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    CKAIC中基于概念格整合異構(gòu)資源的情境本體構(gòu)建

    2021-03-08 02:55:01姜永常王紅露李浩
    現(xiàn)代情報(bào) 2021年3期

    姜永常 王紅露 李浩

    摘?要:[目的/意義]異構(gòu)資源蘊(yùn)含著優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的綜合情境信息,可以在基于概念格整合的集成情境協(xié)同知識(shí)構(gòu)建(CKAIC)中為用戶(hù)決策制定構(gòu)建出感知應(yīng)用的情境本體。[方法/過(guò)程]這種情境本體構(gòu)建方法需要依次對(duì)異構(gòu)資源形式背景進(jìn)行并疊置運(yùn)算和冗余信息剔除的屬性約簡(jiǎn)、協(xié)調(diào)集判斷及其概念格構(gòu)造。[結(jié)果/結(jié)論]通過(guò)情境適配性應(yīng)用分析可知,經(jīng)過(guò)屬性集協(xié)調(diào)的異構(gòu)資源概念格能夠?qū)⑵渌木C合情境精練地轉(zhuǎn)化成用戶(hù)感知應(yīng)用的適用性情境本體,為用戶(hù)決策提供參考的解決方案。

    關(guān)鍵詞:集成情境知識(shí)協(xié)同構(gòu)建(CKAIC);概念格;異構(gòu)資源;情境本體;情境感知;用戶(hù)決策

    DOI:10.3969/j.issn.1008-0821.2021.03.004

    〔中圖分類(lèi)號(hào)〕G250.73?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A?〔文章編號(hào)〕1008-0821(2021)03-0038-06

    Research?on?Context?Ontology?Construction?Based?on?Concept

    Lattice?Integrating?Heterogeneous?Resources?in?CKAIC

    Jiang?Yongchang1?Wang?Honglu2?Li?Hao3

    (1.Institute?of?Business?&?Economic?Research,Harbin?University?of?Commerce,Harbin?150028,China;

    2.Library,Heilongjiang?University,Harbin?1500801,China;

    3.School?of?Management,Harbin?University?of?Commerce,Harbin?150028,China)

    Abstract:[Purpose/Significance]Heterogeneous?resources?contains?comprehensive?context?information?with?complementary?advantages,which?can?be?constructed?a?context?ontology?to?user?perceive?for?decision?making?in?collaborate?knowledge?architecture?integrating?context(CKAIC)based?on?the?integration?of?concept?lattice.[Method/Process]This?context?ontology?construction?method?required?the?judgment?of?attribute?reduction?coordination?set?of?eliminating?redundant?information?and?its?construction?of?concept?lattice?integrating?context?by?successively?superimposing?operation?on?heterogeneous?resource?formal?background.[Result/Conclusion]Through?the?application?analysis?of?context?adaptation,it?can?be?seen?that?the?heterogeneous?resource?concept?lattice?which?was?coordinated?by?the?attribute?set?could?transform?the?comprehensive?context?it?contains?into?the?adaptive?context?ontology?of?user-aware?applications?pithily,and?provide?a?reference?solution?for?user?decision?making.

    Key?words:CKAIC;concept?lattice;heterogeneous?resource;context?ontology;context?awareness;user?decision

    情境是知識(shí)得以有效生產(chǎn)創(chuàng)造、組織存儲(chǔ)和感知應(yīng)用的樞紐和靈魂[1]。雖然現(xiàn)實(shí)世界中的知識(shí)常處于離散分布狀態(tài)中,造成了知識(shí)情境信息的分布異構(gòu)性,但是卻可以在集成情境協(xié)同知識(shí)構(gòu)建(Collaborative?Knowledge?Architecture?Integrating?Context,CKAIC)中將其整合起來(lái),為用戶(hù)所感知應(yīng)用[1-2]。尤其是在結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化這兩種異構(gòu)資源之中,前者往往蘊(yùn)含著描述事物持久屬性或可完成通用任務(wù)的情境信息,后者則往往蘊(yùn)含著描述事物即時(shí)狀態(tài)特征或可解決具體問(wèn)題的情境信息,在內(nèi)容上具有功能互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì),需要綜合集成才能構(gòu)建出一個(gè)可供用戶(hù)感知應(yīng)用的情境本體(Context?Ontology),為其決策制定提供一個(gè)比較完整的解決方案[3-4]。

