Logika, Algorytmy i Inżynieria Wiedzy w Telekomunikacji I Zarządzaniu Sieciami

Transkrypt

1 Zakład Zaawansowanych Technik Informacyjnych (Z-6) Logika, Algorytmy i Inżynieria Wiedzy w Telekomunikacji I Zarządzaniu Sieciami Praca nr Warszawa, grudzień 2015

2 Logika, Algorytmy i Inżynieria Wiedzy w Telekomunikacji i Zarządzaniu Sieciami Cel główny pracy: Celem zadania jest kontynuacja prac związanych z zastosowaniem logii i inżynierii wiedzy w telekomunikacji, w tym w zakresie zarządzania sieciami. Cele cząstkowe: 1. Kontynuowanie prac nad wykorzystaniem metod inżynierii ontologicznej w zarządzaniu sieciami w celu utworzenia modelu ontologicznego danej sieci sensorowej; 2. Badania podstawowe w obszarze inżynierii wiedzy, wraz z analizą rankingu wielokryterialnego w zastosowaniach inżynierii ontologicznej oraz do zarządzania sieciami nowej generacji; 3. Badania nad rozstrzygalnymi teoriami i ich relacyjnymi odpowiednikami; 4. Elementy eksploracji danych. Praca nr Słowa kluczowe: inżynieria wiedzy; ontologie; ranking wielokryterialny; zarządzanie sieciami nowej generacji; sieci sensorowe; rozstrzygalne teorie; dual tableau; Kierownik pracy: Andrzej P. Wierzbicki Wykonawcy: Andrzej P. Wierzbicki Stella Ewa Orłowska Szymon Jaroszewicz Janusz Granat 2

3 Spis treści 1. Wstęp Prace Ewy Orłowskiej Prace Andrzeja P. Wierzbickiego Prace Janusza Granata Prace Szymona Jaroszewicza

4 Sprawozdanie szczegółowe z prac w ramach projektu statutowego Logika, Inżynieria Wiedzy i Algorytmy w Telekomunikacji i Zarządzaniu Sieciami 1. Wstęp W projekcie planowano udział Ewy Stelli Orłowskiej, Andrzeja Wierzbickiego, Janusza Granata, Szymona Jaroszewicza, Piotra Rzepakowskiego i Wojciecha Szymaka, przy czym ci dwaj ostatni zostali w całości obciążeni pracami projektowymi, których podjął się Instytut Łączności, więc praktycznie nie uczestniczyli w projekcie statutowym. Dotyczy to także częściowo Janusza Granata, którego udział w projekcie statutowym był niewielki; natomiast Szymon Jaroszewicz większą część czasu spędził na urlopie ojcowskim, zatem prowadził tylko prace koncepcyjne. Główne rezultaty projektu wyrażają się publikacjami oraz współpracą międzynarodową. 2. Prace Ewy Orłowskiej W pracach Ewy Orłowskiej opublikowano książkę, przygotowano do druku dwa artykuły, oraz prowadzono intensywną współpracę międzynarodową nada zagadnieniami dualności w logice, systemów dedukcyjnych oraz logiki dla wnioskowań jakościowych. Książka W książce rozważane są klasy algebr i klasy systemów relacyjnych, umożliwiające reprezentowanie informacji o charakterze jakościowym. Z punktu widzenia algebry uniwersalnej i logiki są to kraty z dodatkowymi operatorami oraz systemy relacyjne, w których relacje są odpowiednikami operacji w algebrach. Odpowiedniość ta jest wyrażona poprzez twierdzenia o reprezentacji orzekające, że każda algebra z danej klasy jest zanurzalna (embeddable) w algebrę wyznaczoną w odpowiedni sposób przez system relacyjny. Każda z par klas struktur przedstawionych w książce jest reprezentatywna dla pewnej dziedziny zastosowań. E. Orłowska, A. Radzikowska, and I. Rewitzky, Dualities for Structures of Applied Logic. College Publications, Mathematical Logic and Foundations vol. 56, London, 2015 Volume 56: Dualities for Structures of Applied Logics Ewa Orlowska, Anna Maria Radzikowska and Ingrid Rewitzky

