基于本體的知識(shí)庫(kù)個(gè)性化檢索方法研究

楊濤　彭如香　李營(yíng)那

摘要：在使用本體技術(shù)構(gòu)建知識(shí)資源檢索系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中，常會(huì)遇到檢索結(jié)果同檢索者本身實(shí)際情況不符，以及計(jì)算機(jī)難以理解用戶實(shí)際需求的問(wèn)題。為此，我們提出了一種基于本體的知識(shí)庫(kù)個(gè)性化檢索方法，將知識(shí)服務(wù)的本體構(gòu)建、服務(wù)定義的過(guò)程同用戶的個(gè)性化信息有機(jī)結(jié)合起來(lái)，并在服務(wù)執(zhí)行的使用用戶個(gè)性化信息來(lái)優(yōu)化執(zhí)行結(jié)果。實(shí)踐表明，該方法可以比較精確的識(shí)別用戶個(gè)性化需求，簡(jiǎn)化用戶輸入，提升查詢結(jié)果質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 本體； 檢索； 知識(shí)服務(wù)； 個(gè)性化

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）07-1382-05

1 簡(jiǎn)介

知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)作為用戶使用計(jì)算機(jī)來(lái)即時(shí)獲取所需的知識(shí)，其構(gòu)建和使用過(guò)程是計(jì)算機(jī)技術(shù)中的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容，如何有效的構(gòu)建知識(shí)庫(kù)，建立知識(shí)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，并利用這些內(nèi)在的關(guān)聯(lián)和進(jìn)一步的規(guī)則應(yīng)用和知識(shí)推理，讓計(jì)算機(jī)精確的對(duì)知識(shí)進(jìn)行建模，從而提升知識(shí)服務(wù)的質(zhì)量，是很多研究者所進(jìn)行的研究方面[10]。

在這類知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)的使用過(guò)程中，我們遇到的一個(gè)問(wèn)題是檢索結(jié)果同檢索者本身實(shí)際情況不符。用戶在查詢所需知識(shí)時(shí)，經(jīng)常會(huì)省略一些他所認(rèn)為是默認(rèn)事實(shí)的條件，而知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)確不能在用戶的查詢中，識(shí)別出他所省略的條件，這時(shí)，知識(shí)服務(wù)的結(jié)果中就會(huì)包括了大量不符合用戶所需的結(jié)果。另一個(gè)經(jīng)常遇到的問(wèn)題是計(jì)算機(jī)難以理解用戶實(shí)際需求[3]。這個(gè)問(wèn)題主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)無(wú)法精確識(shí)別用戶描述問(wèn)題時(shí)所使用的自然語(yǔ)言，目前大多是通過(guò)分詞后查詢的方式來(lái)處理用戶的查詢條件，由于自然語(yǔ)言本身包括較多的語(yǔ)法、語(yǔ)氣詞匯，傳統(tǒng)知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)在處理查詢條件時(shí)，要不就是按照“或”的方式處理分詞結(jié)果，得到太多的無(wú)用信息，要不就是按照“與”的方式處理，從而查到很少的完全匹配的文章。

為了在不影響用戶使用習(xí)慣的情況下，精確的識(shí)別用戶個(gè)性化需求，簡(jiǎn)化用戶輸入，提升查詢結(jié)果質(zhì)量，我們提出了一種基于本體的知識(shí)庫(kù)個(gè)性化檢索方法，該方法通過(guò)本體定義知識(shí)服務(wù)描述，在系統(tǒng)使用過(guò)程中捕獲用戶個(gè)性化信息，并結(jié)合用戶個(gè)性化信息來(lái)執(zhí)行知識(shí)服務(wù)。

本文剩余結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)是相關(guān)研究，分析基于本體的知識(shí)服務(wù)方法及其所存在的問(wèn)題。第3節(jié)給出了基于本體的知識(shí)庫(kù)構(gòu)建過(guò)程和相對(duì)應(yīng)的個(gè)性化檢索方法。第4節(jié)中介紹了基于此方法的原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及基于原型系統(tǒng)的實(shí)踐和結(jié)果分析。文章最后部分是總結(jié)，提出了方法存在的問(wèn)題和將來(lái)的研究方向。