    CKAIC是為應(yīng)對(duì)協(xié)同知識(shí)管理和集成情境知識(shí)管理挑戰(zhàn)而提出的一種知識(shí)協(xié)同構(gòu)建模式和策略,至今單獨(dú)加以研究的成果非常少。所以,本文試圖根據(jù)概念格對(duì)異構(gòu)資源進(jìn)行CKAIC的支持,從面向用戶(hù)感知應(yīng)用的情境本體構(gòu)建視角,來(lái)開(kāi)啟CKAIC研究。

    1?CKAIC基于概念格整合異構(gòu)資源構(gòu)建情境本體的可行性與方法

    主題詞表和文本資源具有典型的異構(gòu)性,能夠分別代表結(jié)構(gòu)化資源和非結(jié)構(gòu)化資源用于CKAIC的情境本體構(gòu)建。下面就以其作為概念格整合的對(duì)象加以情境本體構(gòu)建方法分析。

    1.1?基于概念格整合異構(gòu)資源構(gòu)建情境本體的可行性分析

    基于概念對(duì)象與屬性關(guān)聯(lián)的知識(shí)情境認(rèn)知機(jī)理表明:在面向用戶(hù)感知應(yīng)用的情境本體構(gòu)建過(guò)程中,以形式概念分析(Formal?Concept?Analysis,F(xiàn)CA)為基礎(chǔ)的概念格(Concept?Lattice)不僅能使具有相同對(duì)象域或?qū)傩杂虻漠悩?gòu)資源得到CKAIC,而且還能夠在整合這兩大基礎(chǔ)性異構(gòu)資源過(guò)程中,通過(guò)對(duì)其相關(guān)概念對(duì)象G與屬性M之間所存在的IG×M關(guān)系的可視化呈現(xiàn),構(gòu)建出各自的形式背景(G,M,I),并在并疊置運(yùn)算和屬性約簡(jiǎn)中構(gòu)造出可集成兩者綜合情境的概念格L(G,M,I),進(jìn)而轉(zhuǎn)化成滿(mǎn)足用戶(hù)感知應(yīng)用的情境本體[5-6]。情境本體的具體構(gòu)建過(guò)程可按圖1模型加以展開(kāi)。

    1.2?基于概念格整合異構(gòu)資源構(gòu)建情境本體的方法

    來(lái)自于異構(gòu)資源的情境信息具有分布性、多源性、動(dòng)態(tài)性、不確定性等特征[7]。Krishnamoorthy?S[8]認(rèn)為要想使這些復(fù)雜的情境信息得到建模,就需要對(duì)其進(jìn)行可比較性的數(shù)據(jù)合并、一致性的關(guān)聯(lián)組織和可進(jìn)化性、可擴(kuò)展性、互操作性、靈活性、通用性的機(jī)器可解釋表示。而這些情境本體構(gòu)建需求的滿(mǎn)足,又需要綜合集成各種情境建模技術(shù)才能得以實(shí)現(xiàn)。

