基于雙曲樹(shù)的專利權(quán)利要求可視化分析

劉玉琴

（北京印刷學(xué)院綠色印刷包裝產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，北京 102600）

基于雙曲樹(shù)的專利權(quán)利要求可視化分析

劉玉琴

（北京印刷學(xué)院綠色印刷包裝產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，北京 102600）

觀察專利權(quán)利要求的語(yǔ)言表述，總結(jié)其結(jié)構(gòu)特征，應(yīng)用正則表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析。進(jìn)而，采用雙曲樹(shù)對(duì)轉(zhuǎn)換成樹(shù)形結(jié)構(gòu)的專利權(quán)利要求進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，方便并增強(qiáng)對(duì)專利權(quán)利要求結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的理解。構(gòu)建了專利權(quán)利要求解析與可視化工具，并以蘋果公司的圖形用戶接口專利7166791為例進(jìn)行實(shí)證研究。

權(quán)利要求；雙曲樹(shù)；可視化

1 引言

權(quán)利要求作為專利的必要組成部分，劃定了專利的技術(shù)保護(hù)范圍，具有顯著的法律屬性，成為各種專利糾紛關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，對(duì)于專利權(quán)利要求的分析和理解在專利信息分析和專利糾紛訴訟中具有重要意義。為準(zhǔn)確、高效的進(jìn)行專利權(quán)利要求的理解，本文構(gòu)建專利權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析和可視化工具，以世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織檢索系統(tǒng)為數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲??；然后，觀察專利權(quán)利要求的語(yǔ)言表述，總結(jié)其結(jié)構(gòu)特征，應(yīng)用正則表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析；最后，將解析后的專利權(quán)利要求采用雙曲樹(shù)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，以此來(lái)提高專利權(quán)利要求分析利用的效率。

2 研究背景和方法

2.1 研究背景

一般情況下，專利權(quán)利要求由多個(gè)子權(quán)利要求構(gòu)成，這些子權(quán)利要求細(xì)分為獨(dú)立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求。獨(dú)立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求在語(yǔ)言描述和內(nèi)容構(gòu)成方面不同。同時(shí)，獨(dú)立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求又存在密切的聯(lián)系：從屬權(quán)利要求是對(duì)獨(dú)立權(quán)利要求的進(jìn)一步限定，在語(yǔ)言表述上需要引用之前的某一個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求，同時(shí)也可以作為之后的某一個(gè)或幾個(gè)從屬權(quán)利要求的技術(shù)基礎(chǔ)。在語(yǔ)言表述上，從屬權(quán)利要求簡(jiǎn)明扼要，不再重復(fù)之前獨(dú)立權(quán)利要求或從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。因此，在專利權(quán)利要求數(shù)量較多，從屬關(guān)系復(fù)雜的情況，增加了對(duì)權(quán)利要求結(jié)構(gòu)和內(nèi)容進(jìn)行閱讀和理解的復(fù)雜度。

為了提高對(duì)專利權(quán)利要求的理解和利用效率，相關(guān)的軟件工具被設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出來(lái)。這類軟件工具可歸納為兩類：一類是供專利代理人使用的權(quán)利要求撰寫輔助工具，如Patent Architect[1]和Claim Master[2]，可以檢測(cè)代理人撰寫的權(quán)利要求之間的邏輯關(guān)系。這類工具只針對(duì)代理人撰寫的專利，在專利信息分析中的應(yīng)用有限。另一類是能夠進(jìn)行權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析的工具，如Patent Tools[3]和Patent Claims Tree[4]，提供了權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析功能，并將獨(dú)立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求以層次樹(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行展示。這兩個(gè)工具在權(quán)利要求數(shù)量較多時(shí)并不能很清晰的展示權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)特征，并且主要用于美國(guó)專利的權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析。

基于以上分析，構(gòu)建一個(gè)能夠快速的獲取各國(guó)專利權(quán)利要求數(shù)據(jù)、識(shí)別權(quán)利要求結(jié)構(gòu)特征、輔助用戶理解權(quán)利要求內(nèi)容的軟件工具是十分必要的。

