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1 知 识 网 格 环 境 诸 葛 海 知 识 网 格 环 境 将 成 为 与 科 学 技 术 文 化 和 社 会 共 同 演 化 的 人 机 互 联 环 境 追 求 知 识 网 格 环 境 的 理 想 知 识 网 格 环 境 首 先 是 一 个 自 主 的 人 机 互 联 环 境 现 有 的 技 术 如 : 互 联 网 网 格 知 识 发 现 信 息 检 索 问 题 回 答 人 工 智 能 等 技 术 可 以 为 研 究 和 实 现 知 识 网 格 环 境 提 供 参 考 技 术, 但 并 非 是 现 有 技 术 的 简 单 叠 加 下 面 的 陈 述 有 助 于 我 们 了 解 知 识 网 格 环 境 知 识 网 格 环 境 知 识 发 现 + 网 格 ; 知 识 网 格 环 境 知 识 库 + 网 格 ; 知 识 网 格 环 境 分 布 式 知 识 库 ; 知 识 网 格 环 境 分 布 式 数 据 挖 掘 知 识 网 格 环 境 包 括 自 主 的 个 体, 自 组 织 的 社 区, 自 适 应 的 网 络 机 制, 一 个 演 化 的 语 义 覆 盖 层 用 来 反 映 个 体 间 的 语 义 关 系, 实 现 动 态 资 源 共 享 的 流, 支 持 有 效 资 源 管 理 以 及 能 为 问 题 求 解 和 群 体 创 新 提 供 恰 当 知 识 服 务 的 机 制 知 识 网 格 环 境 的 主 要 研 究 对 象 是 其 结 构 和 功 能 个 体 间 的 关 系 社 区 间 的 关 系 以 及 环 境 与 社 会 经 济 发 展 间 的 关 系 它 有 以 下 特 点 : 自 主 性 在 微 观 上, 环 境 中 的 个 体 自 主 地 获 取 创 造 和 共 享 知 识 并 根 据 社 会 经 济 发 展 来 运 行 在 宏 观 上, 个 体 通 过 交 互 和 自 主 的 知 识 共 享 自 组 织 成 社 区 演 化 性 在 微 观 上, 组 织 知 识 的 个 体 结 构 ( 数 据 模 型 ) 自 动 生 成 并 根 据 个 人 知 识 的 增 长 和 多 样 性 向 越 来 越 个 性 化 的 方 向 演 化 在 宏 观 上, 环 境 的 支 撑 网 络 的 结 构 可 以 根 据 知 识 共 享 的 互 联 特 征 自 适 应 地 调 整 多 学 科 方 法 学 方 法 学 的 构 建 要 求 对 互 联 网 软 件 系 统 及 其 方 法 学 作 重 新 思 考, 需 要 结 合 认 识 论 和 本 体 论 来 反 映 人 类 认 识 特 征, 运 用 多 学 科 ( 如 : 管 理 科 学 生 态 学 和 经 济 学 原 理 ) 研 究 成 果, 并 吸 收 互 联 网 发 展 所 产 生 的 技 术 和 方 法 中 国 科 学 院 计 算 所 知 识 网 格 研 究 组 一 直 致 力 于 追 求 知 识 网 格 的 理 想 于 2001 年 开 发 出 基 于 Web 的 知 识 网 格 系 统 雏 型 用 于 Web 知 识 管 理 和 检 索, 并 在 2002 年 5 月 发 表 了 知 识 网 格 的 初 步 理 念 [12] 2004 年 1 月 较 为 全 面 地 阐 述 了 知 识 网 格 环 境 的 理 念 [15] 同 年 12 月 出 版 知 识 网 格 领 域 的 第 一 本 专 著 [16], 较 为 系 统 地 论 述 了 知 识 网 格 方 法 学 及 相 关 技 术 2005 年 发 起 系 列 国 际 会 议 SKG (International Conference on Semantics, Knowledge and Grid, ), 目 前 已 成 功 举 办 3 届, 第 4 届 将 在 2008 年 12 月 在 北 京 举 行, 为 推 动 知 识 网 格 领 域 的 形 成 和 发 展 做 出 了 贡 献 2007 年 底 发 表 专 著 The Web Resource Space Model [23] 千 里 之 行, 始 于 足 下 近 年 来 我 们 一 直 从 事 知 识 网 格 的 基 础 研 究, 迄 今 主 要 研 究 进 展 体 现 在 以 下 方 面 : 资 源 空 间 模 型 基 于 分 类 语 义 对 各 种 知 识 资 源 进 行 有 效 组 织 的 规 范 化 的 语 义 数 据 模 型 [16, 23] 语 义 链 网 络 模 型 基 于 链 接 语 义 组 织 各 种 知 识 资 源 并 支 持 关 系 查 询 和 关 系 推 理 的 自 组 织 语 义 数 据 模 型 [16,19] 提 出 资 源 空 间 模 型 语 义 链 网 络 模 型 数 据 库 和 语 义 互 联 网 本 体 语 言 的 集 成 方 法, 为 互 联 网 智 能 应 用 提 供 语 义 平 台 1

