本體論及本體論在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用

劉德清遼寧師范大學(xué)海華學(xué)院

本體論及本體論在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用

劉德清
遼寧師范大學(xué)海華學(xué)院

在西方哲學(xué)中有一種特殊的形態(tài)——本體論，在以柏拉圖、黑格爾為主的西方傳統(tǒng)哲學(xué)中，人們把本體論作為“第一哲學(xué)”或者主干，也就是說其他哲學(xué)是以本體論為基礎(chǔ)發(fā)展而來的，他們把本體論看成哲學(xué)中的哲學(xué)、理論中的理論。筆者在本文中首先分析了哲學(xué)中本體論的含義，然后就計(jì)算機(jī)學(xué)科中本體論的含義進(jìn)行了探討，最后研究了在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中本體論的應(yīng)用。

本體論 計(jì)算機(jī)技術(shù) 應(yīng)用研究

和日常語言中的“是”相比哲學(xué)范疇的本體論有很大的差別，本體論中的“是”指的是它的規(guī)定性邏輯，這也是和生活語言的根本性差別。出現(xiàn)在日常生活中的語言或者概念從本質(zhì)上來看都是總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)：指的是經(jīng)驗(yàn)中的對(duì)象或者以主觀心態(tài)做出的描述，本體論語言則是以規(guī)范性的邏輯規(guī)定的“語言”，具有較強(qiáng)的邏輯性。這和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)有一定的聯(lián)系，計(jì)算機(jī)語言和生活中也有一定的差別，生活中使用的“十進(jìn)制”，而計(jì)算機(jī)使用的是“二進(jìn)制”，也需要一定的邏輯。筆者在本文中首先分析了哲學(xué)中本體論的含義，然后就計(jì)算機(jī)學(xué)科中本體論的含義進(jìn)行了探討，最后研究了在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中本體論的應(yīng)用。

1 哲學(xué)中本體論的含義

1.1 本體論的概念

如今世界上定義的本體論還未統(tǒng)一，各不相同，但是一般而言對(duì)其理解具有一定的范疇。從大體上看，在馬克思哲學(xué)出現(xiàn)之前使用的本體論有兩種：廣義、狹義。

從廣義上看，本體論指的是存在物體的本性，要想認(rèn)識(shí)到本性需要通過認(rèn)識(shí)論，所以本體論是對(duì)一切客觀存在的本性進(jìn)行研究的學(xué)問，對(duì)其怎樣認(rèn)識(shí)進(jìn)行研究的成為認(rèn)識(shí)論，也就意味著認(rèn)識(shí)論和本體論相對(duì)稱。

從狹義的角度來看，在廣義上本體論的研究劃分為幾種，研究宇宙的起源和結(jié)構(gòu)、研究世界的本性，前者是宇宙論，后者為本體論，這是宇宙論和本體論相對(duì)稱。

如今在西方哲學(xué)中上述兩種方法依然存在。而在馬克思哲學(xué)中沒有本體論的廣義和狹義之分，這說明哲學(xué)整個(gè)問題的過程中使用辯證唯物主義的方式。

1.2 本體論的研究

希臘哲學(xué)史上有研究“本體”的淵源。早在米利都學(xué)派時(shí)期，早期的希臘哲學(xué)家就對(duì)組成萬物的最基本元素——本原（希臘文arche）進(jìn)行探索并研究。研究“本原”即成為“本體論”的先聲，同時(shí)漸漸的向研究being靠近。后來的巴門尼德也曾經(jīng)指出：是以外便無非是，存在之為存在者必一。認(rèn)為存在是永恒不變的，變化的是思維。巴門尼德對(duì)being（是，存在）的探討，基本上奠定了本體論研究的方向。但是，只有蘇格拉底和柏拉圖才能領(lǐng)會(huì)，和他們同時(shí)期的哲學(xué)家對(duì)此大都忽視了。所以，持有原子論點(diǎn)的學(xué)者雖然也對(duì)真理認(rèn)識(shí)和暗昧認(rèn)識(shí)有所區(qū)分，從思維和感覺上存在一定的不同；但是探索“本原”能否從經(jīng)驗(yàn)獲得卻很模糊，才從本質(zhì)上來看沒有對(duì)經(jīng)驗(yàn)和超驗(yàn)加以區(qū)分。從蘇格拉底沒有最終結(jié)論的對(duì)話中，已經(jīng)表示要想獲取真理使用經(jīng)驗(yàn)歸納法是不可能的；在柏拉圖看來，則表示“本原”是驗(yàn)證世界真理的根本。