2.2 研究方法

基于雙曲幾何的雙曲樹(shù)算法是操縱大型層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)且在科技信息分析領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的可視化方法之一。該方法與用戶交互技術(shù)融合后，可以在有限的計(jì)算機(jī)屏幕空間內(nèi)清晰的顯示和控制層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。如湯森路透Web of Science[5]和Thomson Innovation[6]分別應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行論文和專利的引證關(guān)系可視化表示，分別提供了論文、專利間一級(jí)、二級(jí)的前向引證（參考文獻(xiàn)或參考專利）、后向引證（引證文獻(xiàn)或引證專利）、雙向引證關(guān)系圖，圖中每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)論文或?qū)＠⒂貌煌伾凑展?jié)點(diǎn)文獻(xiàn)或?qū)＠鶎僮髡?、機(jī)構(gòu)、期刊、學(xué)科等對(duì)節(jié)點(diǎn)加以區(qū)分，切換節(jié)點(diǎn)文本顯示內(nèi)容。國(guó)內(nèi)學(xué)者靖培棟應(yīng)用雙曲樹(shù)對(duì)中圖分類體系進(jìn)行可視化表示，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件工具[7]。

同樣，專利的單個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求與其從屬權(quán)利要求構(gòu)成一個(gè)樹(shù)形結(jié)構(gòu)，多個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求與其各自的從屬權(quán)利要求構(gòu)成若干樹(shù)形結(jié)構(gòu)集合。這些樹(shù)形結(jié)構(gòu)集合以待解析專利為根結(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的、獨(dú)立的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換后的、新的樹(shù)形結(jié)構(gòu)往往具有較多的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，與雙曲樹(shù)可視化具有較好的擬合性。為此，本文構(gòu)建的權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析與可視化工具，首先發(fā)現(xiàn)總結(jié)從屬權(quán)利要求與其隸屬的獨(dú)立權(quán)利要求之間的語(yǔ)言描述特征，進(jìn)而，采用正則表達(dá)式進(jìn)行權(quán)利要求結(jié)構(gòu)的解析；然后，基于雙曲樹(shù)算法把權(quán)利要求之間的關(guān)系以樹(shù)形結(jié)構(gòu)形象地展示出來(lái)。

3 系統(tǒng)介紹

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析與可視化工具數(shù)據(jù)來(lái)源為世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織的官方檢索系統(tǒng)[8]。首先，根據(jù)待解析專利的專利申請(qǐng)?zhí)柣蚴跈?quán)號(hào)，由權(quán)利要求數(shù)據(jù)搜索引擎獲取包括待解析專利權(quán)利要求信息的HTML數(shù)據(jù)；然后，數(shù)據(jù)清洗引擎應(yīng)用正則表達(dá)式提取出權(quán)利要求文本，進(jìn)一步根據(jù)解析規(guī)則將權(quán)利要求內(nèi)容轉(zhuǎn)換為樹(shù)形結(jié)構(gòu)并存儲(chǔ)；最后，采用雙曲樹(shù)進(jìn)行結(jié)果展示。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架和應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析與可視化工具框架圖

3.2 系統(tǒng)界面

權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析與可視化工具的界面設(shè)計(jì)如圖2所示。整個(gè)界面分為菜單欄、工具欄和可視化三部分。菜單欄主要包括：文件、幫助兩個(gè)菜單項(xiàng)；工具欄主要包括：打開(kāi)按鈕、保存按鈕、專利號(hào)輸入文本框、搜索按鈕、網(wǎng)絡(luò)連接按鈕、彩色背景按鈕、黑白背景按鈕、圖形樣式選擇按鈕、根節(jié)點(diǎn)按鈕、截圖按鈕、報(bào)表輸出按鈕、主頁(yè)鏈接按鈕、幫助按鈕、退出按鈕等十四項(xiàng)；界面下方為解析后的權(quán)利要求結(jié)構(gòu)可視化展示區(qū)域。

圖2 權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析與可視化工具主頁(yè)面

3.3 系統(tǒng)功能

權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析與可視化工具的功能如下：

（1）權(quán)利要求數(shù)據(jù)搜索和清洗。在工具欄的專利號(hào)輸入文本框中輸入待解析專利申請(qǐng)?zhí)柣蚴跈?quán)號(hào)，點(diǎn)擊搜索按鈕，系統(tǒng)后臺(tái)線程與世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織專利檢索系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，采集包括權(quán)利要求信息的HTML文本。同時(shí)，提取HTML文本中權(quán)利要求數(shù)據(jù)。

