如何加強知識的共享與重用

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為了理解什么是本體知識系統(tǒng)，讓我們首先看看什么是“本體”，什么是“知識系統(tǒng)”。

本體(Ontology)理論屬于人工智能的內(nèi)容理論范疇，研究特定領(lǐng)域知識的對象分類、對象屬性和對象間的關(guān)系，它為領(lǐng)域知識的描述提供術(shù)語。簡單說，可以將本體理解為公共認同的關(guān)于領(lǐng)域知識的明確描述。知識系統(tǒng)(Knowledge-based Systems)是人工智能學(xué)科最重要的工業(yè)化和商業(yè)化產(chǎn)物，由專家系統(tǒng)、知識密集型的信息系統(tǒng)等發(fā)展而成，它運用知識輔助人們進行問題求解。簡單說，可以將知識系統(tǒng)理解為能夠自動運用知識解決問題的計算機系統(tǒng)。

因此，所謂本體知識系統(tǒng)(Ontology-based Knowledge Systems)，首先是一種知識系統(tǒng)，并且其中的知識是用本體描述的; 即利用本體對知識進行表達、組織和再組織，并深入地運用知識進行問題求解的計算機系統(tǒng)。

本體知識系統(tǒng)的作用

那么，為什么要構(gòu)建本體知識系統(tǒng)呢？或者說，本體知識系統(tǒng)有什么作用呢？這還得從本體的作用以及知識系統(tǒng)的作用說起。

在特定的領(lǐng)域或組織中，擁有不同背景、持不同觀點和目的的人員之間，需要一個統(tǒng)一的框架或是規(guī)范模型來表示領(lǐng)域或組織相關(guān)的知識，以減少概念或術(shù)語上的歧義，使人與人之間的理解和交流成為可能，并保持語義上的一致性，從而達到知識的共享。這一統(tǒng)一的框架或規(guī)范模型即本體，它可以有效地進行知識表達、知識查詢，或不同領(lǐng)域知識的語義消解。此外，這些共享的知識，其最終目的還是應(yīng)用于解決問題，并且我們希望，即使在沒有領(lǐng)域?qū)＜业那闆r下，計算機也能夠自動地反復(fù)運用相關(guān)的領(lǐng)域知識解決各種實際的問題，即通過知識重用提高問題求解的質(zhì)量和效率。實現(xiàn)這類知識重用的系統(tǒng)即基于知識的系統(tǒng)，它通過知識表示和基于知識的推理技術(shù)自動化地運用知識輔助人們進行問題求解。

系統(tǒng)框架

本體知識系統(tǒng)一般要求有支持本體的多種表示語言和存儲形式，且滿足以下基本功能: 本體知識獲取，即如何獲得用本體描述的領(lǐng)域知識; 本體知識管理，即對系統(tǒng)中的不同本體或本體的不同版本進行管理; 本體知識服務(wù)，即提供面向應(yīng)用的語義級知識服務(wù)。

附圖給出了一種本體知識系統(tǒng)框架。其中，本體知識獲取的主要功能包括Web語料的獲取、文檔分析、本體學(xué)習(xí)、專家交互環(huán)境，最終建立滿足應(yīng)用需求的高質(zhì)量領(lǐng)域本體。本體知識管理提供對已有本體的管理和修改編輯，包括本體映射、一致性檢測、本體版本管理等。本體知識服務(wù)的主要功能包括基于本體的推理，以及服務(wù)發(fā)現(xiàn)、匹配和組合，實現(xiàn)面向應(yīng)用的語義級知識服務(wù)。

關(guān)鍵技術(shù)

●  本體描述語言

本體描述語言是本體知識系統(tǒng)的基礎(chǔ)，定義了系統(tǒng)中知識表示的語言規(guī)范; 它不僅要具有豐富而直觀的表達能力，而且用它表示的本體要能方便地被計算機理解、處理和應(yīng)用。2004年2月10日，萬維網(wǎng)聯(lián)盟正式發(fā)布了支持語義網(wǎng)的兩個技術(shù)標準:資源描述語言（RDF）和Web本體語言（OWL），即對信息資源進行語義描述的語言規(guī)范。其中，OWL是目前本體的標準描述語言，它建立在RDF基礎(chǔ)上，以XML為書寫工具，主要用來表達需要計算機應(yīng)用程序來處理文件中的知識信息。

●  本體構(gòu)建

本體構(gòu)建是本體知識獲取的核心，即從某個領(lǐng)域中抽取知識，形成描述該領(lǐng)域數(shù)據(jù)的語義概念、實例和其間的關(guān)系。最常見的本體構(gòu)建方法大多采用手工方式。目前，越來越的研究開始嘗試在本體構(gòu)建中采用半自動化的機制，即由計算機通過本體學(xué)習(xí)給出領(lǐng)域本體的雛形，輔助知識工程師快捷高效地生成本體。

●  本體映射

本體映射，也稱做本體匹配，在本體知識管理和本體知識服務(wù)中都起到至關(guān)重要的作用。通過本體映射，可以在多個本體之間找到語義相同或相似的對應(yīng)元素，從而在多個本體之間建立語義聯(lián)系，消除不同本體或本體不同版本之間知識表達時的不一致現(xiàn)象，進而達到真正意義上的知識共享。

●  本體演化

在本體知識系統(tǒng)中，本體知識不是一成不變的; 尤其是在科技發(fā)展日新月異的今天，本體要能具備面對不斷產(chǎn)生的變化的適應(yīng)能力，或者說要與時俱進。本體演化的需求主要包括: (1) 解決本體變化的問題，并確保底層本體和所有相關(guān)本體的一致性; (2) 能讓用戶方便地監(jiān)控和管理變化; (3) 由于相同的本體可能由不同的用戶分別修改，因此需要經(jīng)常將同一本體的不同版本再次集成; (4) 應(yīng)能向用戶提供反復(fù)本體精化的建議。

鏈接

典型的本體知識系統(tǒng)

●  Protégé

美國斯坦福大學(xué)開發(fā)的Protégé是一個基于Java的免費開源平臺，其核心是本體編輯器。它采用的可擴展的體系結(jié)構(gòu)使得它非常容易添加和整合新的功能，這些新功能以插件（Plug-In）方式加入系統(tǒng)。利用Protégé及其插件，可以方便地構(gòu)建本體知識系統(tǒng)。

●  KAON

德國Karlsruhe大學(xué)開發(fā)的本體開發(fā)套件是一個面向語義驅(qū)動業(yè)務(wù)處理流程的開放源碼本體知識管理架構(gòu)，它提供了一個完整的實現(xiàn)，可以幫助領(lǐng)域工程師較為容易地對本體進行管理和應(yīng)用。其最大特色是具有較高的效率和能支持本體的大規(guī)模應(yīng)用。

●  KMSphere

中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所智能科學(xué)實驗室研制的知識管理系統(tǒng)KMSphere可以輔助用戶創(chuàng)建、管理領(lǐng)域本體，并提供通用的知識查詢語言和知識服務(wù)機制支持面向應(yīng)用的語義級知識服務(wù)。KMSphere的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

●  Cyc系統(tǒng)

Cyc系統(tǒng)是美國微電子與計算機技術(shù)有限公司（MCC）研制的大規(guī)模本體知識系統(tǒng)，其目標是開發(fā)本體，進行常識推理。Cyc系統(tǒng)中本體按照模塊組織，稱為微理論。每個微理論包括某一特定領(lǐng)域知識和推理所需的概念，某一領(lǐng)域本體可能包括多個微理論，以反應(yīng)該領(lǐng)域建模的不同側(cè)面和前提。(CCW-2007年11月26日第45期 B14)