語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成研究進(jìn)展

劉小樂(lè)1　馬捷2

（1.天津科技大學(xué)圖書(shū)館，天津300457；2.吉林大學(xué)管理學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130025）

語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成研究進(jìn)展

劉小樂(lè)1馬捷2

（1.天津科技大學(xué)圖書(shū)館，天津300457；2.吉林大學(xué)管理學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130025）

〔摘要〕本文以Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)來(lái)源，利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，從文獻(xiàn)資源的著者、學(xué)科以及國(guó)家和地區(qū)分布等方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探討語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成研究進(jìn)展。同時(shí)利用CiteSpace3.7.R8可視化軟件對(duì)文獻(xiàn)的引文和關(guān)鍵詞進(jìn)行可視化分析，發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)和經(jīng)典文獻(xiàn)，為進(jìn)一步的研究提供借鑒。

〔關(guān)鍵詞〕本體；知識(shí)集成；語(yǔ)義網(wǎng)；關(guān)鍵詞共現(xiàn)；文獻(xiàn)共引 與共現(xiàn)知識(shí)圖譜繪制步驟類似，利用CiteS-pace3.7.R8軟件設(shè)置相關(guān)參數(shù)，在選擇Node Types（節(jié)點(diǎn)類型）時(shí)選擇Cited Reference（文獻(xiàn)共被引分析）。運(yùn)行程序，獲得文獻(xiàn)共被引頻次表（如表3所示）和文獻(xiàn)共被引知識(shí)圖譜（如圖2所示）。在圖中結(jié)點(diǎn)代表參考文獻(xiàn)，結(jié)點(diǎn)的大小能夠反映文獻(xiàn)被引頻次的高低程度，結(jié)點(diǎn)間連線表示文獻(xiàn)存在共被引的關(guān)系，結(jié)點(diǎn)間的連線越粗代表文獻(xiàn)共被引程度越高。通過(guò)文獻(xiàn)共被引分析，可以分析在這一學(xué)科領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)。

語(yǔ)義網(wǎng)是萬(wàn)維網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，在語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下，計(jì)算機(jī)通過(guò)語(yǔ)義化的信息標(biāo)注對(duì)知識(shí)進(jìn)行智能表達(dá)、自動(dòng)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的語(yǔ)義理解。本體是概念化形式化的說(shuō)明，通過(guò)概念以及概念間的關(guān)系有效地表達(dá)不同領(lǐng)域間的通用知識(shí)。知識(shí)集成主要是對(duì)新的知識(shí)進(jìn)行識(shí)別、處理、評(píng)估以及改造，實(shí)現(xiàn)新知識(shí)與原有知識(shí)之間的交互［1］，促進(jìn)知識(shí)組織化和結(jié)構(gòu)化，使得知識(shí)能夠集成發(fā)展。語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成能夠解決不同網(wǎng)絡(luò)信息資源的語(yǔ)義異構(gòu)問(wèn)題［2］，通過(guò)集成不同的知識(shí)結(jié)構(gòu)和不同來(lái)源的知識(shí)，為用戶提供統(tǒng)一的知識(shí)訪問(wèn)接口以及智能化的知識(shí)服務(wù)。本文主要研究語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成，明確這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展?fàn)顩r，通過(guò)分析為以后的研究奠定基礎(chǔ)。

1　數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)分析

本文采用的數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)科學(xué)情報(bào)研究所（ISI）出版的Web of Science中的SCI－EXPANDED，CCR－EXPANDED，IC數(shù)據(jù)庫(kù)［3］。數(shù)據(jù)的檢索策略是主題＝“knowledge integration”AND主題＝“ontology”，時(shí)間跨度為2003－2013年。檢出的文獻(xiàn)包括Article、Proceedings paper、Review、Editorial material、Book Chapter等類型。刪除書(shū)評(píng)等非研究性文獻(xiàn)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的篩選和精煉獲得698篇文獻(xiàn)。