2 相關(guān)研究

2.1 基于本體的知識(shí)服務(wù)

在知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)中，本體（Ontology）往往作為知識(shí)基礎(chǔ)存在，是對(duì)特定領(lǐng)域的顯示概念化，并提供了對(duì)該領(lǐng)域普遍和共享的知識(shí)理解[1]。使用本體構(gòu)建知識(shí)服務(wù)時(shí)，首要的工作是要確定本體描述語(yǔ)言，目前應(yīng)用最廣泛的是由W3C規(guī)定的OWL語(yǔ)言。

確定好使用OWL來(lái)描述和構(gòu)建知識(shí)服務(wù)的領(lǐng)域本體后，知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)還需要大量的文本、網(wǎng)頁(yè)、圖片、音視頻信息等資源來(lái)將知識(shí)可視化的展示給用戶。在知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)中，本體和資源的關(guān)聯(lián)是通過(guò)本體標(biāo)注來(lái)完成。本體標(biāo)注就是用本體中的概念或概念片段，關(guān)聯(lián)到具體資源上，當(dāng)確定用戶所需要的知識(shí)包含某本體時(shí)，就可以通過(guò)本體標(biāo)注，查找到與其相關(guān)聯(lián)的資源，并將這些資源展示給客戶。

目前的基于本體的知識(shí)系統(tǒng)研究中，大多數(shù)都是使用這種基于本體的方法來(lái)進(jìn)行知識(shí)和資源的檢索[8]，但這種方法的存在檢索結(jié)果同檢索者本身實(shí)際情況不符，以及計(jì)算機(jī)難以理解用戶實(shí)際需求的問(wèn)題。

2.2 個(gè)性化檢索

個(gè)性化檢索是一種基于用戶的信息使用偏好及用戶特定的需求，來(lái)向用戶提供滿足其需求的信息內(nèi)容和系統(tǒng)功能的服務(wù)[2]。

個(gè)性化檢索主要應(yīng)用于三個(gè)領(lǐng)域。一是在網(wǎng)頁(yè)瀏覽中的應(yīng)用[11]，網(wǎng)站提供者通過(guò)記錄用戶的瀏覽歷史，對(duì)這些瀏覽歷史使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)[7]，來(lái)向用戶推薦他們可能感興趣的網(wǎng)頁(yè)。二是在在線學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的應(yīng)用[4]，在學(xué)習(xí)過(guò)程中精確的記錄每個(gè)人已掌握的和尚未掌握的知識(shí)，動(dòng)態(tài)生成和調(diào)整用戶的學(xué)習(xí)方案。三是在圖書館領(lǐng)域中的應(yīng)用[5]，圖書館借閱系統(tǒng)通過(guò)用戶的借閱歷史，可以分析用戶的借閱興趣，來(lái)用戶推薦符合其興趣的書籍。

同常規(guī)的個(gè)性化信息收集方式需要記錄大量瀏覽歷史，匹配速度相對(duì)較慢相比，利用本體知識(shí)來(lái)簡(jiǎn)化資源瀏覽歷史，并利用本體優(yōu)化個(gè)性化信息的匹配過(guò)程，大大降低個(gè)性化信息匹配的難度和檢索速度[6]。

3 基于本體的知識(shí)庫(kù)個(gè)性化檢索方法

3.1 知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)組成

基于本體的知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)是由領(lǐng)域模型、用戶模型和個(gè)性化信息組成。領(lǐng)域模型是整個(gè)基于本體的知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過(guò)不斷調(diào)整和優(yōu)化模型，并結(jié)合用戶個(gè)性化信息所需的知識(shí)結(jié)構(gòu)，我們可以得到整個(gè)系統(tǒng)的領(lǐng)域模型。用戶模型則是在領(lǐng)域模型的基礎(chǔ)上，抽象出來(lái)用于刻畫用戶個(gè)性化需求的本體模型，用于對(duì)具體用戶個(gè)性化信息的存儲(chǔ)和使用。

