  without  creating  any  inconsistencies,  and  the  possibility  to  create  a  "closed­world"  assumption.  A  problem  for  knowledge  representation formalisms is that expressive power and deductive reasoning are mutually exclusive. In order to  get a greater deductive power, expressiveness is sacrificed and vice versa. The efficient storage and retrieval of  classified  world  knowledge  [20]  with  reference  to  the  ontology  is  highly  dependent  on  the  representation  formalism, which is the major issue in building the ontology. Therefore, logic similar to description logics has  to be used for effective knowledge representation from a detailed knowledge base.  Logic provides an effective and direct technique for representing knowledge and reasoning [22]. Without  logic, a knowledge representation is vague, with no criteria for determining whether statements are redundant  or contradictory [18]. Logic can be considered as the universal medium that allows for the semantic analysis of  knowledge and the validation of reasoning. To build a machine that is resourceful enough to have humanlike  common  sense,  it  is  essential  to  identify  techniques  to  combine  the  advantages  of  multiple  methods  to  represent  knowledge,  multiple  ways  to  make  inferences,  and  multiple  ways  to  learn  [21].  Reasoning  allows  modification  and  updation  of  an  intelligent  entity’s  store  of  beliefs  as  the  result  of  new  information  or  new  insight  about  the  relations  among  existing  beliefs  while  inferencing  [23].  Therefore,  the  representation  language  chosen  should  be  compatible  and  resourceful  enough  to  cater  to  all  challenges  of  knowledge  representation and reasoning. 

3.1. Description Logics as knowledge representation formalisms  Description  logics  (DL)  form  a  family  of  both  class­based  and  logic­based  knowledge  representation  languages,  which  allow  for  modeling  an  application  domain  in  terms  of  objects,  classes  and  relationships  between classes, and for reasoning about them. Differently from object­oriented languages used in databases  and programming languages, DLs permit the specification of a domain by providing the definition of classes,  and by describing classes using a rich set of logical operators [30]. By using DLs, one can specify not only the G.S.Mahalakshmi et al.

16

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

necessary conditions that objects of a given class must obey, but also the sufficient conditions for an object to  belong to a certain class. A knowledge base built using Description Logics is formed by two components: the  intensional one, called  Tbox, and the extensional  one, called ABox.  The basic  building blocks  are concepts,  roles  and  individuals.  Concepts  describe  the  common  properties  of  a  collection  of  individuals  and  can  be  considered  as  unary  predicates,  which  are  interpreted  as  sets  of  objects.  Roles  are  interpreted  as  binary  relations  between  objects.  Each  description  logic  defines  also  a  number  of  language  constructs  (such  as  intersection,  union,  role  quantification,  etc.) that  can  be  used  to  define  new  concepts  and  roles.  DL  support  inference patterns which occur in many applications of intelligent information processing systems.  The  techniques  for  reasoning  in  Description  Logics,  refers  to  four  different  settings:  1)  reasoning  with  plain  concept  expressions  2)  reasoning  with  instances  of  concepts  3)  reasoning  with  axioms  expressing  properties of concepts 4) reasoning with both instances of concepts and axioms.  The reasoning services of DL  are:  Subsumption,  Classification,  Satisfiability,  Consistency,  Entailment  and  Instantiation  [5].  The  classification  hierarchy  of  ontology  expressed  as  per  description  logics  provides  useful  information  on  the  connection between different concepts, and it can be used to speed­up other inference services. The following  section gives an insight into quite a few practically implemented DL systems. 

3.2. Related work ­ Knowledge Representation Systems on Description Logics  Any DL  based  KR  system is  more than  an inference engine by itself. KL­ONE, CLASSIC, BACK,  LOOM,  KRIS, CRACK are quite a few knowledge representation systems built on description logics. KL­ONE [7] is  one  of  the  typical  systems  of  earlier  generation  DL  systems.  KL­ONE  inherently  included  the  notion  of  inferring implicit knowledge from given declarations. It also supported generic concepts, which denote classes  of individuals,  and individual concepts to denote individuals. More important  and unique  to  KL­ONE  is the  core  idea  of  providing  ways  to  specify  concept  definitions  allowing  a  knowledge  engineer  to  declare  the  relations  between  high­level  concepts  and  lower­level  primitives.  CLASSIC  is  a  knowledge  representation  system [8] based on DL designed for applications where only limited expressive power is necessary, but rapid  responses to questions are essential. LOOM introduced the notion of Tbox and Abox for dealing with concept  definitions and assertion regarding the concepts respectively [19]. The LOOM was developed for applications  like  natural  language  and  image  interpretation.  A  problem  with  the  LOOM  approach  is  that  it  is  hard  to  characterize the source of incompleteness of reasoning algorithms, which might lead to unexpected behavior.  BACK  is  based  on  DL,  implemented  in  PROLOG.  The  BACK  architecture  was  designed  to  support  incremental additions to the Abox  and retraction of old information. Abox assertions can be retrieved from a  database by automatically computing SQL queries.  The BACK system was considered highly suitable for the  applications  where  reasoning  about  time  was  important.  The  BACK  description  logic  is  an  extension  of  AL  where  exist  a  number  of  useful  operations  for  concrete  applications,  and  especially  knowledge  and  data  management.  FLEX  [24],  a  successor  of  BACK  included  the  facility  for  reasoning  about  equations  and  inequalities concerning integers. The CRACK system [9] supported the DL language with all basic extensions  in the constructor zone and the inference algorithms. KRIL is based on extended description logics [3]. KRIL  basically  provided  all  fundamental  definitions  and  reasoning  services  of  every  other  DL  systems  but  the  definition of knowledge base in KRIL followed the systems of Indian Logic.  Many  description  logics  can  be  defined  as  extensions  of  ALC  by  concept  and/or  role  constructs  [11].  Systems  which  reason  about  concepts  by  combining  Formal  concept  analysis  with  ALC,  are  also  developed  [6,28,31]. The system CEL1 is a first step towards realizing the dream of a description logic system that offers  both  sound  and  complete  polynomial­time  algorithms  and  expressive  means  that  allow  its  use  in  real­world  applications  [14].  WSML2  reasoner  D1.10  provides  a  reasoner  prototype  for  WSML­DL,  the  variant  that  captures the expressive Description Logic SHIQ(D). Using this prototype we can, among others, perform the  reasoning tasks of checking ontology  consistency, entailment and instance retrieval. It also validates WSML­  DL ontologies and  allows to serialize the latter to OWL  DL  ontologies [35]. FaCT++ is  a  new  DL reasoner  [13]  designed  as  a  platform  for  experimenting  with  new  tableaux  algorithms  and  optimisation  techniques.  It  provides reasoning services for ontology engineering tools supporting the OWL DL ontology language. 

