如何加強(qiáng)知識(shí)的共享與重用

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為了理解什么是本體知識(shí)系統(tǒng)，讓我們首先看看什么是“本體”，什么是“知識(shí)系統(tǒng)”。

本體(Ontology)理論屬于人工智能的內(nèi)容理論范疇，研究特定領(lǐng)域知識(shí)的對(duì)象分類、對(duì)象屬性和對(duì)象間的關(guān)系，它為領(lǐng)域知識(shí)的描述提供術(shù)語(yǔ)。簡(jiǎn)單說，可以將本體理解為公共認(rèn)同的關(guān)于領(lǐng)域知識(shí)的明確描述。知識(shí)系統(tǒng)(Knowledge-based Systems)是人工智能學(xué)科最重要的工業(yè)化和商業(yè)化產(chǎn)物，由專家系統(tǒng)、知識(shí)密集型的信息系統(tǒng)等發(fā)展而成，它運(yùn)用知識(shí)輔助人們進(jìn)行問題求解。簡(jiǎn)單說，可以將知識(shí)系統(tǒng)理解為能夠自動(dòng)運(yùn)用知識(shí)解決問題的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

因此，所謂本體知識(shí)系統(tǒng)(Ontology-based Knowledge Systems)，首先是一種知識(shí)系統(tǒng)，并且其中的知識(shí)是用本體描述的; 即利用本體對(duì)知識(shí)進(jìn)行表達(dá)、組織和再組織，并深入地運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行問題求解的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

本體知識(shí)系統(tǒng)的作用

那么，為什么要構(gòu)建本體知識(shí)系統(tǒng)呢？或者說，本體知識(shí)系統(tǒng)有什么作用呢？這還得從本體的作用以及知識(shí)系統(tǒng)的作用說起。

在特定的領(lǐng)域或組織中，擁有不同背景、持不同觀點(diǎn)和目的的人員之間，需要一個(gè)統(tǒng)一的框架或是規(guī)范模型來表示領(lǐng)域或組織相關(guān)的知識(shí)，以減少概念或術(shù)語(yǔ)上的歧義，使人與人之間的理解和交流成為可能，并保持語(yǔ)義上的一致性，從而達(dá)到知識(shí)的共享。這一統(tǒng)一的框架或規(guī)范模型即本體，它可以有效地進(jìn)行知識(shí)表達(dá)、知識(shí)查詢，或不同領(lǐng)域知識(shí)的語(yǔ)義消解。此外，這些共享的知識(shí)，其最終目的還是應(yīng)用于解決問題，并且我們希望，即使在沒有領(lǐng)域?qū)＜业那闆r下，計(jì)算機(jī)也能夠自動(dòng)地反復(fù)運(yùn)用相關(guān)的領(lǐng)域知識(shí)解決各種實(shí)際的問題，即通過知識(shí)重用提高問題求解的質(zhì)量和效率。實(shí)現(xiàn)這類知識(shí)重用的系統(tǒng)即基于知識(shí)的系統(tǒng)，它通過知識(shí)表示和基于知識(shí)的推理技術(shù)自動(dòng)化地運(yùn)用知識(shí)輔助人們進(jìn)行問題求解。

系統(tǒng)框架

本體知識(shí)系統(tǒng)一般要求有支持本體的多種表示語(yǔ)言和存儲(chǔ)形式，且滿足以下基本功能: 本體知識(shí)獲取，即如何獲得用本體描述的領(lǐng)域知識(shí); 本體知識(shí)管理，即對(duì)系統(tǒng)中的不同本體或本體的不同版本進(jìn)行管理; 本體知識(shí)服務(wù)，即提供面向應(yīng)用的語(yǔ)義級(jí)知識(shí)服務(wù)。

附圖給出了一種本體知識(shí)系統(tǒng)框架。其中，本體知識(shí)獲取的主要功能包括Web語(yǔ)料的獲取、文檔分析、本體學(xué)習(xí)、專家交互環(huán)境，最終建立滿足應(yīng)用需求的高質(zhì)量領(lǐng)域本體。本體知識(shí)管理提供對(duì)已有本體的管理和修改編輯，包括本體映射、一致性檢測(cè)、本體版本管理等。本體知識(shí)服務(wù)的主要功能包括基于本體的推理，以及服務(wù)發(fā)現(xiàn)、匹配和組合，實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的語(yǔ)義級(jí)知識(shí)服務(wù)。

關(guān)鍵技術(shù)