具體用戶個(gè)性化信息包括3部分內(nèi)容，如圖1所示。首先系統(tǒng)可以自動(dòng)獲取到的用戶的時(shí)間、地域、使用環(huán)境屬性。其次是用戶操作系統(tǒng)的歷史記錄，主要包括用戶的檢索歷史和訪問(wèn)歷史。最后是用戶通過(guò)訂閱所實(shí)現(xiàn)的知識(shí)偏好定制信息，該部分主要包括在本系統(tǒng)中，用戶所關(guān)心的主要問(wèn)題，如土壤特征，產(chǎn)量特征等。

在確定了領(lǐng)域模型和用戶模型后，我們就可以通過(guò)獲取用戶個(gè)性化信息來(lái)填充用戶模型，再通過(guò)基于用戶特征的個(gè)性化檢索方法，優(yōu)化用戶使用知識(shí)服務(wù)的體驗(yàn)和準(zhǔn)確性。

3.2 知識(shí)服務(wù)的定義和使用

3.2.1 知識(shí)服務(wù)定義

具體知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建的第一步是創(chuàng)建知識(shí)服務(wù)。我們定義一個(gè)知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)是由如下四部分組成：

概念集合：指知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)所涉及到的領(lǐng)域中知識(shí)的描述。

關(guān)系集合：指知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)中所有知識(shí)之間的內(nèi)部關(guān)系。

概念配置關(guān)系：指知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)中的所有概念和關(guān)系，在特定的個(gè)性化條件下的可用性。

具體知識(shí)服務(wù)：描述具體的知識(shí)服務(wù)場(chǎng)景，包括若干概念和關(guān)系，以及使用該知識(shí)服務(wù)的前置條件和后置條件。

在沒(méi)有使用個(gè)性化特征輔助進(jìn)行檢索的情況下，對(duì)用戶輸入比較簡(jiǎn)略的問(wèn)題，結(jié)果數(shù)量較多，其主要原因是用戶開(kāi)始的查詢中對(duì)他所了解的一些默認(rèn)的信息沒(méi)有完整的輸入。在用戶不斷將其所需的問(wèn)題和條件細(xì)化后，查詢結(jié)果的質(zhì)量會(huì)逐步變得精確。而在有個(gè)性化信息輔助的環(huán)境下，即時(shí)用戶輸入信息不夠完整，其查詢結(jié)果質(zhì)量相對(duì)沒(méi)用使用個(gè)性化特征的情況下，有較大幅度的提升。

通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)我們看到，通過(guò)使用基于個(gè)性化特征的知識(shí)服務(wù)，將知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)同具體的用戶特征進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，在無(wú)需用戶刻意輸入所有需求條件的情況下，能取得比常規(guī)查詢更好的結(jié)果。

5 問(wèn)題和未來(lái)研究

本文針對(duì)目前知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了一個(gè)基于本體的知識(shí)庫(kù)個(gè)性化檢索的方法，通過(guò)本體定義知識(shí)服務(wù)描述，在系統(tǒng)使用過(guò)程中捕獲用戶個(gè)性化信息，并結(jié)合用戶個(gè)性化信息來(lái)執(zhí)行知識(shí)服務(wù)。作者還完成了一套使用該方法的原型系統(tǒng)，實(shí)踐表明在知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)中使用本方法，可以降低用戶描述用戶問(wèn)題的難度，增強(qiáng)系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)。

我們今后將在如下兩個(gè)方面對(duì)本方法開(kāi)著進(jìn)一步研究。

1）利用腳本技術(shù)，簡(jiǎn)化知識(shí)服務(wù)的創(chuàng)建過(guò)程。

2）增強(qiáng)用戶交互能力，根據(jù)用戶知識(shí)選擇結(jié)果對(duì)知識(shí)服務(wù)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

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概念配置關(guān)系：指知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)中的所有概念和關(guān)系，在特定的個(gè)性化條件下的可用性。

具體知識(shí)服務(wù)：描述具體的知識(shí)服務(wù)場(chǎng)景，包括若干概念和關(guān)系，以及使用該知識(shí)服務(wù)的前置條件和后置條件。