    在如圖1所示的情境本體構(gòu)建過(guò)程中,概念格可以在FCA中依次利用分詞工具ANSJ或ICTCAS來(lái)對(duì)異構(gòu)資源進(jìn)行規(guī)范化數(shù)據(jù)處理,構(gòu)建各自的形式背景,并經(jīng)過(guò)并疊置運(yùn)算、屬性約簡(jiǎn)和協(xié)調(diào)集判斷后;再運(yùn)用概念格建格工具ConExpt或Lattice?Miner使異構(gòu)資源形式背景得到統(tǒng)一的概念格構(gòu)造和情境的綜合集成,最后使用本體建模工具Protégé或KAON對(duì)目標(biāo)概念格加以本體構(gòu)建,并選用本體描述語(yǔ)言O(shè)WL對(duì)編輯好的情境本體給予體系結(jié)構(gòu)描述[6,9]。這樣,概念格便能在各種情境建模技術(shù)提供的高效組織機(jī)制下,不但會(huì)使異構(gòu)資源得到CKAIC,而且構(gòu)建出的情境本體也會(huì)得到有序的語(yǔ)法排列、語(yǔ)義互聯(lián)的導(dǎo)入和屬性協(xié)調(diào)的情境集成,可為用戶(hù)情境進(jìn)化推理、適應(yīng)配置、感知應(yīng)用提供明確的概念層次結(jié)構(gòu)、類(lèi)屬分明的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系、內(nèi)容豐富的語(yǔ)義信息,為CKAIC的情境感知系統(tǒng)建立提供適配性應(yīng)用的情境本體[10-12]。

    2?異構(gòu)資源形式背景的構(gòu)建與屬性約簡(jiǎn)

    在異構(gòu)資源形式背景的統(tǒng)一構(gòu)建與屬性約簡(jiǎn)中,文獻(xiàn)[13]曾運(yùn)用矩陣數(shù)據(jù)處理方式,提出了一種從屬性關(guān)系獲取、真包含關(guān)系認(rèn)定到核心屬性斷定及協(xié)調(diào)集判斷的分布式屬性約簡(jiǎn)方法。但是,這種屬性約簡(jiǎn)方法對(duì)于高組合性的異構(gòu)資源形式概念分析及概念格約簡(jiǎn)來(lái)說(shuō),往往因過(guò)于復(fù)雜而需要付出昂貴的計(jì)算成本。為以示簡(jiǎn)明高效,本文仍一樣選擇一組具有相同對(duì)象域的《綜合電子政務(wù)主題詞表》及其相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)文本集合作為異構(gòu)資源的數(shù)據(jù)處理對(duì)象,并采用文獻(xiàn)[14]提出的冗余信息去除方法,對(duì)兩者并疊置運(yùn)算而生成的異構(gòu)資源形式背景進(jìn)行更加簡(jiǎn)練的屬性約簡(jiǎn)和協(xié)調(diào)集判斷,為下一步的異構(gòu)資源概念格構(gòu)造和情境本體轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。

    2.1?異構(gòu)資源的數(shù)據(jù)預(yù)處理與各自形式背景構(gòu)建

    2.1.1?結(jié)構(gòu)化資源的數(shù)據(jù)預(yù)處理與形式背景構(gòu)建

    經(jīng)過(guò)領(lǐng)域?qū)<姨釤挾傻摹毒C合電子政務(wù)主題詞表》是一種清晰、簡(jiǎn)潔、權(quán)威的分類(lèi)工具,能夠以其特有的“屬、參、分、代、族”等詞間關(guān)系,對(duì)“信息產(chǎn)業(yè)”詞族中“軟件”的相關(guān)主題詞進(jìn)行概念間關(guān)系形式化處理,構(gòu)建出以具體軟件系統(tǒng)為形式對(duì)象、以所屬類(lèi)別為形式屬性的結(jié)構(gòu)化資源形式背景K1=(G1,M1,I1),如表1所示。

    2.1.2?非結(jié)構(gòu)化資源的數(shù)據(jù)預(yù)處理與形式背景構(gòu)建

    對(duì)于以“軟件”為主題的相關(guān)文本獲取,可以根據(jù)主題詞表中的相關(guān)主題詞從網(wǎng)絡(luò)中加以非結(jié)構(gòu)化資源選擇。然后,選用ANSJ為分詞工具,濾掉停用詞、無(wú)意義的特殊符號(hào)后,便可基于詞間關(guān)聯(lián)構(gòu)建出如表2所示的非結(jié)構(gòu)化資源形式背景K2=(G2,M2,I2)。