2 知 识 流 网 络 自 组 织 的 动 态 知 识 共 享 过 程 模 型 [16, 24] 知 识 网 格 方 法 学 知 识 网 格 的 科 学 问 题 及 研 究 方 法 [16] 分 散 式 语 义 覆 盖 层 支 持 分 散 式 智 能 应 用 的 各 种 对 等 网 语 义 索 引 覆 盖 层 [18, 20, 21, 22] 互 联 语 义 学 研 究 互 联 网 环 境 中 的 语 义 问 题 此 外, 我 们 还 开 展 了 知 识 网 格 在 文 化 和 科 学 研 究 领 域 的 应 用, 将 理 想 与 现 实 联 系 起 来 国 家 重 大 基 础 研 究 计 划 973 语 义 网 格 的 基 础 理 论 模 型 与 方 法 于 2004 年 正 式 立 项, 及 时 支 持 了 该 方 向 的 研 究 四 年 来 的 实 践 证 明, 该 项 目 的 实 施 明 显 地 提 升 了 我 国 在 该 领 域 的 国 际 竞 争 力 基 于 Web 2.0 的 知 识 网 格 : 大 规 模 交 互 知 识 互 联 网 知 识 网 格 的 实 现 并 不 一 定 需 要 网 格 平 台 也 不 一 定 需 要 高 性 能 计 算 机 Web 对 等 网 络 和 局 域 网 均 可 作 为 实 现 知 识 网 格 的 支 撑 平 台 Web 1.0 须 要 信 息 的 发 布 者 用 HTML 来 表 达, 因 而 它 对 普 通 用 户 来 说 是 一 个 只 读 的 信 息 网 络 Web 2.0 是 一 个 对 普 通 用 户 来 说 可 读 可 写 的 互 联 网, 它 为 现 阶 段 实 现 知 识 网 格 提 供 了 一 个 大 规 模 群 体 参 与 的 交 互 式 信 息 共 享 支 撑 平 台 基 于 Web 2.0 构 建 的 知 识 网 格 可 以 实 现 如 下 功 能 : (1) 自 动 聚 集 关 联 知 识, 包 括 : 根 据 Tag 其 关 联 信 息 和 常 识 自 动 发 现 内 容 之 间 知 识 贡 献 者 之 间 知 识 贡 献 者 与 享 用 者 之 间, 以 及 知 识 贡 献 者 与 元 信 息 之 间 的 语 义 关 系 并 用 语 义 链 表 示 出 来 形 成 一 个 内 容 语 义 链 网 语 义 链 网 络 模 型 可 以 用 来 对 此 实 施 有 效 的 管 理 自 动 对 文 本 进 行 聚 类 从 而 构 建 关 于 内 容 的 分 类 层 次 ( 资 源 空 间 模 型 可 以 用 来 有 效 地 管 理 这 种 分 类 内 容 ) 自 动 在 语 义 链 网 络 上 发 现 社 区 结 构, 特 别 是 语 义 社 区 结 构 (2) 自 动 收 集 问 题 及 其 解 答 的 知 识 (3) 基 于 网 络 内 容 语 义 链 网 络 与 关 系 推 理 的 分 布 式 关 系 查 询 (4) 能 用 关 联 知 识 来 解 释 内 容 用 问 题 求 解 知 识 来 解 释 内 容 和 关 联 知 识 用 关 联 知 识 来 完 善 补 充 问 题 求 解 知 识 的 机 制 (5) 信 息 共 享 激 励 机 制 促 使 关 联 知 识 的 不 断 演 化 (6) 资 源 组 织 结 构 可 扩 展 并 能 适 应 社 区 语 义 的 演 化 这 样 一 种 结 构 与 查 询 间 是 松 耦 合 的 关 系 Web 2.0 将 传 统 知 识 工 程 中 由 知 识 工 程 师 完 成 的 知 识 获 取 工 作 改 变 为 知 识 的 群 体 奉 献, 实 现 : 我 为 人 人, 人 人 为 我 的 知 识 共 享 理 念 知 识 网 格 环 境 中 的 个 体 模 型 形 形 色 色 的 个 体 和 群 体 组 成 了 我 们 这 个 世 界 60 多 年 前,Vannevar Bush 提 出 了 Memex 的 理 念, 一 种 能 够 存 贮 书 籍 唱 片 各 种 交 流 信 息 并 可 提 供 快 速 灵 活 咨 询 服 务 的 设 备 [4] 通 用 计 算 机 和 互 联 网 的 发 明 基 本 实 现 了 这 个 理 想 什 么 是 计 算 机 世 界 中 的 个 体? 计 算 机 科 学 家 已 经 运 用 抽 象 发 明 了 许 多 个 体 模 型 面 向 对 象 程 序 设 计 及 其 开 发 方 法 用 对 象 和 类 的 概 念 来 统 一 多 样 的 抽 象 方 法 简 化 复 杂 客 观 世 界 的 概 念 建 模 过 程 [3] 在 计 算 机 科 学 的 历 史 中, 数 据 同 程 序 分 离 是 非 常 重 要 的 理 念, 它 极 大 地 推 动 了 数 据 结 构 和 算 法 的 研 究 发 展 2