在沒(méi)有使用個(gè)性化特征輔助進(jìn)行檢索的情況下，對(duì)用戶輸入比較簡(jiǎn)略的問(wèn)題，結(jié)果數(shù)量較多，其主要原因是用戶開(kāi)始的查詢中對(duì)他所了解的一些默認(rèn)的信息沒(méi)有完整的輸入。在用戶不斷將其所需的問(wèn)題和條件細(xì)化后，查詢結(jié)果的質(zhì)量會(huì)逐步變得精確。而在有個(gè)性化信息輔助的環(huán)境下，即時(shí)用戶輸入信息不夠完整，其查詢結(jié)果質(zhì)量相對(duì)沒(méi)用使用個(gè)性化特征的情況下，有較大幅度的提升。

通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)我們看到，通過(guò)使用基于個(gè)性化特征的知識(shí)服務(wù)，將知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)同具體的用戶特征進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，在無(wú)需用戶刻意輸入所有需求條件的情況下，能取得比常規(guī)查詢更好的結(jié)果。

5 問(wèn)題和未來(lái)研究

本文針對(duì)目前知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了一個(gè)基于本體的知識(shí)庫(kù)個(gè)性化檢索的方法，通過(guò)本體定義知識(shí)服務(wù)描述，在系統(tǒng)使用過(guò)程中捕獲用戶個(gè)性化信息，并結(jié)合用戶個(gè)性化信息來(lái)執(zhí)行知識(shí)服務(wù)。作者還完成了一套使用該方法的原型系統(tǒng)，實(shí)踐表明在知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)中使用本方法，可以降低用戶描述用戶問(wèn)題的難度，增強(qiáng)系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)。

我們今后將在如下兩個(gè)方面對(duì)本方法開(kāi)著進(jìn)一步研究。

1）利用腳本技術(shù)，簡(jiǎn)化知識(shí)服務(wù)的創(chuàng)建過(guò)程。

2）增強(qiáng)用戶交互能力，根據(jù)用戶知識(shí)選擇結(jié)果對(duì)知識(shí)服務(wù)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整。

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概念配置關(guān)系：指知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)中的所有概念和關(guān)系，在特定的個(gè)性化條件下的可用性。

具體知識(shí)服務(wù)：描述具體的知識(shí)服務(wù)場(chǎng)景，包括若干概念和關(guān)系，以及使用該知識(shí)服務(wù)的前置條件和后置條件。

在沒(méi)有使用個(gè)性化特征輔助進(jìn)行檢索的情況下，對(duì)用戶輸入比較簡(jiǎn)略的問(wèn)題，結(jié)果數(shù)量較多，其主要原因是用戶開(kāi)始的查詢中對(duì)他所了解的一些默認(rèn)的信息沒(méi)有完整的輸入。在用戶不斷將其所需的問(wèn)題和條件細(xì)化后，查詢結(jié)果的質(zhì)量會(huì)逐步變得精確。而在有個(gè)性化信息輔助的環(huán)境下，即時(shí)用戶輸入信息不夠完整，其查詢結(jié)果質(zhì)量相對(duì)沒(méi)用使用個(gè)性化特征的情況下，有較大幅度的提升。

通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)我們看到，通過(guò)使用基于個(gè)性化特征的知識(shí)服務(wù)，將知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)同具體的用戶特征進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，在無(wú)需用戶刻意輸入所有需求條件的情況下，能取得比常規(guī)查詢更好的結(jié)果。

5 問(wèn)題和未來(lái)研究

本文針對(duì)目前知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了一個(gè)基于本體的知識(shí)庫(kù)個(gè)性化檢索的方法，通過(guò)本體定義知識(shí)服務(wù)描述，在系統(tǒng)使用過(guò)程中捕獲用戶個(gè)性化信息，并結(jié)合用戶個(gè)性化信息來(lái)執(zhí)行知識(shí)服務(wù)。作者還完成了一套使用該方法的原型系統(tǒng)，實(shí)踐表明在知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)中使用本方法，可以降低用戶描述用戶問(wèn)題的難度，增強(qiáng)系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)。

我們今后將在如下兩個(gè)方面對(duì)本方法開(kāi)著進(jìn)一步研究。

1）利用腳本技術(shù)，簡(jiǎn)化知識(shí)服務(wù)的創(chuàng)建過(guò)程。

2）增強(qiáng)用戶交互能力，根據(jù)用戶知識(shí)選擇結(jié)果對(duì)知識(shí)服務(wù)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整。

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