在古希臘羅馬哲學(xué)中，研究本體論主要集中在對(duì)世界的本原和基質(zhì)進(jìn)行探索。巴門尼德提出的本原是唯一不變的，讓研究存在成為那一時(shí)期的主題。亞里士多德認(rèn)為實(shí)體是哲學(xué)研究的主要對(duì)象，而實(shí)體或本體的問題是和本體的本質(zhì)、共相以及個(gè)體有關(guān)的問題。在他看來和其他哲學(xué)相比，對(duì)實(shí)體哲學(xué)或者本體哲學(xué)進(jìn)行研究是最重要的，高于其他一切哲學(xué)。 從此之后，本體論的研究方向更加開闊。

2 本體的分類和應(yīng)用

2.1 本體的分類

在不同的層次上開展本體的研究以及開發(fā)工作。以本體的研究層次為基礎(chǔ)，劃分的類別為：

1） 頂層本體：主要對(duì)非常通用的概念開展研究。如行為、對(duì)象、時(shí)間、空間等，他們沒有特定的問題和領(lǐng)域。所以，我們可以在一個(gè)很大的范圍內(nèi)共享頂層本體。

2） 領(lǐng)域本體： 研究的領(lǐng)域比較狹窄，有特定的領(lǐng)域要求，如計(jì)算機(jī)科學(xué)、醫(yī)學(xué)等。

3） 任務(wù)本體： 經(jīng)過推理活動(dòng)或者任務(wù)進(jìn)行定義，如診斷等。他們?cè)诿枋鲎约涸~匯的過程中可以使用頂層本體的詞匯。和領(lǐng)域本體相比，任務(wù)本體和其處于一樣的開發(fā)和研究層次。

4） 應(yīng)用本體：對(duì)特定的應(yīng)用進(jìn)行描述，它不僅可以使用涉及特定本體領(lǐng)域的本體概念也可以使用現(xiàn)在任務(wù)本體中的概念。

2.2 本體的應(yīng)用

所謂的本體指的是在某個(gè)領(lǐng)域表示人為設(shè)計(jì)的概念模型，對(duì)本體設(shè)計(jì)需要的一定的原則進(jìn)行指導(dǎo)或評(píng)價(jià)。就設(shè)計(jì)本體的基本原則標(biāo)準(zhǔn)而言，Tom Gruber 中給出了5條：1） 明確性（Clarity）；2）一致性（Coherence）；3）可擴(kuò)展性（ Extendibility）；4）最小編碼偏差（Minimalencoding bias） ；5） 最小本體承諾（Minimal ontologicalcommitment ） 。

當(dāng)前我們一致認(rèn)為領(lǐng)域的專家在構(gòu)造特定領(lǐng)域的Ontology的過程中需要參與。

明確領(lǐng)域中的概念、概念的屬性和約束條件是本體建模的核心。本體的建模原語主要有5種：類、關(guān)系、函數(shù)、公理和實(shí)例。

3 計(jì)算機(jī)科學(xué)中本體論的含義

在哲學(xué)范疇內(nèi)，存在的本體理論為系統(tǒng)化的解釋，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中應(yīng)用本體論的含義，在其中人們賦予其的意義更具體、更全面。

在計(jì)算機(jī)科技領(lǐng)域中，本體論是明確表示和描述概念化對(duì)象（conceptualization）。Nicola Guarino定義的概念為：C = 〈D ，W ，R〉，其中D表示的是一個(gè)領(lǐng)域，W表示在此領(lǐng)域中和其有關(guān)事務(wù)所處狀態(tài)的集合（state of af fai rs），R表示的領(lǐng)域空間〈D，W〉上概念關(guān)系（conceptual relation）的集合，本體論使用的是一種概念化的語言進(jìn)行描述。所以，本體論對(duì)使用的語言具有較強(qiáng)的依賴性，以描述和表示形式的不同有不同的形式化程度，有三種不同類型的形式化。本體論具有越高的形式化程度，對(duì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理越有利。

就概念化對(duì)象的定義而言，某一確定領(lǐng)域中的術(shù)語、定義以及他們之間的語義等應(yīng)該是此領(lǐng)域中的本體應(yīng)該具有的最基本的信息。

4 本體論在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用

上世紀(jì)九十年代，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中對(duì)本體論的研究逐漸增多，在各種技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中扮演重要的角色，發(fā)揮重要的作用，下文中筆者對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的分析。

4.1 在智能信息檢索中的應(yīng)用

對(duì)一般的WWW用戶來講，目前面臨一個(gè)嚴(yán)重的問題——信息過載。當(dāng)前普遍使用的信息檢索或者編碼過程的依賴或者全文檢索。因?yàn)槊枋鼍幋a對(duì)其中的一部分內(nèi)容進(jìn)行反應(yīng)，文獻(xiàn)的內(nèi)容在單個(gè)詞匯中難以顯現(xiàn)，因此上述方法不能保證檢索內(nèi)容和所需要的內(nèi)容高度的吻合。

