旅游個性化推薦本體知識庫的構(gòu)建方法研究

引言：本文就構(gòu)建旅游個性化推薦知識庫的方法進(jìn)行了討論和研究，分析了為什么選用基于本體方法來構(gòu)建旅游個性化推薦知識庫。介紹了以本體為基礎(chǔ)的旅游個性化推薦知識庫的構(gòu)建及本體的構(gòu)建原則，重點(diǎn)介紹了采用骨架法構(gòu)建旅游資源本體知識庫的具體構(gòu)建方法及步驟。另外，對OWL語言進(jìn)行了簡要的介紹和舉例。

當(dāng)旅游市場發(fā)展到一個相對完善的水平時，旅游者對自己的旅游方式以及消費(fèi)觀念就會提出更高的要求，這就表現(xiàn)在旅游過程中所追求的自由，高質(zhì)且量身訂制的個性化專業(yè)服務(wù)。

旅游是—個集吃、住、行、娛、游、購六大要素為一體的—個綜合性產(chǎn)業(yè)，一次旅游活動涉及到眾多的旅游資源和服務(wù)設(shè)施，而旅游信息又有著豐富的空間和時間的內(nèi)涵，再加上旅游過程是—個受自然、人為等多種因素制約的復(fù)雜過程。如何組織并安排好各相關(guān)的服務(wù)設(shè)施和旅游資源，協(xié)調(diào)好各種旅游服務(wù)產(chǎn)業(yè)提供的各項(xiàng)服務(wù)。并根據(jù)客戶的需要進(jìn)行服務(wù)流程的描述，進(jìn)行功能、行為、策略和推理過程?，F(xiàn)在較為成熟的推薦方法也有很多，下表列出了幾種推薦方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較：

通過對上表的分析可以看出，基于知識庫的推薦更適合完成我們所提出的個性化旅游推薦這一點(diǎn)。它是建立在用戶需求和偏好基礎(chǔ)上推薦的，因?yàn)樵谥R庫中，景區(qū)的各項(xiàng)屬性都與用戶的需求有了相應(yīng)的聯(lián)系，也就是所形成的知識。因此在獲得用戶的需求后，就能夠快捷準(zhǔn)確的從知識庫中獲得所需要的景區(qū)信息，并推它不需要用戶資料等信息，只需構(gòu)建旅游資源的知識庫，就可以與用戶產(chǎn)生互動，將用戶的需求映射到景區(qū)的潛在屬性上，完成對旅游項(xiàng)目的選擇。

傳統(tǒng)的旅游信息系統(tǒng)（TIS）一般是建立在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)上的，歐洲的一些國家曾有過許多成功的例子，比較著名的有瑞士阿彭策爾信息系統(tǒng)、奧地利蒂羅爾信息系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的是數(shù)據(jù)，而知識庫系統(tǒng)管理的是知識。[1]

二、知識庫的構(gòu)建方法

關(guān)于“知識”這一概念，還沒有一個準(zhǔn)確的定義，它被理解為“通過學(xué)習(xí)或經(jīng)歷所得到的理解和認(rèn)識”或理解為“所發(fā)現(xiàn)、理解或?qū)W到的東西的總和”。消息應(yīng)該被理解成對可用數(shù)據(jù)釋義的敘述。數(shù)據(jù)則應(yīng)該理解為：“附有數(shù)據(jù)的標(biāo)記”。所以，知識是一個三元組的一部分。這個三元組是：數(shù)據(jù)、信息、知識。[2]

從計算機(jī)科學(xué)的角度來說，知識是信息經(jīng)過分析和處理后得到的結(jié)果，在這一過程中數(shù)據(jù)經(jīng)分析、比較、綜合，最后結(jié)合成為有意義的資源---知識。這一過程如下圖2.1所示：

目前有很多知識庫的構(gòu)建方法：基于模型的知識構(gòu)建技術(shù)、基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的知識庫構(gòu)建方法；基于知識管理的知識庫建立；面向隱喻計算的實(shí)體概念知識庫構(gòu)建方法等；基于本體的知識庫構(gòu)建。[3]

其中，基于模型的知識構(gòu)建技術(shù)是以模型為核心來組織、管理、共享和應(yīng)用知識的體系，依據(jù)知識復(fù)用的原則，建立了基于模板與模型的知識復(fù)用技術(shù)；基于知識管理的知識庫，它是以知識元挖掘?yàn)榛A(chǔ)，通過揭示知識元之間的語義邏輯鏈接來構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)體系；面向隱喻計算的實(shí)體概念知識庫構(gòu)建方法是利用屬性是屬性值與實(shí)體概念的中間橋梁這一思路來構(gòu)建實(shí)體概念知識庫的，其中涉及實(shí)體概念屬性值的抽取與實(shí)體概念庫的選擇以，最后由屬性的判定構(gòu)建了實(shí)體概念知識庫；基于本體的知識庫構(gòu)建是基于本體為知識庫的建立提供了基本的結(jié)構(gòu)，本體提供了一套概念及術(shù)語來對某一領(lǐng)域進(jìn)行描述。知識庫就是利用這些術(shù)語來表達(dá)虛擬或現(xiàn)實(shí)世界中的知識。[4]