3.3 Motivation for Extended Description Logics  Description Logics represent the knowledge of an application domain by first defining the relevant concepts of  the  domain,  and  then  using  these  concepts  to  specify  properties  of  objects  and  individuals  occurring  in  the  domain.  The  classification  hierarchy  of  ontology  expressed  as  per  description  logics  provides  useful  information  on  the  connection  between  different  concepts,  and  it  can  be  used  to  speed­up  other  inference  services. Classification of individuals (or objects) determines whether a given individual is always an instance  of  a  certain  concept  [27].  It  also defines  a  number  of  language  constructs  (such  as  intersection,  union,  role  quantification,  etc.)  that  can  be  used  to  define  new  concepts  and  roles  [4].  However,  DL  systems  failed  to  construct  the  atomic  concept  in  terms  of  its  member  qualities.    Also  the  relations  defined  possessed  heavy  limitations with respect to their scope and were only superficial, i.e. between atomic concepts.  The DL systems discussed above (in section 3.2, except KRIL [3]) were only aiming at representing and  reasoning from the stored knowledge, which would be of use to the external user who queries the KR systems.  But, simulation of human querying and thereby initiating the reasoning and inferencing was not addressed by  any  of  the  above  systems.  The  reason  is  that  description  logics,  the  knowledge  representation  mechanism G.S.Mahalakshmi et al.

17

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

followed by those systems were not enriched enough to incorporate human­like reasoning. Hence, there arose  the  need  to  extend  the  DL  representation  to  suit  the  requirements  of  Indian  Logic.  The  following  section  describes the significance of Extended Description Logics. 

3.4. Extended Description Logics – An Overview  According to Extended Description Logics [3], the ontology essentially consists of three levels of knowledge  namely world knowledge, domain knowledge and instantiated knowledge. World knowledge is the basic and  generic knowledge about the events and processes in the real world. Domain knowledge is the specialized real  world  knowledge  within  a  particular  field.  Though  domain  knowledge  is  considered  to  be  the  specialized  knowledge,  it  can  be  divided  into  domain  independent  abstracted  knowledge  and  domain  dependent  specialized  knowledge.  The  instantiated  knowledge  describes  the  specific  instances  about  the  individual  entities  or  events  that  model  the  domain  under  consideration.  Every  concept  is  defined  in  terms  of  other  primitive  concepts. A  primitive  concept  is described  as  a  collection  of its  member  qualities and the relation  between them.  The relations  fall into two categories: relations between concepts (as in DL) and the relations  between concept and  member qualities. These structures contribute more  meaning to any concept  unlike  DL  systems. For example, the concept Mercury can be stated to possess the mandatory qualities, color and fluidity  where  as,  in  DL,  it  would  take  4  concepts  to  define  Mercury  (refer  Fig  1.).    Therefore,  the  inadequate  definition of DL not only has more number of concepts and relation entities but also the necessary information  about qualities is missing. The details about certain qualities defined as mandatory and certain other qualities  defined as optional and the relations defined between them also are found to be missing in the DL ontology. 

Figure 1. Comparison of Extended DL ontology with simple DL ontology 

The  ‘quality’  in  extended  DL  shall  be  mapped  to  ‘property’  in  ALC  [11],  and  the  type  of  qualities,  mandatory  and  optional  may  be  compared with  that of the  constrained implementation  of qualities of  ALC.  But relations that exist in extended DL are not  only at the conceptual level  but also between  concept and its  member qualities. Thus, by enhancing the number and type of relations that can be defined at the highest level  of abstraction, inference becomes multi­relational rather than been restricted to the normal hierarchical, part­  of and instantiation relations [33].  Due to the added requirements of ontology representation based on Nyaya,  the  DL  is  extended  both  at  the  concept­constructor  level  and  the  relation  level,  so  as  to  improve  its  expressiveness  and  inference  capability  in  KRIL  [3].  The  following  section  discusses  the  structure  and  functions  of  KRIL,  a  knowledge  representation  system  which  utilizes  the  speciality  of  extended  description  logics as suitable knowledge representation mechanism.  3.4.1 Inference language of KRIL  The facilities to define, manipulate and reason with Nyaya ontology are provided through the use of extended  description  logics,  which  allows  interaction  with  the  inference  engine  module  of  the  system.  The  inference  engine  does  three  functions:  building  of  the  definitional  part  of  the  Nyaya  ontology,  the  manipulation  of  knowledge  and  the  reasoning  required  by  the  query  processing.  KRIL’s  knowledge  representation  language  consisting  of  concept/relationship  definition  language  (CRDL),  concept/relation  manipulation  language  (CRML) and a set of editing commands and a query language. This knowledge representation language can be  further used to define, manipulate and query the various levels of knowledge. The following figures 2a, 2b and  2c details the commands of CRDL, CRML and query language used by SISHYA. CN refers to Concept name,  QN refers to Quality Name, V – Quality value (Ex: concept: Mercury; quality: color; value: Silver) RN refers  to Role name, I refer to Instance and Rdesc refers to Role descriptions.  The  CRDL  constitutes  the  commands  for  defining  the  concepts,  instances  and  relationships.  Top  and  Bottom concepts are assumed by the system as default. The concept definitions have been recognized and the  knowledge  hierarchy  is  built.  All  the  defined  concepts  associated  with  its  mandatory  and  optional  qualities  have  been  fixed  in  some  level.  Qualities  though  mandatory  or  optional,  may  have  value  or  a  set  of  values  associated with them.  The  qualities and their respective  value set  defined through the CRDL have  been pre­  checked for their  validity  of  existence in  the  quality and  value master repository. Using CRDL the user  can  build the ontology from scratch [4]. Here, the user can define concepts, qualities associated with concepts and  values of concepts. Concepts can be linked to one another through relations where relations can be is­a, owns,  part­of and uses. Relations can also be defined between concept and quality. Instances of concepts can also be  defined using CRDL. The CRML provides necessary commands [4] for deleting and updating of concepts and  associated  qualities  in  the  knowledge  hierarchy.  The  query  language  of  KRIL  supports  querying  the  classification hierarchy and summarizing the results of queries. The TAML commands have been utilized for G.S.Mahalakshmi et al.