●  本體描述語(yǔ)言

本體描述語(yǔ)言是本體知識(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，定義了系統(tǒng)中知識(shí)表示的語(yǔ)言規(guī)范; 它不僅要具有豐富而直觀的表達(dá)能力，而且用它表示的本體要能方便地被計(jì)算機(jī)理解、處理和應(yīng)用。2004年2月10日，萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟正式發(fā)布了支持語(yǔ)義網(wǎng)的兩個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):資源描述語(yǔ)言（RDF）和Web本體語(yǔ)言（OWL），即對(duì)信息資源進(jìn)行語(yǔ)義描述的語(yǔ)言規(guī)范。其中，OWL是目前本體的標(biāo)準(zhǔn)描述語(yǔ)言，它建立在RDF基礎(chǔ)上，以XML為書寫工具，主要用來表達(dá)需要計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序來處理文件中的知識(shí)信息。

●  本體構(gòu)建

本體構(gòu)建是本體知識(shí)獲取的核心，即從某個(gè)領(lǐng)域中抽取知識(shí)，形成描述該領(lǐng)域數(shù)據(jù)的語(yǔ)義概念、實(shí)例和其間的關(guān)系。最常見的本體構(gòu)建方法大多采用手工方式。目前，越來越的研究開始嘗試在本體構(gòu)建中采用半自動(dòng)化的機(jī)制，即由計(jì)算機(jī)通過本體學(xué)習(xí)給出領(lǐng)域本體的雛形，輔助知識(shí)工程師快捷高效地生成本體。

●  本體映射

本體映射，也稱做本體匹配，在本體知識(shí)管理和本體知識(shí)服務(wù)中都起到至關(guān)重要的作用。通過本體映射，可以在多個(gè)本體之間找到語(yǔ)義相同或相似的對(duì)應(yīng)元素，從而在多個(gè)本體之間建立語(yǔ)義聯(lián)系，消除不同本體或本體不同版本之間知識(shí)表達(dá)時(shí)的不一致現(xiàn)象，進(jìn)而達(dá)到真正意義上的知識(shí)共享。

●  本體演化

在本體知識(shí)系統(tǒng)中，本體知識(shí)不是一成不變的; 尤其是在科技發(fā)展日新月異的今天，本體要能具備面對(duì)不斷產(chǎn)生的變化的適應(yīng)能力，或者說要與時(shí)俱進(jìn)。本體演化的需求主要包括: (1) 解決本體變化的問題，并確保底層本體和所有相關(guān)本體的一致性; (2) 能讓用戶方便地監(jiān)控和管理變化; (3) 由于相同的本體可能由不同的用戶分別修改，因此需要經(jīng)常將同一本體的不同版本再次集成; (4) 應(yīng)能向用戶提供反復(fù)本體精化的建議。

鏈接

典型的本體知識(shí)系統(tǒng)

●  Protégé

美國(guó)斯坦福大學(xué)開發(fā)的Protégé是一個(gè)基于Java的免費(fèi)開源平臺(tái)，其核心是本體編輯器。它采用的可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)使得它非常容易添加和整合新的功能，這些新功能以插件（Plug-In）方式加入系統(tǒng)。利用Protégé及其插件，可以方便地構(gòu)建本體知識(shí)系統(tǒng)。

●  KAON

德國(guó)Karlsruhe大學(xué)開發(fā)的本體開發(fā)套件是一個(gè)面向語(yǔ)義驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)處理流程的開放源碼本體知識(shí)管理架構(gòu)，它提供了一個(gè)完整的實(shí)現(xiàn)，可以幫助領(lǐng)域工程師較為容易地對(duì)本體進(jìn)行管理和應(yīng)用。其最大特色是具有較高的效率和能支持本體的大規(guī)模應(yīng)用。

●  KMSphere

中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所智能科學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制的知識(shí)管理系統(tǒng)KMSphere可以輔助用戶創(chuàng)建、管理領(lǐng)域本體，并提供通用的知識(shí)查詢語(yǔ)言和知識(shí)服務(wù)機(jī)制支持面向應(yīng)用的語(yǔ)義級(jí)知識(shí)服務(wù)。KMSphere的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

●  Cyc系統(tǒng)

Cyc系統(tǒng)是美國(guó)微電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)有限公司（MCC）研制的大規(guī)模本體知識(shí)系統(tǒng)，其目標(biāo)是開發(fā)本體，進(jìn)行常識(shí)推理。Cyc系統(tǒng)中本體按照模塊組織，稱為微理論。每個(gè)微理論包括某一特定領(lǐng)域知識(shí)和推理所需的概念，某一領(lǐng)域本體可能包括多個(gè)微理論，以反應(yīng)該領(lǐng)域建模的不同側(cè)面和前提。(CCW-2007年11月26日第45期 B14)