（2）權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析和可視化展示。搜索到的專利權(quán)利要求經(jīng)過(guò)后臺(tái)的解析線程，形成樹(shù)形結(jié)構(gòu)，然后以雙曲樹(shù)的形式顯示在可視化展示區(qū)。通過(guò)鼠標(biāo)單擊權(quán)利要求節(jié)點(diǎn)將其布置在屏幕中心。當(dāng)鼠標(biāo)滑過(guò)某個(gè)節(jié)點(diǎn)上方時(shí)，節(jié)點(diǎn)旁顯示該節(jié)點(diǎn)所代表的權(quán)利要求文本。

（3）查看專利著錄項(xiàng)目。單擊工具欄的網(wǎng)絡(luò)連接按鈕，瀏覽器自動(dòng)打開(kāi)世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織專利數(shù)據(jù)庫(kù)，并顯示當(dāng)前待解析專利的作者、機(jī)構(gòu)、國(guó)際分類號(hào)、題目、申請(qǐng)日、授權(quán)日、公告日等著錄項(xiàng)目。

（4）WORD輸出權(quán)利要求文本。單擊工具欄的報(bào)表輸出按鈕，系統(tǒng)調(diào)用OFFICE VBA將專利的權(quán)利要求文本輸出到Word文檔中。

（5）解析結(jié)果的保存和重復(fù)利用。點(diǎn)擊工具欄的截圖按鈕截取并保存可視化展示區(qū)域的當(dāng)前圖形，或通過(guò)類的序列化將圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類保存到計(jì)算機(jī)硬盤，在后續(xù)使用時(shí)再通過(guò)類的反序列化操作恢復(fù)到可視化展示區(qū)。

（6）可視化圖形樣式設(shè)置。應(yīng)用工具欄中的彩色背景設(shè)置、黑白背景設(shè)置和圖形樣式設(shè)置，修改背景顏色，圖形節(jié)點(diǎn)、連線和文字顏色。

4 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

4.1 權(quán)利要求信息搜索與提取

首先，定義權(quán)利要求結(jié)構(gòu)體，用于存儲(chǔ)專利的單一權(quán)利要求。結(jié)構(gòu)體包括權(quán)利要求的序號(hào)，權(quán)利要求的父權(quán)利要求序號(hào)和權(quán)利要求內(nèi)容。

其次，選擇世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織免費(fèi)開(kāi)放的專利檢索系統(tǒng)，該系統(tǒng)將各國(guó)專利的著錄項(xiàng)目和權(quán)利要求文本翻譯為英文，數(shù)據(jù)全面、便于解析。為此，以C#語(yǔ)言WEB請(qǐng)求類HttpWebRequest向服務(wù)器發(fā)送GET請(qǐng)求，與服務(wù)器進(jìn)行信息交互。請(qǐng)求返回包括專利權(quán)利要求集合的HTML頁(yè)面，應(yīng)用正則表達(dá)式進(jìn)行當(dāng)前專利所有權(quán)利要求信息的提取和清洗。

再次，分割權(quán)利要求集合中的單一權(quán)利要求，并記錄權(quán)利要求的序號(hào)。

通過(guò)觀察總結(jié)權(quán)利要求的語(yǔ)言表述，發(fā)現(xiàn)每個(gè)權(quán)利要求作為前面權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)明確的引用序號(hào)。比如：一個(gè)方法專利的獨(dú)立權(quán)利要求的典型語(yǔ)言描述為：A method of……；從屬權(quán)利要求的典型語(yǔ)言描述為：A method as recited in claim X……或者A method according to claims X……或者The method of claims X……等。

發(fā)現(xiàn)這些特征后，編寫正則表達(dá)式提取每一個(gè)單一權(quán)利要求的父權(quán)利要求序號(hào)，并存儲(chǔ)在一個(gè)權(quán)利要求結(jié)構(gòu)體中。如果權(quán)利要求為獨(dú)立權(quán)利要求，設(shè)定其父權(quán)利要求序號(hào)為0。這樣，每件被解析的專利由若干個(gè)權(quán)利要求結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。提取的權(quán)利要求集合，存儲(chǔ)在C#結(jié)構(gòu)類TreeView中。

