基于本體知識(shí)庫構(gòu)建方法探討

張守雪　嚴(yán)波　高冬潔

摘 要： 研究利用本體進(jìn)行構(gòu)建某一特定領(lǐng)域的知識(shí)庫，這項(xiàng)技術(shù)被人們廣泛地用于解決異構(gòu)環(huán)境互操作、系統(tǒng)工程，以及通信等領(lǐng)域中的知識(shí)獲取、知識(shí)共享、知識(shí)重用和系統(tǒng)集成等。在已有研究的基礎(chǔ)上，將電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)作為本體，歸納總結(jié)了某一具體領(lǐng)域本體知識(shí)庫的構(gòu)建方法，有助于前期調(diào)研人員更好地搜索準(zhǔn)確有用的資料，也有助于設(shè)計(jì)人員高效并高質(zhì)量地進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)，用途廣闊。

關(guān)鍵詞： 本體； 知識(shí)庫； 構(gòu)建方法； 電動(dòng)工具

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2014）04-45-02

Abstract： Building knowledge base about a certain territory through exploiting ontology is mainly discussed in this paper. The technique is widely used for solving knowledge acquisition， knowledge sharing， knowledge reusing and system integration in the fields such as the interoperability of heterogeneous environment， system engineering and communication engineering. Based on the previous research， taking the electric tool industry design as the body， the construction method of ontology knowledge base in a specific domain is summarized， and helps the researchers search the accurate and useful information and the designers design new products with high quality and efficiency. It has a bright application prospect.

Key words： ontology； knowledge base； construction method； electric tool

0 引言

21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，因此，人們對(duì)知識(shí)庫系統(tǒng)予以深入研究并對(duì)利用本體構(gòu)建知識(shí)庫技術(shù)加以合理應(yīng)用，這是當(dāng)今信息化時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。同時(shí)，構(gòu)建基于本體的知識(shí)庫系統(tǒng)能夠有效地提高知識(shí)的可簡(jiǎn)單獲取性、可互操作性、可共享性、可重用性和可維護(hù)性等等，因此，其本身也同樣有值得深入研究的意義。

1 本體的基本概念

本體是對(duì)某一領(lǐng)域的概念化進(jìn)行描述，它是一個(gè)抽象模型，其著意點(diǎn)在于從抽象的層次對(duì)客觀世界進(jìn)行描述。本體包括概念以及概念之間的關(guān)系兩大基本要素，且其構(gòu)建必須滿足對(duì)目標(biāo)領(lǐng)域進(jìn)行清晰詳細(xì)的描述、對(duì)概念及概念之間關(guān)系作出明確的定義等基本要求，且要符合一般性和綜合性兩大基本原則。

2 在知識(shí)庫中引入Ontology本體以及本體對(duì)知識(shí)庫的作用

⑴ 由于知識(shí)表示是知識(shí)庫最核心的部分，因此，對(duì)于不同類型的知識(shí)范疇，不同知識(shí)表示方法的選用對(duì)該知識(shí)庫知識(shí)處理的過程和結(jié)果均會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

正是基于上述的不同知識(shí)表示方法對(duì)知識(shí)處理造成了很大影響，在知識(shí)工程領(lǐng)域，人們引入了Ontology本體。本體（Ontology）是一種抽象描述世界并且可共享的概念化規(guī)范，體現(xiàn)出的是知識(shí)庫較高層次的一種知識(shí)抽象，并構(gòu)成了給定領(lǐng)域中只表示系統(tǒng)的核心。當(dāng)然，也正是因?yàn)楸倔w（Ontology）是一個(gè)可以共享的概念化抽象規(guī)范，因此，它不可能將異常復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)中的對(duì)象全部把握住，只能依照所給定的領(lǐng)域，對(duì)其部分側(cè)面的抽象內(nèi)容加以刻畫，亦或者在人們所關(guān)心的領(lǐng)域側(cè)面將這些復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)對(duì)象加以限定[1]。

⑵ 知識(shí)庫系統(tǒng)主要依靠對(duì)知識(shí)的表示方法，以及知識(shí)的遞傳手段、推演過程和獲得方式，最終完成并實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的整體檢索，使用戶的需求得到滿足。

縱觀傳統(tǒng)的檢索方法，雖然它們也擁有一定的效率， 然而卻都缺乏一種綜合對(duì)知識(shí)加以表示并進(jìn)行檢索、推理和獲取的手段。而在知識(shí)庫中引入的Ontology本體，卻可以通過概念或者專業(yè)術(shù)語將知識(shí)清晰地表達(dá)出來，并揭示出這些知識(shí)之間相互存在的內(nèi)在關(guān)系?；诒倔w知識(shí)庫系統(tǒng)所建立的知識(shí)，可以通過縱向進(jìn)行屬性歸納和分類，同時(shí)依照對(duì)本體所進(jìn)行的聯(lián)想加以關(guān)聯(lián)和組織，接著，再讓推理機(jī)構(gòu)合理利用這些知識(shí)，對(duì)知識(shí)庫加以總結(jié)推理，最終使得知識(shí)庫能夠滿足用戶檢索的需求[2]。