    2.2?異構(gòu)資源形式背景的并疊置運(yùn)算

    異構(gòu)資源形式背景的合并是其屬性約簡(jiǎn)的前提,應(yīng)對(duì)K1與K2進(jìn)行橫向合并,合并對(duì)象域相同、屬性項(xiàng)不同的兩者形式背景,并疊置運(yùn)算后的異構(gòu)資源形式背景可表示為K=(G,M,I),其中G=G1∪G2,M=M1∪M2,I=I1∪I2,如表3所示。

    2.3?異構(gòu)資源形式背景的屬性約簡(jiǎn)與協(xié)調(diào)集判斷

    在異構(gòu)資源形式背景(G,M,I)中,如果以ga(a=1,2,…,9)代表對(duì)象,以mb(b=1,2,…,11)代表屬性(兩者均為有限集合,各對(duì)象ga和屬性mb名稱(chēng)已在表中分別給出標(biāo)注);那么,為了剔除其中絕對(duì)不必要的屬性,以核心和相對(duì)必要的屬性來(lái)精練地反映其綜合情境,就需要應(yīng)用概念格約簡(jiǎn)技術(shù)對(duì)形式背景(G,M,I)加以冗余信息去除和屬性集協(xié)調(diào),以便獲得一個(gè)適當(dāng)復(fù)雜度和大小的概念格來(lái)更加精練地反映情境本體的結(jié)構(gòu)[14]。

    2.3.1?冗余信息去除的異構(gòu)資源形式背景屬性約簡(jiǎn)

    定理1[14]:在形式背景(G,M,I)中,若g、h∈G,且g′=h′,那么g和h便可由單一代表性對(duì)象替換;若m、n∈M,且m′=n′,那么m和n也可以用一個(gè)代表性的屬性來(lái)代替。由此,便可刪除形式背景(G,M,I)中的冗余信息,并以約簡(jiǎn)的屬性來(lái)簡(jiǎn)明地反映其概念格和情境本體的結(jié)構(gòu)。

    合并替代。經(jīng)過(guò)冗余信息m6與m10的刪除,m4對(duì)m5、g9對(duì)g10的替代,由此獲得的屬性約簡(jiǎn)形式背景K′不僅可以生成一個(gè)與原始信息結(jié)構(gòu)同構(gòu)的概念格,而且還能獲得一個(gè)精簡(jiǎn)的屬性集,來(lái)對(duì)異構(gòu)資源所包含的綜合情境加以更簡(jiǎn)明表示。如表4所示。

    2.3.2?約簡(jiǎn)后異構(gòu)資源形式背景的屬性協(xié)調(diào)集判斷

    在約簡(jiǎn)后的形式背景K′中,由于屬性m6與m10完全可由m2代替,可確定為絕對(duì)不必要的屬性;而m4與m5可以相互替代,可確定為相對(duì)必要的屬性;余下的m1、m2、m3、m7、m8、m9、m11便成為了不可約簡(jiǎn)的核心屬性。

    在上述對(duì)異構(gòu)資源形式背景的屬性進(jìn)行3類(lèi)分組約簡(jiǎn)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)領(lǐng)域?qū)<业膮⑴c,還能對(duì)屬性值相同的非絕對(duì)不必要屬性進(jìn)行再度協(xié)調(diào)集判斷,將相對(duì)必要屬性與核心屬性劃分成{m1,m2,m3,m4,m7,m8,m9,m11}、{m1,m2,m3,m5,m7,m8,m9,m11}兩個(gè)屬性協(xié)調(diào)集。這不但使異構(gòu)資源所含的綜合情境得到更加明確的表示,也為其概念格簡(jiǎn)明構(gòu)建提供了保障。

    3?CKAIC用戶(hù)感知應(yīng)用的情境本體構(gòu)建

    異構(gòu)資源經(jīng)過(guò)形式背景合并和屬性約簡(jiǎn)與協(xié)調(diào)集判斷后,其包含的綜合情境還需要再經(jīng)過(guò)概念格構(gòu)造,才能轉(zhuǎn)化為CKAIC用戶(hù)感知應(yīng)用的情境本體。