4.2 雙曲樹(shù)算法

傳統(tǒng)樹(shù)型結(jié)構(gòu)在層次增多或者節(jié)點(diǎn)增多時(shí)，需占用大量空間，而計(jì)算機(jī)屏幕所能夠提供的可視化空間有限，使得查找某個(gè)節(jié)點(diǎn)或者獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)信息變得不方便。為此，美國(guó)Xerox Palo Alto研究中心提出了基于雙曲幾何的雙曲樹(shù)算法來(lái)解決這一問(wèn)題[9]。雙曲樹(shù)算法實(shí)現(xiàn)的主要原理是將樹(shù)結(jié)構(gòu)在雙曲空間進(jìn)行布局，然后映射到歐式空間的龐萊卡圓盤進(jìn)行顯示。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，定義復(fù)數(shù)類用以表示雙曲空間中點(diǎn)的位置，復(fù)數(shù)的實(shí)部、虛部分別與雙曲空間中點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)，將雙曲空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到歐式空間的坐標(biāo)，定義扇形類用于表示雙曲空間中的扇形區(qū)域；雙曲樹(shù)節(jié)點(diǎn)類，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)在雙曲空間的布局。

4.3 圖形繪制

應(yīng)用微軟Windows Presentation Foundation（WPF）框架進(jìn)行可視化圖形的繪制，分別定義節(jié)點(diǎn)繪制函數(shù)和連線繪制函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖形繪制。

首先，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)繪制函數(shù)繪制矩形框和文本。

其次，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間平滑的曲線連接效果，應(yīng)用C#語(yǔ)言自帶的貝塞爾曲線構(gòu)造類QuadraticBezierSegment進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接繪制，并在繪制連線時(shí)附加箭頭，以表示節(jié)點(diǎn)間權(quán)利要求的引證關(guān)系。

4.4 權(quán)利要求可視化

專利權(quán)利要求可視化的最終表現(xiàn)形式如圖3所示。首先，將待解析專利的專利申請(qǐng)?zhí)柣蚴跈?quán)號(hào)作為根節(jié)點(diǎn)置于屏幕中心，距離其最近的一層節(jié)點(diǎn)為該專利的所有獨(dú)立權(quán)利要求；對(duì)同一獨(dú)立權(quán)利要求下的從屬權(quán)利要求按照序號(hào)大小進(jìn)行排序，形成第二層分支結(jié)構(gòu)；依次就同一從屬權(quán)利要求下的子從屬權(quán)利要求進(jìn)行更深層級(jí)的排序，形成第三、四……層的分支結(jié)構(gòu)。以帶有箭頭指向的連接線指示權(quán)利要求之間的引用關(guān)系。同時(shí)，以每個(gè)權(quán)利要求的內(nèi)容作為節(jié)點(diǎn)的備注信息，當(dāng)鼠標(biāo)滑過(guò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，顯示備注信息。通過(guò)這種方式使用戶可以迅速便捷的獲取、理解專利獨(dú)立權(quán)利要求與從屬權(quán)利要求內(nèi)容，相互之間的引用依賴關(guān)系。特別是在專利權(quán)利要求數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，更有助于專利權(quán)利要求內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的理解。

圖3 權(quán)利要求可視化表現(xiàn)形式

5 實(shí)證應(yīng)用

以美國(guó)蘋果公司的授權(quán)專利7166791為例，應(yīng)用本文構(gòu)建的權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析和可視化工具進(jìn)行實(shí)證分析。該專利是一篇關(guān)于蘋果公司操作娛樂(lè)設(shè)備的圖形用戶接口設(shè)計(jì)專利，擁有權(quán)利要求45項(xiàng)，被引用次數(shù)20次，在中、美、歐、日、韓等多個(gè)國(guó)家地區(qū)進(jìn)行了專利申請(qǐng)，是圖形用戶接口技術(shù)中非常重要的專利之一。

圖4 專利7166791權(quán)利要求結(jié)構(gòu)

首先，輸入待解析專利授權(quán)號(hào)進(jìn)行權(quán)利要求數(shù)據(jù)采集和清洗，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析和可視化呈現(xiàn)，如圖4所示。發(fā)現(xiàn)該專利有5項(xiàng)獨(dú)立權(quán)利要求，序號(hào)分別為1、7、11、38、44，從屬權(quán)利要求之間的引用關(guān)系更是復(fù)雜，引用層級(jí)最多達(dá)到6級(jí)。