18

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

the  management  of  Tbox  and  Abox  [4].  The  system  shell  is  managed  by  ‘create  taxonomy’  and  ‘use  taxonomy’ which are used primarily for mounting and dismounting the Tbox and Aboxes. Upon commit, the  information  contained  in  the  classification  hierarchy  is  stored  in  a  separate  file,  which  also  records  every  inference  performed  by  the  system.  In  addition  the  system  provides  concept  and  instance  dictionary  files,  which  summarises  the  total  number  of  instances  present  in  the  classification  hierarchy.  Using  CRML,  the  ontology shall be updated or modified. The concepts created, associated qualities and their values, the relation  between concepts and its member qualities can be manipulated using the commands of CRML. 

Figure 2.  (a) CRDL of SISHYA 

Figure 2 (b) CRML of SISHYA 

Figure 2 (c)  Query Language of SISHYA 

3.4.2 Reasoning services of KRIL  The  reasoning  services  of  KRIL  are  primarily  divided  into  two  categories:  Reasoning  tasks  for  Abox  and  Reasoning  tasks  for  Tbox.  The  Abox  reasoning  services  discussed  are  instance  checking  and  consistency  checking [4]. Consistency checking contained relation existence checking, inherence checking and temporally  constrained  existence  checking.  The  reasoning  tasks  for  Tbox  contained  satisfiability  checking  and  subsumption  checking. Every similar functionality of KRIL is incorporated in GURUKULAM, the proposed  teaching­learning system using  extended description logics.  The  following section describes the  architecture  of GURUKULAM knowledge sharing system. 

4. Architecture of GURUKULAM

G.S.Mahalakshmi et al.

19

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

Figure 3.  Knowledge sharing Model of GURUKULAM 

GURUKULAM, the reasoning and knowledge sharing (through teaching –learning) system discussed in  this  paper  (fig 4.),  is  fundamentally  based  on  KRIL,  a  knowledge  representation  system  based  on  extended  description logics [3]. Extended description logics is the Nyaya­satisfying extension made to the well­known  description logics, thus allowing more detailed and elaborate reasoning and inferencing.  GURUKULAM has  fundamentally  two  action  zones:  knowledge  representation  zone  and  the  reasoning  service  zone.  The  knowledge  representation  zone  follows  from  KRIL.  The  knowledge  sharing  and  learning  algorithm  is  implemented as part of the reasoning service zone.  The community of GURUKULAM is composed of a single teaching entity with multiple student entities  (fig.  3).  The  knowledgebase  of  teacher  or  GURU  entity  is  assumed  to  have  every  concept  details  about  the  world knowledge; the students or SISHYA entities are assumed to have  various levels of  knowledge among  the group. Every individual participant of GURUKULAM consists of a common sense knowledge base, KRIL  reasoning engine and the Non­monotonic reasoning engine, which behaves like the knowledge­sharing engine.  The system removes the invalid knowledge by recording the new, valid information and thus gets exposed to  new experiences about the world knowledge, which can be considered as a  ‘new light’ to the system. 

Figure 4.  (a) Design of a SISHYA node of GURUKULAM (b) Design of GURU node of GURUKULAM 

The Discussion Engine consists of a responder, a communication interface and a message board. All the  learning entities listen and respond to the questions from the teaching entity. Through discussion, the teaching  entity  attempts  to  kindle  the  quality  of  knowledge  lying  in  every  learner  entity.  Based  on  the  response  of  learning entities, the quality of knowledge is assessed by the Tracker and Evaluator, present in the discussion  engine  of teaching entity and later, the  evaluations are  disclosed. Poorly evaluated learner entity  attempts to  correct  the  mistakes  and  reflects  the  updation  of  its  knowledge  while  responding  to  following  queries.  The

G.S.Mahalakshmi et al.

20

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

entire  community is  modeled after  Gurukula, the traditional system  of education in ancient  India and hence,  the system is named GURUKULAM. 

4.1 Knowledge Representation zone  The knowledge base is similar to KRIL. It consists of a Tbox – Terminological box and Abox – Assertion box.  Tbox consists of concepts, their explanations in terms of member qualities, and the relations that exist between  them. Abox unifies the instantiations to the Tbox. The KRIL engine also is a part of knowledge representation  zone. Details about  the discussion  of  KRIL  are  already  presented in section 3. Reasoning services  zone acts  upon  the  knowledge  base  by  means  of  KRIL  specification  languages.  There  is  also  a  separate  connectivity  between  reasoning  services  zone  and  the  knowledge  base,  which  will  be  used  to  track  the  versioning  of  knowledge base. 