    3.1?異構(gòu)資源概念格的構(gòu)造與集成情境分析

    3.1.1?異構(gòu)資源概念格構(gòu)造

    本文選擇Concept?Explorer中的ConExp-1.3版本作為構(gòu)造概念格的工具,來(lái)對(duì)屬性約簡(jiǎn)后的異構(gòu)資源形式背景K′加以輸入和顯示形式的調(diào)整;然后根據(jù)相應(yīng)規(guī)則將其轉(zhuǎn)換為異構(gòu)資源的概念格LK′=(G,M,I)。計(jì)算機(jī)可根據(jù)輸入的形式背景自動(dòng)生成如圖2所示異構(gòu)資源概念格Hasse圖。

    3.1.2?異構(gòu)資源概念格集成情境分析

    在異構(gòu)資源融合生成的概念格Hasse圖中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表1個(gè)概念,概念的內(nèi)涵、外延分別由黑色、白色背影表示。將結(jié)構(gòu)化資源、非結(jié)構(gòu)化資源與異構(gòu)資源整合后的概念格相比,可以發(fā)現(xiàn)屬性約簡(jiǎn)后的異構(gòu)資源概念格共有大小不等的15個(gè)節(jié)點(diǎn),各個(gè)節(jié)點(diǎn)的大小和相互間連線(xiàn)的多少代表了每個(gè)概念在整個(gè)集成情境中的相對(duì)比重和語(yǔ)義豐富度,從而體現(xiàn)出“軟件”相關(guān)概念間具有更加豐富的語(yǔ)義信息、鮮明的層次結(jié)構(gòu)、隱含的關(guān)聯(lián)關(guān)系、綜合的集成情境。

    3.2?基于異構(gòu)資源概念格轉(zhuǎn)化的情境本體構(gòu)建

    經(jīng)過(guò)屬性約簡(jiǎn)的異構(gòu)資源概念格LK′只有將其所有概念節(jié)點(diǎn)及其屬性的偏序關(guān)系完全對(duì)等地映射到CKAIC的情境本體中,才能將其所包含的綜合情境集成起來(lái),也才能轉(zhuǎn)化成一個(gè)滿(mǎn)足用戶(hù)感知應(yīng)用的情境本體,并用面向?qū)ο驡的網(wǎng)絡(luò)約束形式加以表示。

    3.2.1?異構(gòu)資源概念格轉(zhuǎn)化成情境本體的規(guī)則

    將異構(gòu)資源概念格LK′轉(zhuǎn)化為CKAIC的情境本體,可依次采用如下的映射規(guī)則[15]:①將目標(biāo)概念LK′各節(jié)點(diǎn)所代表的概念全內(nèi)涵和全外延地映射為情境本體中對(duì)應(yīng)的概念;②將每個(gè)概念的屬性ma和對(duì)象ga分別映射為情境本體的相應(yīng)屬性和實(shí)例;③將概念格LK′中所存在的偏序關(guān)系RI={(cab)e×f,e∈a,f∈b}對(duì)等地映射為情境本體中概念的分類(lèi)關(guān)系。以使處于不同類(lèi)別中的不同對(duì)象分別得到所屬領(lǐng)域的概念定義、屬性類(lèi)分、功能界定和彼此之間兼容性的類(lèi)層劃分及其具體關(guān)聯(lián)關(guān)系建立,使處于同一類(lèi)別中的同一對(duì)象得到與子類(lèi)及其所具有屬性和功能的進(jìn)一步關(guān)聯(lián),使其在與所涉及概念之間進(jìn)行內(nèi)涵與外延的全方位擴(kuò)展,以充實(shí)其應(yīng)有的屬性、功能和應(yīng)盡的關(guān)聯(lián),并基于網(wǎng)絡(luò)約束加以表示。這些均可在圖3的情境本體圖示中得到進(jìn)一步說(shuō)明與驗(yàn)證。