5 Contents 1 Preliminaries 2 Foundations Part I Boolean algebras with operators 47 3 Boolean algebras with modal operators 49 4 Boolean algebras with information operators 75 5 Boolean algebras with relational operators 91 6 Multirelational structures Boolean algebras with relations 113 Part II Distributive lattices with operators Bounded distributive lattices with modal operators Distributive lattices with negations Stone algebras Heyting algebras Distributive residuated lattices 229 Part III General lattices with operators General lattices with modal operators General lattices with negations Residuated and doubly residuated general lattices General lattices with relational operators Algebras of substructural logics Beyond Urquhart representation 317 Bibliography 343 Index 361 Prace przyjęte do druku Ivo Düntsch, Ewa Orłowska and Hui Wang, A relational logic for spatial contact based on rough set approximation. Fundamenta Informaticae. W pracy jest wprowadzona i badana logika do wnioskowania o obiektach w przestrzeni, które mogą być w relacji kontaktu dającego się zaobserwować tylko w sposób przybliżony. Ivo Düntsch, Ewa Orłowska, and Tinko Tinchev, Mixed algebras and their logics. Journal of Applied Non-classical Logics. W pracy badane są własności algebr z operatorami dwóch typów: zachowującymi zadane uporządkowanie obiektów oraz odwracającymi to uporządkowanie. Uwzględnienie obu tych klas operatorów w jednej strukturze pozwala na reprezentację istotnie szerszej klasy informacji niż było by to możliwe przy użyciu każdej ze struktur z operatorami jednego typu oddzielnie. 5

6 Prace w toku Ivo Düntsch, Ewa Orłowska and Michael Winter, Dualities for Stonean p- ortholattices. Ewa Orłowska and Joanna Golińska-Pilarek systemy dedukcyjne w których wszystkim krokom dowodu są przypisywane wagi wyrażone liczbami naturalnymi. Udział w projekcie NCN Projekt koordynowany przez Uniwersytet Warszawski: DEC-2011/02/A/HS1/00395, , Logiki dla wnioskowań jakościowych. Udział w konferencji Rough Set Theory Workshop w ramach konferencji 6 th International Conference on Pattern Recognition and Machine Intelligence, Warszawa, 30 czerwca 3 lipca Referowana była praca Ivo Düntsch, Ewa Orłowska and Hui Wang, A relational logic for spatial contact based on rough set approximation. Współpraca Brock University, St Catharines, Ontario, Kanada, prof. Ivo Dűntsch. Prof. Ivo Dűntsch był gościem zakładu Z6 w okresie 1-18 lipca 2015 (na własny koszt). Efektem współpracy są prace: o A relational logic for spatial contact based on rough set approximation. o Mixed algebras and their logics. Współpraca będzie kontynuowana w 2016 roku. University of Stellenbosch, Republika Południowej Afryki, prof. Ingrid Rewitzky. Efektem współpracy jest ukończenie książki Dualities for Structures of Applied Logics. Politechnika Warszawska, Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych, dr Anna Radzikowska współautorka książki Dualities for Structures of Applied Logics. Uniwersytet Warszawski, Instytut Filozofii, dr Joanna Golińska-Pilarek. Współpraca w ramach projektu NCN. 3. Prace Andrzeja P. Wierzbickiego Prace Andrzeja P. Wierzbickiego w 2015 roku koncentrowały się wokół publikacji, głównie naukoznawczych (w poniższej liście publikacji pozycje 5, 6, 7, 8, 9) oraz dotyczących historii oraz społecznego znaczenia technik informacyjnych (pozycje 1, 2, 3, 10. 6