就實(shí)際的使用而言，為了更好地解決精確查詢問題，人們通過研究發(fā)現(xiàn)使用語義定義可以很好地解決設(shè)上述問題。但是因?yàn)檎Z義檢索對(duì)資源信息的顯示標(biāo)注非常的依賴。

在智能檢索信息系統(tǒng)里Ontology提供了形成查詢和資源描述所欠缺的原語，其核心為Ontology技術(shù)，然后構(gòu)建領(lǐng)域內(nèi)的語義模型，讓信息源有語義標(biāo)注信息，保證系統(tǒng)內(nèi)所有的Agent對(duì)其中的概念及其之間的關(guān)系建立的聯(lián)系等相關(guān)知識(shí)、原理的認(rèn)識(shí)比較統(tǒng)一，這讓系統(tǒng)的精確性和聯(lián)想能力顯著地提升，可以讓用戶所需的信息可以被高效、快速、精確的檢索出，同時(shí)也把一個(gè)全面的共同視圖提供給系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶。如今Ontology漸漸發(fā)展成為智能信息檢索系統(tǒng)的核心部件，進(jìn)行知識(shí)的表示。

4.2 在面向?qū)ο蠓治鲋械膽?yīng)用

如今在需求分析中面向?qū)ο蠓治鼍哂幸欢ǖ拇硇?，所謂的面向?qū)ο蠓治鲋傅氖钦Z義網(wǎng)絡(luò)模型和圖與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)綜合在一起而形成的一種分析方法。在這種分析方法中使用了關(guān)系、實(shí)體、屬性等屬于信息造型的概念，同時(shí)也使用了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的語言概念如：對(duì)象、類、封閉。自底向上是面向?qū)ο蠓治龅谋举|(zhì)，通過抽象和認(rèn)定事物，總結(jié)出一類事物的共同特點(diǎn)，區(qū)分其中的特性，表示的時(shí)候使用類和類層次。由此可知，面向?qū)ο蠓治龇ǖ倪M(jìn)行的中心為對(duì)象和對(duì)象類，對(duì)象類和對(duì)象之間可以組成一定的層次關(guān)系，他們屬于垂直的組織關(guān)系，對(duì)元素之間的父子關(guān)系進(jìn)行深入的表示，就其余的內(nèi)容而言：對(duì)象之間的關(guān)系和信息的傳遞，則居于次要的位置。而然現(xiàn)實(shí)世界中，軟件和項(xiàng)目比較的復(fù)雜和龐大，要想對(duì)不同對(duì)象類和對(duì)象之間的關(guān)系進(jìn)行掌握非常的困難，軟件工程師在分析對(duì)象類之間的關(guān)系需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間和精力，而不對(duì)軟件本身進(jìn)行分析。個(gè)體對(duì)象的具體內(nèi)容不會(huì)對(duì)軟件開發(fā)的注意力產(chǎn)生吸引作用，他們思考的是在構(gòu)造新的軟件的過程中怎樣使用已經(jīng)獲得的大量可用的軟件。所以更應(yīng)受到重視的為描述軟件構(gòu)筑之間的關(guān)系。

顯示表示領(lǐng)域概念的時(shí)候使用本體。以本體論的思想為出發(fā)點(diǎn)，該領(lǐng)域的一個(gè)公認(rèn)的概念集合就是某領(lǐng)域中的本體，其中公認(rèn)的語義也在概念之中，概念之間進(jìn)行各種關(guān)聯(lián)來體現(xiàn)這些語義。本體對(duì)概念內(nèi)涵進(jìn)行雕刻的方式具有通性也有特殊性，一般為通過其概念集合以及所處的上下文。我們可以知道，本體對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的本質(zhì)概念尤為強(qiáng)調(diào)，同時(shí)對(duì)本質(zhì)概念之間的關(guān)聯(lián)也非常的重視。在對(duì)象分析之中，利用描述現(xiàn)實(shí)世界的本體方法以及本體思想可以充分的刻畫出各對(duì)象之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。

4.3 在軟件構(gòu)件重用中的應(yīng)用

以構(gòu)件為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)，其目的是使用各種技術(shù)讓開發(fā)各軟件的效率進(jìn)一步提升，讓一些不必要的勞動(dòng)不重復(fù)出現(xiàn)。但是被重用的軟件結(jié)構(gòu)和相關(guān)信息一般在各式各類的數(shù)據(jù)庫中貯存，所以，能夠貯存構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫一般為分布式也可以是異構(gòu)的。