在知識(shí)庫中引入Ontology本體的作用有：本體能夠清晰地將領(lǐng)域知識(shí)形式化表示出來，并將領(lǐng)域概念以及概念之間的關(guān)系充分明確地加以說明，從而為結(jié)構(gòu)化表示知識(shí)庫提供了一種形式化的手段；本體為知識(shí)庫帶來一種與實(shí)際運(yùn)用互相獨(dú)立的描述方式，因而能夠在不同的知識(shí)庫系統(tǒng)之間重復(fù)應(yīng)用，從而提高知識(shí)的可重用性；由于本體支持操作以及靜態(tài)知識(shí)之間相互分離，從而使得不同領(lǐng)域可以應(yīng)用相同操作方面的知識(shí)；本體使得知識(shí)的共享得到提升，從而讓不同領(lǐng)域的開發(fā)系統(tǒng)和研究系統(tǒng)的人員之間的交流變得更為方便；在對(duì)基于本體論的知識(shí)庫系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)時(shí)，知識(shí)工程師只需對(duì)模型中涵蓋的基本概念、具體事例、相互間的關(guān)系和公式推理等實(shí)體加以詳細(xì)說明，就可以此為基礎(chǔ)建立領(lǐng)域本體，因而操作起來簡(jiǎn)單方便[3]。

3 對(duì)知識(shí)庫中所引入的本體加以定義

對(duì)知識(shí)庫中所引入的本體可以用KO=加以定義。在知識(shí)庫引入的本體定義中，KA（Knowledge Atom）代表知識(shí)原子，是指在整個(gè)知識(shí)模型中知識(shí)表示單元的最小單位，其與知識(shí)論域Ω之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可以表示為：

KA={bi|1?i?n，bi??，bi∈Ω}

其中，bi所代表的是知識(shí)論域Ω中的知識(shí)原子KA。

在知識(shí)庫引入的本體定義中，Rela即Relation，代表的是知識(shí)原子KA之間和由知識(shí)原子KA所構(gòu)成的知識(shí)實(shí)體之間，存在的相互聯(lián)系、相互作用、相互影響的集合，可以表示為：

Rela={rij（bi，bj）rkl（mk，ml）|1?i，j，k，l?n，rij，rkl??}

其中，m代表的是由知識(shí)原子bi所構(gòu)成的知識(shí)實(shí)體，可以表示為：

m={∑bibj∏bibj|1?i，j?n；bi，bj∈Ω}

其中，（rkl，bk，bl）代表的是知識(shí)實(shí)體之間的關(guān)系；（rij，bi，bj）代表的是知識(shí)原子之間的關(guān)系。

在知識(shí)庫引入的本體定義中，Rule指的是由知識(shí)原子之間或知識(shí)實(shí)體之間的關(guān)系組合之后所生成的一些操作集或規(guī)則[4]。

4 基于本體對(duì)電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)庫構(gòu)建方法

伴隨現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展和人們生活水平的不斷改善，電動(dòng)工具已經(jīng)越來越成為一種居家常用的基本工具。為了滿足各類用戶的需求，愈演愈烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)逐漸使得電動(dòng)工具在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中日益成熟起來。

正是基于電動(dòng)工具的普遍化和設(shè)計(jì)的多樣化，這里將電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)作為本體，引入其工業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)庫構(gòu)建方法。

首先，要獲取電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的有關(guān)知識(shí)實(shí)體并建立相關(guān)的電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)鏈。同時(shí)，根據(jù)電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)的概念以及概念之間的關(guān)系語義把相關(guān)電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)進(jìn)行層次化。

然后，利用中間表達(dá)集合將所建立的電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)鏈加以概念化，其中中間表達(dá)集合要采用類定義電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的知識(shí)實(shí)體及其相關(guān)的屬性，并詳細(xì)描繪敘述，使電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)本體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化。

該中間表達(dá)集合包含三個(gè)階段。第一，建立電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的信息匯聚詞典。該信息匯聚詞典要將電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)的概念以及概念的特性、具體示例以及相關(guān)的特性數(shù)值等全部包括進(jìn)去。第二，建立電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)的概念類。該階段是將電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)的概念加以封裝，使之成為類。第三，對(duì)電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)概念封裝后所成為的類包含的類的屬性加以詳細(xì)描述。

接著，是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的概念模型。最后，對(duì)電動(dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)的本體加以評(píng)估[5]。

5 結(jié)束語

作為當(dāng)前知識(shí)工程領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)內(nèi)容，應(yīng)用Ontology本體能夠?qū)㈦妱?dòng)工具工業(yè)設(shè)計(jì)的各種處理方法和領(lǐng)域知識(shí)之間的內(nèi)在關(guān)系清晰且形式化地表現(xiàn)出來，使得領(lǐng)域知識(shí)可以被多人共享和重復(fù)利用，同時(shí)還讓知識(shí)的檢索變得更加方便簡(jiǎn)捷，有助于新產(chǎn)品高效高質(zhì)量的研發(fā)。目前在資料收集和相關(guān)知識(shí)的準(zhǔn)確性的判定上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，錄入較為困難，需要不斷地改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 趙秀栩，白曉麗.基于本體的FMEA知識(shí)庫的構(gòu)建方法研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（信息與管理工程版），2009.1：22-23

[3] 袁磊，張浩，陳靜，陸劍峰.基于本體化知識(shí)模型的知識(shí)庫構(gòu)建模式研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2006.30：25-27

[4] 李海剛，尹萬嶺.面向新產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域知識(shí)表示方法的比較研究[J].科學(xué)學(xué)研究，2009.2：23-24

[5] 于鑫剛，李萬龍.基于本體的知識(shí)庫模型研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2008.6：17-19