7 11), z jednym tylko artykułem o bardziej technicznym znaczeniu (pozycja 4) dotyczącym, zgodnie z założeniami pracy statutowej, zastosowań rankingu wielokryterialnego w zarządzaniu przyszłych sieci telekomunikacyjnych. Zasadniczym rezultatem prac w roku 2015 jest książka Przyszłość Pracy w Społeczeństwie Informacyjnym o prognostycznym charakterze. Książka ta wskazuje, że na skutek dodatniego sprzężenia zwrotnego pomiędzy techniką a rynkiem nastąpiło dzisiaj ogromne przyspieszenie działania podstawowego mechanizmu zastępowania pracy przez kapitał. Sprzężenie to i przyspieszenie można zilustrować prostym przykładem: im więcej przedsiębiorca zyska na zastępowaniu ludzi np. robotami mobilnymi w swoim supermarkecie, tym bardziej będzie skłonny dalej inwestować w rozwój takich technik i zakup dalszych takich urządzeń. Mechanizmy takie działają od początków rewolucji przemysłowej, ale ponieważ zawarte w nich jest dodatnie sprzężenie zwrotne, przyspieszają; ludzie nie nadążają dzisiaj ze zmianą zawodów i zmieniającą się strukturą popytu na pracę. Książka analizuje różne możliwe rezultaty takiego rozwoju oraz proponuje sposoby spowolnienia działania tego dodatniego sprzężenia zwrotnego. Książka ta wydana została (we współpracy z Komitetem Prognoz PAN) już w 2015 roku, oraz przetłumaczona na język angielski i wysłana do publikacji do Springera; niedawno otrzymaliśmy pozytywna ocenę i decyzję publikacji w tym wydawnictwie. Inne ważne rezultaty maja charakter naukoznawczy i np. dotyczą (pozycje 5, 6) różnic pomiędzy pojmowaniem syntezy jako redukcji metafizycznej oraz kreowania wiedzy na Wschodzie i Zachodzie, zwłaszcza wobec wschodniej zasady jedności przeciwieństw. Publikacje Andrzeja P. Wierzbickiego w 2015 roku obejmują: 1. Książka Andrzej Piotr Wierzbicki (2015) Techne n : Elements of Recent History of Information Technologies with Epistemological Conclusions. Intelligent Systems Reference Library 71, Springer Heidelberg. (faktycznie ukazała się już w 2014, ale z datą 2015) 2. Książka Andrzej P. Wierzbicki Przyszłość pracy w społeczeństwie informacyjnym, przygotowana w 2014 i wydana ostatecznie w 2015, współpraca Instytutu Łącznosci oraz Komitetu Prognoz Polska 2000 Plus PAN. 3. Tłumaczenie angielskie powyższej książki The Future of Work in Information Society, przesłane do Springer Verlag 4. Artykuł Janusz Granat, Andrzej P. Wierzbicki (2015) Multiple Criteria Ranking in Future Network Management. Publikacja w tomie Knowledge Synthesis: Eastern and Western Cultural Perspectives, red. Yoshiteru Nakamori, wydawnictwo Springer Verlag (ISBN ) 5. Artykuł Andrzej P. Wierzbicki (2015) Systemic Synthesis and Metaphysics: Eastern versus Western Thinking. Publikacja w tomie Knowledge Synthesis: Eastern and Western Cultural Perspectives, red. Yoshiteru Nakamori, wydawnictwo Springer Verlag (ISBN ) 6. Artykuł Andrzej P. Wierzbicki (2015) Evolutionary Knowledge Creation in Eastern Perspective. Publikacja w tomie Knowledge Synthesis: Eastern and Western Cultural Perspectives, red. Yoshiteru Nakamori, wydawnictwo Springer Verlag (ISBN ) 7. Artykuł Andrzej P. Wierzbicki (2015) Trzy powody, dla których rewolucja informacyjna wywołuje kryzys intelektualny. W tomie Rewolucja Informacyjna a Kryzys Intelektualny, red. Julian Auleytner, wyd. Komitetu Prognoz Polska 2000 Plus PAN (ISBN ) 8. Artykuł Andrzej P. Wierzbicki (2015?) Technika Jako Czynnik Sprawczy. W tomie Moc Sprawcza Sterowania, Rządzenia i Zarządzania (w Społeczeństwie Wiedzy), red. Lech Zacher, wyd. Komitetu Prognoz Polska 2000 Plus PAN 7

8 9. Artykuł Andrzej P. Wierzbicki Etyczne Uzasadnienie Obiektywności w Nauce, Sprawy Nauki, czerwiec Artykuł Andrzej P. Wierzbicki Odpowiedzialność nauk informacyjnych wobec wyzwań rozwiniętego społeczeństwa informacyjnego, Telekomunikacja i Techniki Informacyjne, w druku 11. Artykuł Andrzej P. Wierzbicki Techniki informacyjne a rynek i demokracja, Telekomunikacja i Techniki Informacyjne, w druku Współpraca międzynarodowa dotyczyła m.in. Japan Advanced Institute of Science nad Technology, Nomi, Ishikawa, Japan; International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg k. Wioednia, Austria, Politechnika Aachen, Akwizgran, Niemcy. Andrzej Wierzbicki uczestniczył też w międzynarodowej konferencji The Information Society at the Crossroads - Response and Responsibility of the Sciences of Information, zorganizowanej przez Politechnikę Wiedeńską, z referatem The Future of Work in Information Society. 4. Prace Janusza Granata Prace Janusza Granata dotyczyły przygotowaniu dwóch referatów na konferencje miedzynarowe oraz prac związanych z organizacją konferencji. Działalność w zakresie współpracy międzynarodowej i organizacji konferencji: 1. Udział w organizacji konferencji 14 th workshop of the IFIP Working Group 7.6 on Advanced Analytics, Shanghai, China, May 4-6, Głównym organizatorem konferencji był Prof. Tieju Ma z Institute of Environmental Management and Energy Economics; School of Business, East China University of Science and Technology. 8