下面，本文就基于本體的旅游個性化推薦知識庫的構(gòu)建方法進(jìn)行具體討論。

三、基于本體的構(gòu)建方法

知識庫的構(gòu)建是為知識共享提供基礎(chǔ)，也是關(guān)系到知識管理系統(tǒng)是否能平穩(wěn)、有效運(yùn)行的關(guān)鍵。知識庫其實(shí)是一種對領(lǐng)域信息的模型化表示，利用本體來構(gòu)建知識庫已經(jīng)成為當(dāng)前知識庫構(gòu)建研究的熱點(diǎn)。本體是關(guān)系和概念的集合，是對領(lǐng)域知識概念的抽象和描述。利用本體我們可以在數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件來共享、重用領(lǐng)域知識。[5] 本體在知識庫系統(tǒng)的開發(fā)中較多應(yīng)用于開發(fā)領(lǐng)域模型，就比如本文所研究的旅游資源領(lǐng)域。下圖3.1描述了本體與知識庫之間的關(guān)系。

（一）基于骨架法的本體構(gòu)造

本體構(gòu)造的方法有很多種，這里本文討論研究骨架法。骨架法的過程為：（1）確定本體的應(yīng)用范圍和目的；（2）知識本體的分析；（3）本體的表示；（4）本體的評估；（5）本體的建立。[6]骨架法流程如下圖3.2所示：

（二）旅游資源領(lǐng)域本體分析

設(shè)計一個有效的知識表示系統(tǒng)以及對應(yīng)的詞匯表，要對該領(lǐng)域進(jìn)行有效的本體分析，如果本體分析沒做到位，則會導(dǎo)致知識庫的不一致。[7]

在對旅游領(lǐng)域本體所涉及概念范圍、概念關(guān)系、概念屬性等進(jìn)行分析后，得到旅游推薦所涉及到的主要事物包括：景點(diǎn)、地區(qū)、旅游路線、交通信息、酒店住宿、民風(fēng)民俗、天氣狀況、餐飲等。對旅游本體庫描述如下圖3.3所示：圖3.3 旅游本體庫分析

（三）本體的描述

本體描述語言有RDF Schema（8Dr2S）和RDF、DAML、OIL、OWL等。本文采用OWL對旅游本體進(jìn)行描述。OWL的全稱是Web Ontology Language，是語義互聯(lián)網(wǎng)中本體描述語言的標(biāo)準(zhǔn)。OWL采用的是面向?qū)ο蟮姆绞絹韺︻I(lǐng)域知識進(jìn)行描述，即使用類以及屬性來對對象進(jìn)行描述，并使用公理來對這些類及屬性的特征和關(guān)系進(jìn)行描述。[8]與其它語言相對比，OWL增加了更多用來描述屬性及類的詞匯，如類之問的不等價性、基數(shù)和相交性，擁有更為豐富的屬性特征（如對稱性）、屬性類型和枚舉類。OWL還有3個表達(dá)能力遞增的子語言：OWL Lite、OWL DL以及OWL Full，可以滿足不同用戶要求。

以下舉例說明OWL在旅游資源本體構(gòu)建中的一些實(shí)際應(yīng)用：

例如在本體的定義中可以將同級別的幾個詞匯定義成不同的類，這就可以使用不相交類來進(jìn)行定義：owl：disjiointWith，如下段的OWL定義的類就是不相交類：

在建立類屬性的時候，我們還會定義屬性的一些約束，如下面的OWL語言片段，allValuesFrom屬性約束，就描述的是酒店星級都包含在酒店星級這一類中。

（四）本體的評估

在建立了基于本體的旅游信息知識庫后，需要對該本體進(jìn)行評估。本體的評估指根據(jù)能力問題及需求描述等對本體及相關(guān)文檔、軟件環(huán)境進(jìn)行評價。這些評價因素需要包括詳細(xì)的文本需求規(guī)則和本體所具有的功能以及在實(shí)際應(yīng)用中對于知識的推理和檢查能力。由于旅游本體是建立在傳統(tǒng)旅游信息數(shù)據(jù)庫上的，在咨詢領(lǐng)域?qū)＜乙约皡⒖紘鴥?nèi)外的開發(fā)案例后，可以進(jìn)一步的保證旅游信息系統(tǒng)所包含多個領(lǐng)域數(shù)據(jù)的有效性的和完備性。[9]