1.1文獻(xiàn)著者分析

筆者對(duì)檢出的698篇文獻(xiàn)的著者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析基于本體的知識(shí)集成研究領(lǐng)域的著者發(fā)文數(shù)量，確定該研究領(lǐng)域的高產(chǎn)作者，從而能夠?qū)崿F(xiàn)這一領(lǐng)域的合作研究。同時(shí)對(duì)作者合著情況分析，了解該研究領(lǐng)域的合作團(tuán)體，從而能夠拓寬該領(lǐng)域研究的深度與廣度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)表2篇以上論文的著者共有358位，發(fā)表10篇論文以上的著者共有2位，均是11篇，共有6個(gè)團(tuán)體作者。

1.2文獻(xiàn)學(xué)科分析

通過(guò)分析這一領(lǐng)域文獻(xiàn)的學(xué)科分布情況，能夠了解該領(lǐng)域主要分布的學(xué)科，利用不同學(xué)科的研究方法來(lái)拓寬該研究領(lǐng)域，同時(shí)深化在不同學(xué)科的應(yīng)用。依據(jù)統(tǒng)計(jì)，該領(lǐng)域698篇文獻(xiàn)分布在了83個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，其中發(fā)文量超過(guò)50篇的文章主要集中在計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、信息系統(tǒng)、軟件工程、信息管理學(xué)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)、管理科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。通過(guò)分析，語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成類研究屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)的文章較多，信息系統(tǒng)、軟件工程、人工智能也是在計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐下發(fā)展起來(lái)的。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)基于本體的知識(shí)集成研究的發(fā)展，語(yǔ)義網(wǎng)、本體的發(fā)展同時(shí)豐富了計(jì)算機(jī)科學(xué)的研究。在計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐和語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下，基于本體的知識(shí)集成模型、分類、系統(tǒng)、管理等分布在信息系統(tǒng)、軟件工程、人工智能、管理科學(xué)等領(lǐng)域。

1.3文獻(xiàn)國(guó)家或地區(qū)分析

通過(guò)分析文獻(xiàn)的國(guó)家或者地區(qū)分布狀況，能夠幫助掌握基于本體的知識(shí)集成研究領(lǐng)域的科研分布情況，為該領(lǐng)域進(jìn)行國(guó)際的科研合作提供借鑒和應(yīng)用。依據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，698篇文獻(xiàn)一共分布在59個(gè)國(guó)家和地區(qū)，排名前10位的國(guó)家和地區(qū)共發(fā)表論文669篇，占發(fā)文總量的95.84%，美國(guó)、英國(guó)、西班牙、德國(guó)、中國(guó)、法國(guó)、意大利、加拿大、中國(guó)臺(tái)灣、澳大利亞排在前10位。美國(guó)以193篇的論文數(shù)量排在第一位，在該領(lǐng)域美國(guó)的研究遙遙領(lǐng)先，其他國(guó)家可以借鑒其研究成果，同時(shí)與相關(guān)專家和機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，共同深化該領(lǐng)域的發(fā)展。英國(guó)以86篇的論文數(shù)量排名第二。中國(guó)以69篇的論文數(shù)量排名在第四，與第三名只有1篇之差，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)以24篇論文數(shù)量排名在第九位，這樣中國(guó)共有93篇相關(guān)文章，僅次于美國(guó)。雖然中國(guó)在數(shù)量上與美國(guó)有很大的差距，但也能夠表明中國(guó)基于本體的知識(shí)集成研究在國(guó)際舞臺(tái)上占有一定的地位。需要借鑒該領(lǐng)域研究前沿國(guó)家的研究成果，密切國(guó)家合作。如表1顯示排名在前10位的國(guó)家和地區(qū)。

2　基于本體的知識(shí)集成研究進(jìn)展分析

2.1可視化文獻(xiàn)分析軟件——CiteSpace

CiteSpace是美國(guó)德雷克塞爾大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

表1　論文數(shù)量發(fā)表排名前10位的國(guó)家和地區(qū)