    3.2.2?CKAIC用戶(hù)感知應(yīng)用的情境本體構(gòu)建

    在CKAIC構(gòu)建感知應(yīng)用的情境本體過(guò)程中,可以選用本體構(gòu)建工具Protégé3.4,并遵守上述這種全方位對(duì)等的本體映射規(guī)則,將存在于目標(biāo)概念格LK*中的概念數(shù)量及其關(guān)聯(lián)關(guān)系、層次結(jié)構(gòu)完整地復(fù)制到轉(zhuǎn)化而來(lái)的情境本體之中,以使異構(gòu)資源所包含的綜合情境也能得到完整的集成,并用如圖3所示的網(wǎng)絡(luò)約束形式加以表示,這就為用戶(hù)基于圖例所示的關(guān)系進(jìn)行感知應(yīng)用地制定決策提供各種參考的解決方案[4,16]。

    3.2.3?情境本體的適配性應(yīng)用解析

    為了驗(yàn)證CKAIC基于概念格整合異構(gòu)資源構(gòu)建情境本體的適配性應(yīng)用效果,需要將其與單一資源構(gòu)建的本體進(jìn)行詞重率、增詞率、漏詞率對(duì)比。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,整合異構(gòu)資源構(gòu)建的情境本體共有9個(gè)概念,全部來(lái)自于非結(jié)構(gòu)化資源;而結(jié)構(gòu)化資源有3個(gè)概念,與異構(gòu)資源交叉的概念為2個(gè),共有的概念為10個(gè),不屬于結(jié)構(gòu)化資源的新概念為7個(gè)。由此可以計(jì)算出情境本體與結(jié)構(gòu)化資源的詞重率為20%、增詞率約為233%、漏詞率約為33.33%,說(shuō)明兩者共有的概念在情境本體占比很少,絕大部分概念來(lái)自非結(jié)構(gòu)化資源的貢獻(xiàn),結(jié)構(gòu)化資源中僅有概念{操作系統(tǒng)}未被情境本體獲取。同樣,還可以計(jì)算出情境本體與非結(jié)構(gòu)化資源的詞重率為100%、增詞率和漏詞率均為0,說(shuō)明非結(jié)構(gòu)化資源的全部概念被情境本體所吸納,且增加了概念{操作系統(tǒng)}的屬性,一并用于增強(qiáng)情境本體的語(yǔ)義豐富度和對(duì)用戶(hù)感知應(yīng)用時(shí)的適配性。

    由此可見(jiàn),基于概念格整合異構(gòu)資源構(gòu)建出的情境本體,能夠以豐富的語(yǔ)義信息,為CKAIC用戶(hù)提供如情境本體圖例所示的由何人、基于何種關(guān)系、采用何種方法和標(biāo)準(zhǔn)及方式、來(lái)完成何種任務(wù)的適配性感知應(yīng)用能力,從而為用戶(hù)決策制定提供可參考的解決方案。

    4?結(jié)論與展望

    CKAIC是一個(gè)未曾得到比較系統(tǒng)研究過(guò)的復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)。它的情境本體構(gòu)建雖然能夠使具有共同語(yǔ)義基礎(chǔ)的異質(zhì)本體得到跨越多領(lǐng)域的協(xié)同知識(shí)地圖構(gòu)建,為不同領(lǐng)域知識(shí)信息的溝通交流和關(guān)聯(lián)應(yīng)用提供一個(gè)共享和通用的理解[17];但是,面向情境感知系統(tǒng)的CKAIC還需要集成多模態(tài)傳感器、分類(lèi)器等情境感知中間件,構(gòu)建一個(gè)人機(jī)適應(yīng)性交互的情境認(rèn)知技術(shù)系統(tǒng)[18],以對(duì)來(lái)自于用戶(hù)、環(huán)境等各類(lèi)實(shí)體的多模態(tài)顯隱情境信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)感知的情境本體構(gòu)建,以便用戶(hù)可以對(duì)CKAIC的情境本體產(chǎn)生“六何”(即何人于何時(shí)何地為何事采取何方法來(lái)達(dá)到何目的)[19]感知的適配性利用,支持用戶(hù)對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行個(gè)性化、主動(dòng)化的情境感知決策[12,20]。這正是今后有待進(jìn)一步研究的主題。

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    (責(zé)任編輯:郭沫含)

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