4.2 Reasoning services zone  The  reasoning  services  of  Gurukulam  basically  constitute  a  non­monotonic  reasoning  engine,  which  also  tracks the  changes  and  versioning  of the  knowledge base. The engine has two active  components: responder  and  consistency checker. The responder  interacts with the user  via user interface. The knowledge  entered  by  the  user  is  parsed  and  converted  to  KRIL  syntax  by  the  responder.  The  consistency  checker  gets  the  user  information  in  terms  of  KRIL  syntax  via  the  responder,  and  checks  for  information  and  knowledge  consistency. On account  of non­monotonic nature of information, consistency checking may further generate  more queries regarding the status and validity of the existing information with respect to the knowledge base.  Therefore,  all  communications  of  consistency  checking  of  the  knowledge  base  necessarily  pass  through  the  KRIL engine.  The conflicting information from the knowledge base is obtained by the KRIL engine, and is displayed to  the user by the responder. Any addition of non­monotonic nature of information involves deleting the invalid  information from the knowledge base and adding the new, valid information as recommended by the user. The  invalidity  of  the  information  may  be  found  with  the  entire concept  or  with  the  member  qualities  of  a  given  concept,  or,  with  the  optional  quality  migrating  to  the  mandatory  quality  zone  or  vice  versa.  Similarly,  relations  between  concepts  or  between  concept  and  its  member  qualities  may  also  undergo  inconsistency  during conflict analysis. In addition to this, disjoint concepts, which cascade the negation operator throughout  the definition of respective concept hierarchies, may also undergo some definitional change that may require  cascading  the  concept  and  relation  definitions  throughout  the  knowledge  base.  The  conflicts  (and  cascading  conflicts)  in  the  knowledge  base  are  carefully  analysed  by  the  consistency  checker  while  carrying  out  the  required  additions,  which  is  also  automatically  tracked  by  the  change  tracker  of  the  reasoning  engine.  The  overall non­monotonic reasoning algorithm is explained in figure 5:  Step 1: Input user command Step 2: Parse the user command //Perform KRIL parsing Step 3: Identify the information units Step 4: Identify the KRIL command category Step 5: If QL then step 6 else If CRML then step 7 else If CRDL then step 8 end Step 6: Perform KRIL querying, end Step 7: Perform CRML with KRIL, end Step 8: //Perform consistency checking If knowledge base consistent then allow CRDL definitions through responder, end Step 9: Check Tbox consistency If not consistent then Check concept consistency Check concept­quality consistency Check relation consistency End if Step 10: check Abox consistency. If not consistent, step 11. Step 11: Display inconsistent nodes, step 1 End  Figure 5.  Algorithm for Non­monotonic Reasoning in GURUKULAM 

After  identifying the inconsistent nodes that contribute to  knowledge conflict, by CRDL  commands, the  user is expected to alter the information that is causing the conflict with the knowledge base. Once the conflict  is  cleared,  new  information  may  be  added  to  the  knowledge  base  through  CRDL  commands  of  the  KRIL

G.S.Mahalakshmi et al.

21

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

engine. Before every new additional fact is deposited to the knowledge base, the change tracker creates an old  version  of  the  knowledge  base  so  that,  upon  non­monotonic  nature  of  the  newly  added  information,  the  knowledge can be revoked from the older version. 

5. Results  For  experimental  purposes,  we  have  considered  the  knowledgebase  of  GURU  to  have  concepts  and  relations from the ‘Birds’ domain. The snapshot of description of knowledgebase of GURU is given below in  Figure  6.  The  ‘Top’  is  the  supermost  concept  which  includes  every  other  concepts  defined  in  the  universe  [2,20]. The shaded nodes are the fundamental abstract categorization of world knowledge as per Nyaya Sastra  [2,20].  The  subsequent  layers  are  domain­specific  in  nature.  SISHYA1  is  assumed  to  have  the  same  knowledge as  GURU. SISHYA2 is said to know all the details about bird domain except about ‘ostrich’. The  snapshot  of conceptual ontology of SISHYA  2 is shown  in Figure  7. The  various  knowledge assumptions  of  discussion agents are summarized in table 1.  By partial knowledge, we mean, the entities does not know about the exceptional property of that particular  concept. For ‘Ostrich’ and ‘Penguin’, we mean, the exceptional feature is that ‘they are birds; but they do not  fly’.  The  following  figure  8.  illustrates  the  conversation  between  GURU  and  other  SISHYA.  Every  compartment  in  the  output  screen  of  SISHYAs  relates  to  every  individual  response  to  the  GURU.  Figure  8  presents two rows of conversation windows, three in every row. The first row consists of (from left)  GURU,  SISHYA1  and  SISHYA2.  The  second  row  has  SISHYA3,  SISHYA4  and  SISHYA5.  The  conversation  illustrates both question­answering and evaluating the answers. When the answers are found to be varying, the  GURU  transmits  the  message  about  the  evaluation  of  respective  answers  to  SISHYAs.  Evaluation  also  happens  by  self­observations.  Upon  evaluation,  SISHYA  attempts  to  correct  the  mistaken  information  and  updates its knowledgebase. 

Figure 6.  Conceptual ontology of GURU in ‘Bird’ Domain 

Figure 7.  A snapshot of conceptual ontology of SISHYA2

G.S.Mahalakshmi et al.

22

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

Table 1. Summary of Beliefs of Knowledge Sharing Entities of Gurukulam 

Agent 

Believes in 

GURU  SISHYA 1  SISHYA 2  SISHYA 3  SISHYA 4 

All concepts  Crow, Ostrich, Penguin  Crow, Penguin  Crow  Crow 

Partial  Knowledge  ­  ­  ­  Ostrich  Penguin 

SISHYA 5 

Crow 

­ 

Lack of  Knowledge  ­  ­  Ostrich  Penguin  Ostrich  Penguin,  Ostrich 

Figure 8.  Knowledge Sharing between GURU and SISHYAs – part 1

G.S.Mahalakshmi et al.