的陳超美博士開(kāi)發(fā)的基于JAVA平臺(tái)的文獻(xiàn)可視化分析軟件。CiteSpace利用文獻(xiàn)間的引用關(guān)系建立節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，通過(guò)繪制關(guān)聯(lián)知識(shí)圖譜來(lái)研究科學(xué)文獻(xiàn)。利用CiteSpace可以顯示某一學(xué)科或者是知識(shí)領(lǐng)域在一定時(shí)期的發(fā)展趨勢(shì)和動(dòng)向，從而形成前沿領(lǐng)域的演進(jìn)歷程［4］。CiteSpace用節(jié)點(diǎn)表示文獻(xiàn)，節(jié)點(diǎn)的大小表示文獻(xiàn)被引用次數(shù)，節(jié)點(diǎn)越大代表該文獻(xiàn)被引用次數(shù)越多。節(jié)點(diǎn)間的連線表示文獻(xiàn)之間的相互引用關(guān)系，連線的粗細(xì)代表相互引用次數(shù)，連線越粗代表文獻(xiàn)間相互引用次數(shù)越多［5］。本文利用CiteS-pace3.7.R8版本對(duì)國(guó)內(nèi)外基于本體的知識(shí)集成文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)和文獻(xiàn)共引分析，繪制知識(shí)圖譜分析本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和經(jīng)典文獻(xiàn)，為進(jìn)一步的研究提供借鑒和指導(dǎo)。

2.2研究熱點(diǎn)分析

2.2.1關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜繪制

利用CiteSpace3.7.R8軟件導(dǎo)入Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)檢索出的698篇文獻(xiàn)信息，同時(shí)設(shè)置相關(guān)的參數(shù)。具體設(shè)置Time Slicing（時(shí)區(qū)分割）為2003－2013年；＃Years Per Slice（單個(gè)時(shí)間分區(qū)長(zhǎng)度）設(shè)為1年；Term Source（主題詞來(lái)源）勾選Title（標(biāo)題）、Abstract（摘要）、Author Keywords（著者關(guān)鍵詞）以及Keywords Plus（擴(kuò)展關(guān)鍵詞），閾值Thresholding（c，cc，ccv）設(shè)置為（2，2，20）（4，3，20）（4，3，20）；Node Types選擇Keywords即關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析。通過(guò)運(yùn)行程序得到關(guān)鍵詞頻次表（如表2）以及關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜（如圖1）。在圖1中，1個(gè)結(jié)點(diǎn)代表1個(gè)關(guān)鍵詞，結(jié)點(diǎn)的大小反映關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次高低程度，結(jié)點(diǎn)間的連線反映關(guān)鍵詞間的共現(xiàn)關(guān)系。如果結(jié)點(diǎn)之間的連線越粗表示兩個(gè)關(guān)鍵詞共現(xiàn)的頻次就越高，結(jié)點(diǎn)的年輪結(jié)構(gòu)則表示某一關(guān)鍵詞的出現(xiàn)時(shí)間。

表2　關(guān)鍵詞頻次表

圖1　關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜

2.2.2關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析結(jié)果——研究熱點(diǎn)領(lǐng)域

通過(guò)關(guān)鍵詞頻次表以及關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜，可以分析基于本體的知識(shí)集成領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。通過(guò)分析，知識(shí)集成研究熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：

（1）語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成模型研究

由共現(xiàn)關(guān)鍵詞ontology（anthologies）－data Integrationknowledge－semantic web－model分析得出。

知識(shí)集成模型主要用來(lái)描述知識(shí)與知識(shí)、知識(shí)與過(guò)程以及知識(shí)與人之間的關(guān)系，指導(dǎo)如何進(jìn)行知識(shí)集成［6］。知識(shí)集成模型主要分為兩種：一種是基于認(rèn)識(shí)論的知識(shí)集成模型，主要包括顯性知識(shí)之間的集成、隱性知識(shí)之間的集成、從顯性知識(shí)到隱性知識(shí)的集成、從隱性知識(shí)到顯性知識(shí)的集成4種模型。具有代表性的是基于知識(shí)內(nèi)容的顯性知識(shí)之間的集成模型（SECⅠ模型），嚴(yán)格意義上說(shuō)屬于知識(shí)創(chuàng)造模型［7］。另一種是從本體論的角度出發(fā)將知識(shí)集成分為個(gè)體知識(shí)、團(tuán)隊(duì)知識(shí)、組織知識(shí)以及組織間的知識(shí)，在不同的層面或者是同一層面對(duì)知識(shí)進(jìn)行集成，即ITOI知識(shí)集成模型［8］；Reimer主要研究在語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下如何從更高層次的語(yǔ)言著手建立知識(shí)集成模型［9］；Nonaka的研究成果偏重知識(shí)創(chuàng)造方面的研究［10］；Sabherwal研究不同類型知識(shí)的集成機(jī)制，建立了理論模型［11］。