（五）本體知識庫的建立

將本體引入知識庫的知識建模，建立起領(lǐng)域本體知識庫，知識庫的構(gòu)建涉及知識的表示、推理、傳遞以及獲取。將本體引入知識庫系統(tǒng)中，可以采用概念或術(shù)語來對知識進(jìn)行表示，并能揭示這些知識之間所存在的內(nèi)在聯(lián)系。

下圖3.4就是基于本體的知識庫架構(gòu)：

其中，表示層是語義web瀏覽器，提供接口用于用戶瀏覽和交互。用戶通過瀏覽器或者其他途徑訪問系統(tǒng)，用戶界面接收并查詢請求，將服務(wù)端所檢索到的結(jié)果反饋給用戶。值得注意的是，雖然本體被我們引入了系統(tǒng)中，但本體在表示層中是對用戶屏蔽的。

數(shù)據(jù)層包括三個庫：資源數(shù)據(jù)庫、本體庫和資源描述庫。數(shù)據(jù)層是知識庫的存儲介質(zhì)，由它創(chuàng)建和提取出結(jié)構(gòu)化的知識本體，知識檢索的直接來源就是數(shù)據(jù)層。[10]

應(yīng)用邏輯層用以完成對知識的檢索。應(yīng)用邏輯層由查詢組件、推理引擎、信息獲取組件、語義分析組件、和本體管理組件這五個部分構(gòu)成。由于旅游本體數(shù)據(jù)庫中還包含了多個領(lǐng)域的知識，為了讓用戶能夠得到供豐富完善、智能友好的旅游個性化推薦服務(wù)，對旅游資源信息進(jìn)行語義查詢時還需要利用推理機(jī)來實(shí)現(xiàn)此功能。其中，旅游資源本體公理可以用一階謂詞來表示。“A：（類）”表示A是一個類變量，A的表示是類中的一個實(shí)例；使用“A.S”表示A的槽S的值。S（A，B）表示A的槽S取值為B。要使本體知識庫中數(shù)據(jù)一致，還需要構(gòu)造公理庫。

如定義以下公理：

公理1：

所有A：酒店，存在B：交通路線[HasRoute （A，B）]

公理2：

所有A：交通路線，所有B：酒店[HasRoute（A，B）-connctHotel（A，B）]

將建立好的公理庫放入推理機(jī)中，在建立好的旅游資源本體知識庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理，這樣可以根據(jù)用戶的要求更為方便準(zhǔn)確地推理查詢出用戶所期望的個性化旅游資源信息。

四、結(jié)束語

本文闡述了根據(jù)骨架方法構(gòu)造旅游領(lǐng)域本體的原則和步驟。對基于本體的知識庫系統(tǒng)和描述邏輯做了研究和探索工作。

由于知識庫系統(tǒng)及本體論本身的內(nèi)容的廣泛性及其復(fù)雜性，仍然有很多問題有待進(jìn)一步深入探討和研究。特別是對旅游資源本體的研究、描述、構(gòu)建以及發(fā)展等內(nèi)容。本人將在后續(xù)的研究過程中繼續(xù)鉆研，力爭取得更多更好的成果。

參考文獻(xiàn)

[1]本體知識庫的構(gòu)建與進(jìn)化方法研究[D].山東：中國海洋大學(xué)，2008.

[2]張鑫.基于知識管理的知識庫構(gòu)建[D].黑龍江：黑龍江大學(xué)，2009王璀民.

[3]馮欣.本體在旅游信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2008.

[4]郭小芳，劉愛軍.知識獲取方法及實(shí)現(xiàn)技術(shù)[J].山西師范大學(xué)學(xué)報.2007，6（1）：33～55.

[5]郭慶磊.基于本體的流程知識庫研究與設(shè)計[D].山東：山東大學(xué)，2009.

[6]Paul C.jorgensen（美國）.譯者：韓柯，杜旭濤等.軟件測試[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2008.159 ～187.

[7]陳銘，王英林.基于本體按需知識管理系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[M].2006，23（1）：236-240.

[8]張建華，劉仲英.當(dāng)前知識管理系統(tǒng)模型與對策分析[M].[J].2004，23（1）：73-77.

[9]Maedche，Alexander，Motik，Boris，Stojanovic，Ljiljana，Studer，Rudi；Volz，Raphael.Ontologiesforenterpriseknowledgemanagement.IEEEIntelligentSystems[J]，2003（18/2）：26-33.

[10] Gruninger M.and Fox.M.S.Methodology for the Design and Evaluation of Ontologies，Workshop on Basic Ontological Issues in Knowledge Sharing[J].IJCAI-95，Montreal，1995：121-128.

（作者單位：貴州財經(jīng)大學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)部）

作者簡介：李小天（1987-），女，貴州貴陽人，碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫技術(shù)與軟件工程。

基金項(xiàng)目：貴州省2008年省級信息化專項(xiàng)基金項(xiàng)目（0830）。