23

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

Figure 9.  Knowledge Sharing between GURU and SISHYAs – part 2 

This can be seen from figure 8. (i.e.) when the GURU makes a statement like ‘penguin is a bird’, SISHYA3  and  SISHYA5  responds  as  ‘Don’t  Know’.  This  is  because  both  have  no  concept  called  ‘Penguin’  in  their  knowledgebase  (refer  Table  1).  After  this  happens,  by  observing  their  individual  knowledgebase  and  identifying  the  lack  of  knowledge  of  the  concept  ‘Penguin’,  both  SISHYA  try  to  update  the  new  concept  ‘Penguin’  which  is  immediately  summarized  at  the  output  (for  our  convenience).  This  is  reflected  at  the  conversation only with the next answer. When the GURU asks ‘Will Penguin fly?’, SISHYA3 and SISHYA5  answers ‘Yes’, because they just  knew  from the  previous  statement  of  GURU that, ‘Penguins are  birds’  and  they have absolutely no idea  about  the  exceptional nature  of ‘Penguin’. We  refer this  as  self­evaluation and  the  knowledge  sharing  entities  learn  concepts  automatically.  SISHYA  4  already  is  assumed  to  have  partial  knowledge  about  ‘Penguin’;  so  the  response  of  SISHYA  4  is  also  ‘Yes’  in  this  situation.  SISHYA  1  and  SISHYA 2 have thorough knowledge about ‘Penguin’ and they pass the given situation.  Therefore, for the response of previous question ‘Will Penguin fly?’, there are two set of responses ‘No’  and ‘Yes’.  GURU evaluates the responses and transmits either who is wrong or who is right. We refer this as

G.S.Mahalakshmi et al.

24

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

cross­evaluation.  On interpreting  this  message,  SISHYAs  try  to  update  the  knowledgebase  after  identifying  the root cause of the false belief. Here, when the GURU says ‘SISHYA 3, SISHYA 4, SISHYA 5 are wrong’  (this can be considered as a control statement  in the knowledge sharing setting) all the above three SISHYA  reverse their false beliefs. This behavior demonstrates the non­monotonic nature of world knowledge concepts  within the knowledge sharing entities, which is a realistic phenomenon. This is immediately summarized at the  output as ‘Penguin !fly’ (refer figure 8).  The same shall be applied for the following set of questions about the  concept ‘Ostrich’; the self­evaluation and cross­evaluation shall be seen from the responses shown in figure 9.  The  entire conversation and reasoning is listed in  table 2. For  experimental  convenience, we have  just  assumed only few concepts about the Birds domain in the knowledgebase and practically, this can be extended  to  any  number  and  levels  of  concepts  including  dynamic  expansion  of  knowledge  base  during  discussion  which  is  the  common  goal  of  knowledge  sharing.  It  can  be  observed  from  figure  8  and  9  that,  after  every  occurrence of the reply ‘Ok’, the SISHYA learns the new concept, which is reflected at the listing of concept  summaries of the respective knowledge bases. Thus, reasoning based learning system gains new insights and  experiences for the participating entities which is very appealing in a teaching­learning setting. 

GURU 

SISHYA1 

SISHYA2 

SISHYA3 

SISHYA4 

SISHYA5 

Conversation # 

Table 2. Summary of Conversation between the teaching­learning entities in GURUKULAM 



Bird fly? 

Yes 

Yes 

Yes 

Yes 

Yes 



Penguin is a  bird 

Yes 

Yes 

Don’t Know 

Yes 

Don’t Know 

Yes  Ok 

System learns  about  ‘Penguin is a  bird’  Yes  Ok 

System  revokes the  false belief  Don’t Know 

System  revokes the  false belief  Don’t Know 

System  revokes the  false belief  Yes 

Ok 

Ok 

Yes 

System learns  about ‘Ostrich  is a bird’  No 

System learns  about ‘Ostrich  is a bird’  No 

Ok 

Ok 

Ok 

System  revokes the  false belief 

System  revokes the  false belief 

System  revokes the  false belief



4  5 

Penguin fly?  SISHYA3,  SISHYA4,  SISHYA5 are  wrong 

No 

No 



7  8 

Ostrich fly?  SISHYA3  wrong 

No 

Don’t Know 



10 

Ostrich is a  bird 

Yes 

Ok 

Yes 

System learns  about ‘Ostrich  is a bird’  No 

11 

12  13 

Ostrich don’t  fly?  SISHYA2,  SISHYA4,  SISHYA5 are  wrong 

14 

System learns  about  ‘Penguin is a  bird’  Yes  Ok 

System  revokes the  false belief  Yes  Ok 

A quantitative evaluation of the architecture of GURUKULAM would result in more interesting  results  with respect to  the amount  of  knowledge shared  and the increment of  knowledge  obtained after  knowledge sharing. Therefore, we have also implemented a quantitative model for GURUKULAM. The  G.S.Mahalakshmi et al.

25

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

evaluation model consists of reward values for exchange of concepts and relations. For every relation that  exists,  the  reward  value  increases  by  0.5  and  then  it  will  also  increment  according  to  the  nature  of  the  relation as depicted in table 3.  Table 3. Rewards for Relation factor  Relation type  Invariable concomitance  Exclusive  Exceptional  Direct  ­ 

Reward  2  1.5  1  0.5  ­ 

Relation category  Reflexive  Symmetric  Anti symmetric  Asymmetric  Transitive 

Reward  3  2  2  2  1 

For every quality that exists for a concept, the reward value increases by  0.5 and then it will also  increment according to the constraint of the quality as depicted in table 4.  Table 4. Rewards for Concept­quality factor  Quality type  Mandatory  Optional  Exclusive  Exceptional 