（2）語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成工具研究

由共現(xiàn)關(guān)鍵詞ontology（ontologies）－integration－knowledge－semantic web－tool得出。

信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了知識(shí)集成工具的進(jìn)步。語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成研究主要集中在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，通過(guò)分析，知識(shí)集成工具主要包括知識(shí)轉(zhuǎn)化工具、知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)、知識(shí)挖掘工具以及知識(shí)集成平臺(tái)等。利用知識(shí)轉(zhuǎn)化工具和過(guò)濾、集體協(xié)作技術(shù)、語(yǔ)義網(wǎng)技術(shù)將隱性知識(shí)轉(zhuǎn)化成顯性知識(shí)；利用知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)有效的管理顯性知識(shí)；利用知識(shí)挖掘工具將在數(shù)據(jù)庫(kù)挖掘到的重要知識(shí)進(jìn)行分析與整合；利用知識(shí)集成平臺(tái)的中間件以及多媒體技術(shù)功能進(jìn)行知識(shí)的表達(dá)、轉(zhuǎn)化和交流，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的表達(dá)、異構(gòu)環(huán)境下知識(shí)的獲取與重用、規(guī)則推理，從而形成知識(shí)集成系統(tǒng)。

（3）語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成管理

由共現(xiàn)關(guān)鍵詞ontology（anthologies）－data integrationknowledge management－semantic web得出。

在知識(shí)管理領(lǐng)域?qū)χR(shí)集成的研究集中在知識(shí)集成的創(chuàng)新、知識(shí)集成的能力、知識(shí)集成的評(píng)價(jià)以及知識(shí)集成的應(yīng)用方面。語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成管理將計(jì)算機(jī)技術(shù)與知識(shí)管理理論有效結(jié)合，利用本體技術(shù)、語(yǔ)義網(wǎng)代理技術(shù)對(duì)知識(shí)集成進(jìn)行創(chuàng)新，保證知識(shí)創(chuàng)新的技術(shù)成果和應(yīng)用。語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下，強(qiáng)化本體論的應(yīng)用研究，通過(guò)基于本體的知識(shí)集成，可以突破原有數(shù)據(jù)庫(kù)集成存在的問(wèn)題和瓶頸，實(shí)現(xiàn)組織的知識(shí)管理。

（4）語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由ontology（anthologies）－integration－knowledge－semantic web－systems（system）－design得出。

知識(shí)集成是對(duì)知識(shí)的整合和優(yōu)化，對(duì)隱性知識(shí)和顯性知識(shí)進(jìn)行交流和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的共享。知識(shí)集成系統(tǒng)解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何將分散的知識(shí)整合成為統(tǒng)一的知識(shí)，確保知識(shí)的擴(kuò)展性。語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下，知識(shí)集成系統(tǒng)構(gòu)建基于建立統(tǒng)一的專家知識(shí)庫(kù)基礎(chǔ)上，將顯性知識(shí)和隱性知識(shí)整合成為標(biāo)準(zhǔn)的可以理解的本體知識(shí)。利用專門的轉(zhuǎn)化模塊，實(shí)現(xiàn)顯性知識(shí)和隱性知識(shí)的轉(zhuǎn)化，集成獨(dú)立的本體知識(shí)庫(kù)。異質(zhì)知識(shí)源的集成成為知識(shí)集成研究的一大熱點(diǎn)。建立知識(shí)源之間的知識(shí)互用和共享平臺(tái)，表示和挖掘已有知識(shí)源中的隱性知識(shí)同時(shí)消除已有知識(shí)源的不一致性，從而準(zhǔn)確解決問(wèn)題。

2.3經(jīng)典文獻(xiàn)分析

2.3.1文獻(xiàn)共被引知識(shí)圖譜繪制

表3　文獻(xiàn)共被引頻次表

2.3.2文獻(xiàn)共被引分析——經(jīng)典文獻(xiàn)