要是對(duì)重用構(gòu)件開發(fā)軟件的人員不是很熟悉甚至一無所知，因此整個(gè)Internet 網(wǎng)絡(luò)就是其檢索網(wǎng)絡(luò)的空間。要想讓所需的構(gòu)建被快速的找到，必須以Internet為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)搜索引擎，該搜索引擎以用戶輸入的文字（關(guān)鍵詞、關(guān)鍵字）為基礎(chǔ)，可以迅速的返回相關(guān)信息資源庫、資源表。因?yàn)榭芍赜玫臉?gòu)建資源庫一般是異構(gòu)式或者分布式的，所以為了讓檢索更方便，可以把一個(gè)中立的中介層構(gòu)建在用戶和軟件構(gòu)件庫之間。在中介層中，人們?cè)诮M織和管理軟件構(gòu)件的過程中使用領(lǐng)域本體的概念，通過統(tǒng)一的對(duì)本體集成構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，讓軟件的開發(fā)效率進(jìn)一步的提升。

4.4 在知識(shí)工程中的應(yīng)用

一般在對(duì)基于知識(shí)的系統(tǒng)（Knowledge -based System ，KBS）進(jìn)行開發(fā)的時(shí)候，在應(yīng)用領(lǐng)域中知識(shí)工程師很難對(duì)其中完整、具體的工作方式進(jìn)行系統(tǒng)的定義，所以一般的Knowledge -based System進(jìn)行開發(fā)的過程中系統(tǒng)使用進(jìn)化的原型系統(tǒng)方法。本體論知識(shí)概念被知識(shí)工程師引入知識(shí)工程中，對(duì)該模型中涵蓋的概念、實(shí)例、公理、關(guān)系進(jìn)行深度的說明，以此把領(lǐng)域本體建立。在分析屬性的過程中使用元屬性，并對(duì)屬性提出一種和本體建模概念化相對(duì)應(yīng)的形式化方法，把共享知識(shí)中的一些問題給予解決，讓不同領(lǐng)域的組織間和人員間的交流得以實(shí)現(xiàn)。

4.5 本體論在網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用

對(duì)象是入侵檢測(cè)應(yīng)用主題的核心，該對(duì)象并非僅僅指的是被檢測(cè)的對(duì)象，還包括和該對(duì)象相依附的檢測(cè)方法，本體模型建立的核心為概念，檢測(cè)入侵的過程中在主體的作用下通過本體模型的運(yùn)用概念化自身的對(duì)象，因此資源掃描的可共享性以及一致性被保障。

以本體論的建模方式為發(fā)展，以本體論分布式處理機(jī)制為基礎(chǔ)讓不同系統(tǒng)和構(gòu)建之間的協(xié)作性進(jìn)一步強(qiáng)化，在應(yīng)用系統(tǒng)之中本體扮演著知識(shí)理論的角色，為處理機(jī)制提供的知識(shí)結(jié)構(gòu)是通用型的，不存在知識(shí)的隔閡和差異。以入本體模型為基礎(chǔ)的入侵檢測(cè)在應(yīng)用上雖然會(huì)有一定的差距和困難，其中最主要的困難為要對(duì)本體模型進(jìn)一步細(xì)化，讓粒度的刻畫更加的細(xì)致并概念化。除此之外，我們還需要進(jìn)一步研究評(píng)價(jià)本體模型的形式化方法，以及概念類之間的映射存在的翻譯問題，這才有助于在網(wǎng)絡(luò)入侵中本體論更好的應(yīng)用，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)技術(shù)的水平，提升網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)的質(zhì)量。

5 結(jié)束語

通過上文的論述我們可以知道，在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域使用本體論，組織問題領(lǐng)域的術(shù)語以及術(shù)語之間的聯(lián)系并建立本體，提供形式化的工具和方法，那么我們就可以方便的共用所建立的本體并對(duì)其進(jìn)行深入的研究，以便于把計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的很多難題有效的解決。

［1］陸汝鈐，金芝，陳剛.面向本體的需求分析［J］. 軟件學(xué)報(bào). 2000（08）

［2］陳霞，魏玲玲，邱桃榮，劉萍. 基于本體論的關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘［J］. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程. 2007（02）

［3］游文杰.計(jì)算機(jī)科學(xué)中的數(shù)學(xué)——談?dòng)?jì)算機(jī)專業(yè)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)［J］.福建師大福清分校學(xué)報(bào). 2004（02）

［4］陳霞，魏玲玲，邱桃榮，劉萍. 基于本體論的關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘［J］. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程. 2007（02）