Reward  1  .5  2  2 

Question 1:  question in sishya w’s domain :  “chk­relation swims­in penguin water exceptional,null”  sishya w replies “relation exists”; others answer “don’t know”  self evaluation takes place at : sishya x, sishya y,sishya z.  Question 2:  question posed by guru in sishya x’s domain  “ chk­relation neighbor­of India SriLanka direct,symmetric”  sishya x , sishya y – replies “relation exist”  sishya z, sishya w  replies “relation doesn’t exist”  cross evaluation takes place at : sishya z, sishya w  Question 3:  question posed by guru from domain of sishya y  “chk­relation on­churning thayir vennai direct,null”  sishya y replies “relation exists”  sishya w , sishya x replies “relation doesn’t exist”  sishya z replies “don’t know”  self evaluation takes place at sishya z  cross evaluation takes place at sishya w and sishya x  Figure 10.  Discussion Summary 

In the evaluation model, the members of GURUKULAM are assumed to possess multi­disciplinary  knowledge over various domains: dairy domain – entity Y, geographical domain – entity X, birds domain  – entity W, metals domain – entity Z (fig. 15). Dotted lines depict special  domain relations and normal  lines denote the general ‘is­a’, ‘has­a’, ‘part­of’ relations. The questions are exchanged and the answers  are obtained across the  discussion which is shown in table 5. The  discussion results are  summarised in  Figure 10 and the evaluation of knowledge sharing for all the entities is presented in Figure 11 to 14.

G.S.Mahalakshmi et al.

26

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

Knowledge Sharing of X 

Q1 

Q2 

Q3 

knowledge 

43  42  41  40  39  Before Evaluation 

During Cross­  Evaluation 

After Evaluation 

Figure 11.  Evaluation of Knowledge of X 

Knowledge Sharing of Y 

Q1 

Q2 

Q3 

knowledge 

64  63  62  61  60  Before Evaluation 

During Cross­  Evaluation 

After Evaluation 

Figure 12.  Evaluation of Knowledge of  Y 

Knowledge Sharing of Z 

Q1 

Q2 

Q3 

knowledge 

38  37  36  35  34  33  Before Evaluation 

During Cross­  Evaluation 

After Evaluation 

Figure 13.  Evaluation of Knowledge of Z

G.S.Mahalakshmi et al.

27

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

Knowledge Sharing of W 

Q1 

Q2 

Q3 

knowledge 

36  35  34  33  32  31  Before Evaluation 

During Cross­  Evaluation 

After Evaluation 

Figure 14.  Evaluation of Knowledge of W 

The entity X has attained new knowledge over Q1 which is shown by a rise in the curve in Fig. 11. With  Q2, the entity X has no gain. The query Q3 makes the entity X to discard some of the invalid knowledge from  its knowledge base which can be observed from the downstream curve in Fig 11. The evaluation of knowledge  attained  for  other  members  can  thus  be  observed  through  figures  12  to  14.  Here,  it  is  to  be  noted  that  the  entities participate in giving responses with continuity from Q1 to Q3. In other words, the knowledge resulted  from Q1 at the ‘after evaluation’ stage is utilized to provide the response to Q2. The knowledge resulted after  participation  with  Q2  is  then  utilized  to  answer  the  query  Q3.  By  the  above  phenomenon,  the  natural  dynamism in acquiring and eliminating world knowledge is simulated in GURUKULAM. 

6. Future Directions  The proposed design of GURUKULAM system for demonstrating learning through non­monotonic reasoning,  is  built  on  the  ontological  commitments  based  on  Navya­Nyaya  system  of  Indian  philosophy.  The  current  model  of  the  system  is  more  like  an  expert  system  communicating  with  the  user  alone,  with  additional  expertise in reasoning non­monotonically with justifications. Memorizing and understanding the KRIL syntax  for  interpreting  and  expressing  the  user­related  information  is  currently  a  barrier  to  naïve  users.  Therefore,  users  if  allowed  to  enter  the  communications  in  natural  language  will  be  highly  benefited.  To  enable  this  happen,  we  need  to  construct  a  NFA  along  with  the  responder  so  that,  the  input  sentence  is  parsed  and  the  knowledge  units  are  extracted  before  being  fed  to  consistency  checker.  The  same  holds  good  for  generating  responses to the user. In such cases, KRIL engine will also have a role to play with the responder.  Only  basic  relations  between  concepts  and  between  concepts  and  its  member  qualities  are  currently  incorporated into the KRIL engine of GURUKULAM. More extensions to enrich and strengthen the structure  of  ontology  in  the  perspective  of  Navya­Nyaya  (for  example:  invariable  concomitance  relation)  [34]  will  extend the reasoning horizon to a greater extent. Also, presently, the KRIL engine has no unique interpretation  of mentioning selective knowledge units as default units (or monotonic). The system treats the entire content  of the knowledge base as default and starts to reason with it. As in case of default reasoning, a mechanism to  highlight certain aspects of knowledge base as default during the stage of definition will help us in reasoning  non­monotonically as and when the knowledge base is updated.  The unit values for qualities and relations are assumed for implementation purposes and does not derive  their  values  from  anywhere in any sense. More  interesting  method  of deriving the reward  values need to  be  incorporated  in  future.  Also,  the  entire  knowledge­sharing  entities  totally  rely  and  depend  upon  the  central  entity  GURU to update  or revoke their false  beliefs.  This is because the  GURU is  modeled as  a teacher  and  therefore,  it is assumed to  know everything right about the domain; no  purpose  of conflicts or  inconsistency  with the knowledgebase  arises upon interpreting the statement of  GURU.  This  may rather  be  a  great  excuse  because  we  have  devised  a  teaching­learning  setting  and  not  a  true  knowledge  sharing  setting.  i.e.  all  the  entities here totally trust the GURU. But when this situation is applied to a general knowledge sharing scenario  where  there  is  no  regulatory  authority  like  GURU,  we  need  to  have  some  dependency  or  confidence  factor  upon every entity believes other knowledge sharing entity in the community, thus the entire model transforms  to a new horizon of autonomous knowledge sharing based only on trust and reputation, which is considered to  be  our  interesting  future  work.  Obviously,  increasing  the  domain  details  of  ontology  will  expand  the  knowledge base and provide room for further inferencing.