9 2. Organizaqcja minisymposiom w ramach konferencji 27 th IFIP(International Federation for Information Processing) TC7 Conference on System Modelling and Optimization, June 29 - July 3, 2015, 2015, Sophia Antipolis, France (MS21.1) Minisympzjum było zatytułowane: Integration of Optimization, Modeling and Data Analysis for Solving RealWorld Problems. Wygłoszone referaty: 1. On-line Multicriteria Approach to Event Detection (referat plenarny). Referat plenarny został wygłoszony w trakcie konferencji 14 th workshop of the IFIP Working Group 7.6 on Advanced Analytics, Shanghai, China, May 4-6, W referacie przedstawiono przegląd możliwości wykorzystania metod analizy wielokryterialnej w analizie danych strumieniowych. Można wyróżnić trzy główne czynniki, które wpływają na rozwój metod zarządzania sieciami. Pierwszy to dynamiczny rozwój zapotrzebowania na zasoby sieciowe i ich zróżnicowanie. Drugi do integracja zasobów obliczeniowych, metod przechowywania danych, technik sieciowych i Internetu Rzeczy. Ostatni czynnik jest związany z wirtualizacją zasobów i wirtualizacją funkcji sieciowych. Wymienione czynniki powodują konieczność zarządzania sieciami i zasobami w czasie rzeczywistym. W ramach referatu zaprezentowano koncepcję rozwiązania S-E-D-E (Stream-Event- Detection-Execution framework). Rozwiązanie dotyczy procesu przetwarzania danych o charakterze strumieniowym w celu wykrycia istotnych zdarzeń i zaproponowania akcji reagujących na wykryte zdarzenia. Koncepcja została zweryfikowna na przykładze zarządzania zasobami telekomunikacyjnymi 2. Multicritera approach to event detection in data stream Referat plenarny został wygłoszony w trakcie konferencji : 27 th IFIP(International Federation for Information Processing) TC7 Conference on System Modelling and Optimization, June 29 - July 3, 2015, 2015, Sophia Antipolis, France. W ramach referatu zaproponowano dokonono przeglądu możliwych zastosowań analizy wielokryterialnej w algorytmach wykrywania anomalii w danych o charakterze strumieniowym. Ponadto została zaproponowana funkcja ESF (Event Strength Function), która pozwala na wprowadzenie do modelowania siły zdarzenia. Jest to rozrzerzenia klasycznych algorytmów detekcji zdarzeń, wktórych zakłada się jedynie dwa stany: wystąpienie zdarzenia i brak zdarzenia. 5. Prace Szymona Jaroszewicza Prace Szymona Jaroszewicza miały charakter koncepcyjny i dotyczyły eksploracji danych. Kontynuowano prowadzone wcześniej prace nad modelowaniem różnicowym czyli budową modeli przewidujących różnicę w zachowaniu obiektów w przypadku poddania ich pewnemu działaniu i odstąpienia od niego. Pozwala to, w przypadku badań z randomizacją, na modelowanie przyczynowych skutków działania na poziomie poszczególnych obiektów (na 9

10 przykład pacjentów poddawanych terapii, klientów do których skierowana jest kampania marketingowa). W poprzednich latach opracowano szereg modeli różnicowych. W tym roku podjęto próby łączenia kilku różnych typów modeli różnicowych w jeden model, który powinien łączyć w sobie zalety modeli składowych i uzyskiwać lepszą jakość predykcji. Zastosowano tu tak zwane podejście kaskadowe. Na danych uczących budowany jest jeden typ modelu. Predykcja tego modelu jest następnie obliczana na wszystkich wektorach zbioru uczącego a uzyskany wektor zostaje do niego dodany jako nowa zmienna. Na nowych danych budowany jest drugi model, którego predykcje będą traktowane jako ostateczny wynik modelowania. Nic oczywiście nie stoi na przeszkodzie by proces kontynuować i dodawać w ten sposób kolejne modele. Jednak w praktyce, dwa kroki algorytmu wydają się wystarczać a kolejne nie przynoszą wyraźnej poprawy. Podejście zastosowano do danych z próby klinicznej dotyczącej terapii nowotworów. Pierwszym modelem było różnicowe drzewo decyzyjne dające dość skomplikowany model. Wynik predykcji drzewa stanowił zmienną wejściową kolejnego modelu w hierarchii, którym była liniowa regresja różnicowa. W ten sposób uzyskano model, który jest częściowo interpretowalny (część liniowa) a zarazem osiąga znacząco lepszą jakość predykcji niż poszczególne modele składowe. 10