Investigation of the tradeoff between expressiveness and complexity in description logics with spatial operators

Le Logiche Descrittive sono una famiglia di formalismi molto espressivi per la rappresentazione della conoscenza. Questi formalismi sono stati investigati a fondo dalla comunità scientifica, ma, nonostante questo grosso interesse, sono state definite poche Description Logics con operatori spaziali e tutte centrate sul Region Connection Calculus. Nella mia tesi considero tutti i più importanti formalismi di Qualitative Spatial Reasoning per mereologie, mereo-topologie e informazioni sulla direzione e studio alcune tecniche generali di ibridazione. Nella tesi presento un’introduzione ai principali formalismi di Qualitative Spatial Reasoning e le principali famiglie di Description Logics. Nel mio lavoro, introduco anche le tecniche di ibridazione per estendere le Description Logics al ragionamento su conoscenza spaziale e presento il potere espressivo dei linguaggi ibridi ottenuti. Vengono presentati infine un risultato generale di para-decidibilità per logiche descrittive estese da composition-based role axioms e l’analisi del tradeoff tra espressività e proprietà computazionali delle logiche descrittive spaziali.

Description Logics are a family of expressive Knowledge-Representation formalisms that have been deeply investigated. Nevertheless the few examples of DLs with spatial operators in the current literature are defined to include only the spatial reasoning capabilities corresponding to the Region Connection Calculus. In my thesis I consider all the most important Qualitative Spatial Reasoning formalisms for mereological, mereo-topological and directional information and investigate some general hybridization techniques. I will present a short overview of the main formalisms of Qualitative Spatial Reasoning and the principal families of DLs. I introduce the hybridization techniques to extend DLs to QSR and present the expressiveness of the resulting hybrid languages. I also present a general paradecidability result for undecidable languages equipped with composition-based role axioms and the tradeoff analysis of expressiveness and computational properties for the spatial DLs.