G.S.Mahalakshmi et al.

28

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

Table 5. Describing Multi­disciplinary Sample Scenarios Between Guru and Sishyas 

Send Reply:  Relation exists  Send Reply:  Relation exist 

Send Reply:  Self evaluation  takes place ,by  Don’t know  inferring sishya W  answer 

Z(4) 

Send Reply:  Relation  doesn’t exist 

Send Reply:  Relation exists 

Send Reply:  Relation  doesn’t exist 

Send Reply:  Relation  doesn’t exist 

Send Reply:  Self evaluation  takes place ,by  Don’t know  inferring sishya W  answer 

Y(3) 

Update  knowledge 

Self evaluation  Send Reply:  takes place ,by  Don’t know  inferring sishya W  answer 

X(2) 

Send Reply:  Relation  doesn’t exist 

Send Reply:  Relation exists 

W(1) 

Update  knowledge 

Send the  question 2  (from X  domain) 

Send the  question .1 (from  W domain) 

GURU 

Updates  knowledge  Send Reply:  Don’t know  Self  evaluation  takes place  ,by

Sends  Send question  “update  3 (from Y  knowledge  domain)  “ message  to sishya X  ,  Sishya W  (cross  evaluation) 

3. chk­  relation on­  churning curd  cheese  direct,null 

Updates  knowledge 

Sends “update  knowledge “  message to  sishya W ,  Sishya Z  (cross  evaluation) 

2. chk­relation  neighbor­of  India SriLanka  direct,  symmetric 

1.  chk­relation  swims­in  penguin water  exceptional,null 

Question 

7. Conclusion  This  paper  has  explicitly  proposed  the  architecture  and  implementation  details  for  modeling  learning  through  reasoning  in  a  traditional  teaching­learning  setting  with  a  fundamental  commonsense  knowledge and a little added domain knowledge. The system is constructed on the ontological structure  represented by extended description an logic which provides enriched concepts and relations to be useful  in  teaching­learning.  By  performing  interactions  with  the  student  entities  and  by  thus  allowing  non­  monotonic reasoning, old and invalid assumptions are over ruled by recent, more valid information from  the teacher entity, without altering the consistency of the existing knowledge base. Thus, knowledge gets  expanded at every step of inference, which is analogous to traditional classroom learning experiences. 

G.S.Mahalakshmi et al.

29

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

G.S.Mahalakshmi et al.

© 2008 Technomathematics Research Foundation

Figure 15.  Multi­disciplinary domain knowledge of the entities in the discussion forum

30

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

References  [1]  Aghila  G.,  Ranjani  Parthasarathi  and  Geetha  T.V.,  Indian  Logic  based  conceptual  ontology  using  Description  Logic,  In  proceedings  of  National  Conference  on  Data  Analysis  and  Recognition,  Mandya,  India, July 2001.  [2]  Aghila G., Ranjani Parthasarathi and Geetha T.V., Design of conceptual ontology based on Nyaya theory  and Tolkaappiyam,  January 4­6,  Third International Conference  on  South Asian Languages,  ICOSAL­3,  University of Hyderabad, Hyderabad, India, 2001.  [3]  Aghila  G., Mahalakshmi  G.S.  and  Geetha  T.V., KRIL – A  Knowledge Representation  System  based  on  Nyaya Sastra using Extended Description Logics, VIVEK journal, ISSN 0970­1618, Vol.15, No.3, 2003.  [4]  Aghila  G.and  Geetha  T.V.,  A  Knowledge  Representation  Methodology  and  Reasoning  based  on  Nyaya  Theory, Ph.D. thesis, Dept. of Computer Science and Engineering, Anna University, India, 2004.  [5]  Baader F., Calvanese D., nardi D., McGuinness D., and Patel­Schneider P., editors. The Description Logic  Handbook: Theory, Implementation and Applications, Cambridge University Press, 2003.  [6]  Baader F., Ganter B., Sattler U., and Sertkaya B., Completing Description Logic Knowledge Bases using  Formal  Concept  Analysis,  In  Proceedings  of  the  20 th  International  Joint  Conference  on  Artificial  Intelligence (IJCAI­07), AAAI Press, 2007.  [7]  Brachman  Ronald  J.,  On  the  epistemological  status  of  semantic  networks,  Associative  Networks  Academic Press, 1979  [8]  Borgida  Alex,  Ronald  J  Brachman,  Deborah  L.  McGuiness  and  Lori  Alperin  Resnick,  CLASSIC:  A  structural  data  model  for  objects,  Proceedings  of  the  1989 ACM  SIGMOD  International  Conference  on  Management of Data, pp. 59­67, 1989.  [9]  Bresciani,  E.  Franconi  and  S.  Tessaris,  Implementing  and  testing  expressive  DL,  Proceedings  of  DL  workshop, 1995  [10]Cakra  Pani  Dasa,  Nyaya  /  Vedanta  ­  The  Philosophy  of  Logic  and  Reasoning,  The  South  Asian  Study  House, http://www.geocities.com/Athens/Acropolis/2681/nyaya.html accessed latest by 14 May 2005.  [11]Christopher Brewster and Kieron O Hara, Knowledge Representation with Ontologies: Present challenges  Future possibilities, Intn. Journal of Human­Computer Studies, Elsevier, Vol. 65, 2007, pp: 563­588.  [12]Diego  Calvanese,  Giuseppe  De  Giacomo  and  Maurizio  Lenzerini,  Description  Logics:  Foundations  for  Class­based Knowledge Representation, Dipartimento di  Informatica e Sistemistica, Universit`a di Roma  “La Sapienza”,Via Salaria 113, I­00198 Roma, Italy, 2002.  [13]Dmitry  Tsarkov  and  Ian  Horrocks,  FACT++  Description  Logic  Reasoner:  System  Description,  In  proceedings  of  3 rd  International  Joint  Conference  on  Automated  Reasoning  Seattle, August 17 ­ 20, 2006.  [14]Franz  Baader,  Carsten  Lutz,  Boontawee  Suntrisrivaraporn,  CEL­  A  Polynomial­time  Reasoner  for  Life  Science  Ontologies  (System  Description).  In  Proceedings  of  the  3rd  International  Joint  Conference  on  Automated Reasoning (IJCAR'06), Lecture Notes in Artificial Intelligence 4130. Springer, pp. 287­­291.  [15]Gradinarov P.I., Phenomenology  and  Indian Epistemology ­ Studies in Nyaya­Vaisesika  Transcendental  Logic and Atomism, Sophia Indological Series, 1990.  [16]Gruber, T. R., Towards principles for the design of ontologies used for knowledge sharing. Padova, Italy,  1992.  revised  to  appear  in  Formal  Ontology  in  Conceptual  Analysis  and  Knowledge  Representation,  Guarino & Poli (Eds), Kluwer Publishers, August 1993.  [17]John  Debenham,  Knowledge  Base  Maintenance  through  Knowledge  Representation,  In  Proceedings  of  12 th  International Conf.on Database and Expert System Applications, Lecture Notes in Computer Science,  Springer Berlin / Heidelberg, ISSN: 0302­9743 (Print) 1611­3349 (Online), Volume 2113, 2001, pp. 599.  [18]John  F.  Sowa,  Knowledge  Representation:  Logical,  Philosophical,  and  Computational  Foundations,  Brooks Cole Publishing Co., Pacific Grove, CA, ©2000. G.S.Mahalakshmi et al.