進(jìn)一步，發(fā)現(xiàn)該專利權(quán)利要求的內(nèi)容并不按照序號(hào)1-45的次序進(jìn)行排列，而是按照引用關(guān)系相互交叉，形成若干的權(quán)利要求引用關(guān)系路徑。如圖5所示的獨(dú)立權(quán)利要求11下的從屬權(quán)利要求，其引用路徑包括：36＜-13＜-12＜-11; 14＜-11; 15＜-11; 17＜-16＜-11; 22＜-21＜-20＜-19＜-18＜-11; 24＜-23＜-19＜-18＜-11; 29＜-27＜-26＜-25＜-18＜-11; 28＜-25＜-18＜-11; 30＜-11; 34＜-11等十個(gè)路徑。

圖5 專利7166791獨(dú)立權(quán)利要求11的從屬權(quán)利要求結(jié)構(gòu)

對(duì)于處在某一引用路徑上的任一權(quán)利要求，對(duì)其內(nèi)容的閱讀和理解，需要按照路徑指示的權(quán)利要求依次進(jìn)行。如圖6中引用層級(jí)最多的從屬權(quán)利要求29，其內(nèi)容表述如下：

A hierarchically ordered graphical user

interface as recited in claim 27, wherein when

the selected item is at least one of the songs

in the list of all songs of the selected album,

further comprising: a fifth order interface

having a song information list corresponding

to the selected song that includes, a song

title of the selected song, a song artist label

of the selected song, and a song album title

corresponding to the selected album.

圖6 專利7166791從屬權(quán)利要求29內(nèi)容表述

對(duì)于其內(nèi)容的閱讀和理解單純從其表述或按照1-28的序號(hào)對(duì)在前權(quán)利要求進(jìn)行閱讀和理解，都無(wú)法準(zhǔn)確的理解其內(nèi)容。但是，通過(guò)對(duì)整個(gè)引用路徑中的權(quán)利要求11、18、25、26、27依次進(jìn)行閱讀和理解，則可以比較清晰的知道其內(nèi)容為：在與娛樂(lè)設(shè)備進(jìn)行交互操作中，用戶選擇專輯中的某一歌曲時(shí)，設(shè)備向用戶顯示的內(nèi)容包括歌曲名稱、藝術(shù)家名稱和專輯名稱等信息。

通過(guò)以上方式的操作可以快速的對(duì)該專利的任一權(quán)利要求進(jìn)行解讀，從而提高專利權(quán)利要求理解和利用的效率。

6 結(jié)語(yǔ)

專利權(quán)利要求在專利信息分析和專利糾紛中具有重要作用，本文以世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織專利檢索系統(tǒng)為數(shù)據(jù)源，構(gòu)建專利權(quán)利要求結(jié)構(gòu)解析和可視化工具。在總結(jié)權(quán)利要求語(yǔ)言表述特征的基礎(chǔ)上，編寫正則表達(dá)式進(jìn)行權(quán)利要求內(nèi)容的提取和結(jié)構(gòu)解析，應(yīng)用雙曲樹(shù)可視化技術(shù)對(duì)權(quán)利要求進(jìn)行呈現(xiàn)，以此提高對(duì)專利權(quán)利要求分析和利用的效率。在下一步的研究中，將論文設(shè)計(jì)的軟件工具轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)版，在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行發(fā)布，向社會(huì)大眾提供免費(fèi)開(kāi)放的服務(wù)，是后續(xù)將要開(kāi)展的工作。

[1] Patent Architect[EB/OL].[2013-05-15].http://www.patentarchitect. com/UsersManual.pdf.

[2] Claim Master[EB/OL].[2013-05-15].http://www.patentclaimmaster. com/.

[3] Patent Tools[EB/OL].[2013-05-15].http://www.pattools.com/ claim_tree.html.

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編輯：王立學(xué)

Construction of Resolution and Visualization System of Patent Claims

LIU YuQin
(Academic of Printing and Packaging Industrial and Technology, Beijing Institute of Graphic Communication, Beijing 102600, China)

This paper summaries the claims structure features with claims descriptions,and studies the visualization method of patent claims which have been transformed into tree structure based on the hyperbolic tree.Then resolution and visualization system of patent claims is build.At last an empirical illustration about Apple’s graphical user interface patent 7166791 is proposed.

Patent claims; Hyperbolic tree; Visualization

TP391

10.3772/j.issn.1673—2286.2015.01.009

劉玉琴，男，1979年生，博士后，北京印刷學(xué)院綠色印刷包裝產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院高級(jí)工程師，研究方向：專利分析、信息可視化，E-mail:liuyuqin2004@126.com。

205-01-30）