結(jié)合表3、圖2文獻(xiàn)圖譜進(jìn)行深入分析，在語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下，基于本體的知識(shí)集成研究論文共同被引用的頻次超過(guò)30次的有10篇，本文將共被引頻次超過(guò)50次的引文作為該領(lǐng)域研究的經(jīng)典文獻(xiàn)（如表4所示）。Ashburner Mz在2000年發(fā)表的Gene Ontology：tool for the unification of biology

圖2　文獻(xiàn)共被引知識(shí)圖譜

的文章共被引頻次最高達(dá)到178次，該文章被該領(lǐng)域內(nèi)178篇文章引用，成為經(jīng)典文獻(xiàn)。Gruber，T，R的文章是本體領(lǐng)域內(nèi)的經(jīng)典文獻(xiàn)，共被引106次，Grube，T，R在該文章中詳細(xì)系統(tǒng)的定義了本體的概念。通過(guò)分析經(jīng)典文獻(xiàn)可以得出該領(lǐng)域研究的發(fā)展歷程、理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)，并提供了基因本體和生物醫(yī)學(xué)知識(shí)集成例證，為知識(shí)集成的研究提供了有利借鑒。這些經(jīng)典文獻(xiàn)在一定程度上反映了該領(lǐng)域在不同階段的研究水平。在做有關(guān)這一方面的研究時(shí)，仔細(xì)閱讀這些經(jīng)典文獻(xiàn)可以更加深入的了解該領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)和側(cè)重點(diǎn)，提高研究水平。

表4　經(jīng)典文獻(xiàn)列表

3　結(jié)論

本文利用CiteSpace3.7.R8文獻(xiàn)分析軟件，通過(guò)關(guān)鍵詞共現(xiàn)和文獻(xiàn)共被引分析了語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成研究進(jìn)展，從文獻(xiàn)資源的著者、學(xué)科以及國(guó)家和地區(qū)分布等方面統(tǒng)計(jì)分析國(guó)際上知識(shí)集成研究基本狀況，分析出該領(lǐng)域研究集中在知識(shí)集成的模型、工具、管理以及系統(tǒng)構(gòu)建等熱點(diǎn)領(lǐng)域，分析出5篇經(jīng)典文獻(xiàn)。在研究過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了知識(shí)集成領(lǐng)域研究存在的問(wèn)題：首先，語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境下基于本體的知識(shí)集成研究在集成異質(zhì)知識(shí)源方面還需要構(gòu)建更加高效的異構(gòu)知識(shí)源平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化程度和知識(shí)表示方法的統(tǒng)一性；其次，在實(shí)現(xiàn)知識(shí)系統(tǒng)的互操作和共享方面存在欠缺，知識(shí)的表達(dá)方式?jīng)]有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；最后，知識(shí)集成的理論研究比較成熟，但是實(shí)際應(yīng)用方面較少，知識(shí)集成理論和實(shí)際應(yīng)用的脫節(jié)?；诒倔w的知識(shí)集成實(shí)踐不斷發(fā)展，研究人員需要運(yùn)用不同的知識(shí)集成方法，不斷地開(kāi)發(fā)新的知識(shí)集成工具，構(gòu)建基于本體的知識(shí)集成平臺(tái)，解決知識(shí)集成方面存在的問(wèn)題，從而真正有效地實(shí)現(xiàn)知識(shí)集成。

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（本文責(zé)任編輯：孫國(guó)雷）

The Development of Knowledge Integration Based on Ontology in Semantic Web Environment

Liu Xiaole1Ma Jie2
（1.Library，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300222，China；2.School of Management，Jilin University，Changchun 130025，China）

〔Abstract〕The paper analyzed the development of knowledge integration based on ontology in semantic web environment from the author，subject，national and regional distribution of literature with literature metrology and the Web of Science database as the data source.At the same time，the author made visualization analysis of literature citations and keywords with CiteS-pace3.7.R8 visualization software for finding hot and classical literature in order to provide reference for the further study.

〔Key words〕ontology；knowledge integration；semantic web；co－word；document co－citation

作者簡(jiǎn)介：劉小樂(lè)（1987－），女，助理館員，碩士，研究方向：數(shù)字信息資源管理、知識(shí)組織，發(fā)表論文5篇。

收稿日期：2014－10－22

〔中圖分類號(hào)〕G203；G252.8

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1008－0821（2015）01－0159－05

DOI：10.3969／j.issn.1008－0821.2015.01.031