31

International Journal of Computer & Applications Vol. 5, No. 1, pp. 14-32

© 2008 Technomathematics Research Foundation

[19]MacGregor R., Inside the LOOM description classifier, SIGART Bulletin, Vol. 2(3), pp. 8­92., 1991  [20]Mahalakshmi  G.S.,  Aghila  G.  and  Geetha  T.V.,  Multi­level  ontology  representation  based  on  Indian  Logic System, 4 th  International Conference on South Asian Languages ICOSAL­4, India, October 2002.  [21]Marvin Minsky, Push Singh and Aaron Sloman, the St. Thomas Common Sense Symposium: Designing  Architectures for Human­Level Intelligence, AI Magazine 25(2): Summer 2004, 113­124.  [22]Michael Gertz, Logics and Knowledge Representation , Chapter 1. Introduction, ECS289G, Spring 2004,  Lecture Notes, University of California, 2004.  [23]Peter  Carruthers,  Stephen  Stich,  and  Michael  Siegal,  The  Cognitive  Basis  of  Science,  Cambridge  University Press, May 2002.  [24]Quantz  J.,  Dunker  G.,  Bergmann  F.  and  Ke  ner  I.,  The  FLEX  system,  Technica  report,  KIT­Report,  Technische Universitat, Ber in, Germany, (1996). 175 http://citeseer.ist.psu.edu/quantz95flex.html  [25]Randall Davis, Howard Shrobe and Peter Szolovits, What is a Knowledge Representation? AI Magazine,  14(1): 17­33, 1993.  [26]R.Reiter, A logic for Default Reasoning, Artificial Intelligence, Vol. 13, pp. 81­132, 1980.  [27]Rolf  Grütter  and  Bettina  Bauer­Messmer,  Towards  Spatial  Reasoning  in  the  Semantic  Web:  A  Hybrid  Knowledge  Representation  System  Architecture,  S.  Fabrikant,  M.  Wachowicz  (Eds.):  The  European  Information  Society:  Leading  the  Way  with  Geo­information,  Lecture  Notes  in  Geoinformation  and  Cartography, Springer­Verlag Berlin Heidelberg, 2007.  [28]Rouane A.H., Huchard M., Napoli A. and Valtchev P., A proposal for combining formal concept analysis  and description logics for mining relational data, Lecture Notes in AI, Vol.4390, 2007, pp. 51­65.  [29]Sarvepalli Radhakrishnan and  Charles A. Moore  (edd.), A Source Book  in Indian  Philosophy ­ Chapter:  The method of vada debate, pp. 361­365, Princeton University Press, 1989.  [30]Schmidt­Schaub  M.  and  Smolka  G.,  Attributive  concept  descriptions  with  complements,  Journal  of  Artificial Intelligence, Vol. 48, 1991, pp. 1­26.  [31]Shilov  Nikolay,  Anureev  Igor  and  Garanina  Natalia,  Combining  Two  Formalism  for  Reasoning  about  Concepts, In proc. of the 2007 International workshop on Description Logics, CEUR­WS, Italy, 2007.  [32]Stephan  Grimm,  Pascal  Hitzler  and  Andreas  Abecker,  Knowledge  Representation  and  Ontologies,  In:  Rudi  Studer,  Stephan  Grimm,  Andreas  Abecker,  Semantic  Web  Services:  Concepts,  Technology  and  Applications, Springer, Berlin, 2007, pp. 51­106.  [33]Swami Virupakshananda, Tarka Samgraha, Sri Ramakrishna Math, Madras, 1994.  [34]Toshihiro  Wada,  Invariable  Concomitance  in  Navya­Nyaya,  Sri  Garib  Dass  Oriental  Series  No.  101,  (Indological and Oriental Publishers, New Delhi, India, 1990). ISBN: 81­7030­227­7.  [35]Uwe  Keller,  Cristina  Feier,  Nathalie  Steinmetz,  Holger  Lausen:  Report  on  reasoning  techniques  and  prototype  implementation  for  the  WSML­Core  and  WSML­DL  languages.  Deliverable  d1.2  v1.0,  RW2,  2006. http://rw2.deri.at/pub/d1.2.pdf

G.S.Mahalakshmi et al.

32