3 图 灵 奖 获 得 者 Jim Gray 提 出 了 个 人 Memex 和 社 会 Memex 的 观 念 [7] 个 人 Memex 能 够 记 录 每 个 人 的 所 见 所 闻, 并 且 能 够 按 需 快 速 得 到 任 何 所 需 要 的 信 息 而 社 会 Memex 可 以 像 领 域 专 家 一 样 准 确 而 迅 速 地 回 答 关 于 给 定 文 本 ( 或 艺 术 作 品 音 乐 和 电 影 等 ) 的 问 题 并 进 行 归 纳 总 结 什 么 是 知 识 网 格 环 境 的 个 体 和 群 体? 它 们 的 结 构 和 功 能 是 怎 样 的? 它 们 是 如 何 产 生 和 演 化 的? 它 们 又 是 如 何 自 组 织 来 完 成 任 务 的? 文 档 是 人 类 知 识 的 主 要 载 体 计 算 机 科 学 家 一 直 致 力 于 研 究 如 何 从 文 档 中 提 取 知 识, 但 并 非 易 事, 因 为 大 量 知 识 是 隐 藏 于 其 中 的 一 个 很 有 趣 的 方 法 是 在 文 档 形 成 过 程 中 就 将 知 识 从 文 档 中 分 离 出 来, 这 就 需 要 对 文 档 本 身 进 行 重 大 改 进 和 创 新 主 动 文 档 框 架 ADF 的 提 出 就 是 一 种 尝 试, 它 使 文 档 具 备 了 主 动 地 提 供 信 息 服 务 的 基 础 [14] 软 设 备 概 念 的 提 出 是 用 来 对 未 来 互 联 环 境 中 各 种 被 动 或 主 动 的 资 源 进 行 统 一 建 模 的 [13] 下 面 是 我 们 提 出 的 个 体 模 型 ME ( 我, 也 是 Memex Extension 的 缩 写 ) 的 概 念 : ME 是 一 种 可 配 置 自 适 应 和 知 晓 上 下 文 环 境 的 服 务 机 制, 它 能 模 拟 各 种 类 型 的 网 络 资 源, 可 以 作 为 分 布 式 网 络 软 件 和 设 备 的 宿 主 一 个 ME 可 以 有 选 择 地 继 承 另 外 一 个 ME 的 功 能, 并 且 多 个 ME 可 以 组 合 成 为 一 个 具 有 丰 富 功 能 的 新 ME 目 前 的 搜 索 引 擎 ( 如 Google) 无 法 根 据 需 求 进 行 功 能 继 承, 因 此 它 们 不 是 ME 在 宏 观 上, ME 通 过 互 相 交 流 和 与 人 类 的 交 互 形 成 自 组 织, 从 而 形 成 一 个 不 断 演 化 的 ME 的 社 会 在 这 个 社 会 中 建 立 起 一 种 竞 争 机 制 将 会 帮 助 提 高 其 有 效 性 在 微 观 上,ME 通 过 信 息 流 来 合 作 完 成 任 务 信 息 封 装 在 ME 内 部, 因 此 从 ME 的 观 点 出 发, 软 件 的 行 为 与 其 结 构 是 一 致 的 根 据 这 个 定 义 目 前 的 中 间 件 还 不 是 ME ME 模 型 将 成 为 信 息 与 知 识 的 高 级 阶 段 信 息 知 识 和 软 件 最 终 将 被 统 一 成 为 ME 我 (ME) 的 世 界 ME 是 一 种 能 够 根 据 各 种 用 途 进 行 配 置 的 网 络 服 务 有 机 体, 它 能 自 动 地 寻 找 需 求 来 主 动 提 供 可 选 的 服 务, 还 能 够 根 据 变 化 做 出 相 应 调 整 ME 不 但 能 够 自 主 运 行 还 可 向 其 它 ME 提 供 服 务 可 配 置 的 特 点 使 得 早 期 的 专 用 计 算 机 发 展 为 能 够 运 行 各 种 软 件 的 通 用 计 算 机 配 置 ME 类 似 于 安 装 计 算 机 或 打 印 机 ME 的 世 界 包 括 自 组 织 的 ME 社 会 需 求 空 间 以 及 生 产 者 和 消 费 者 这 两 个 角 色 生 产 者 可 以 输 入 ME 必 要 的 内 容 并 根 据 新 的 服 务 需 求 对 其 进 行 配 置 消 费 者 可 以 享 受 由 任 何 ME 以 推 荐 和 定 制 这 两 种 方 式 提 供 的 服 务 ME 可 以 主 动 给 消 费 者 推 荐 服 务 也 可 以 接 受 用 户 订 制 从 而 提 供 长 期 服 务 ( 一 种 服 务 提 供 过 程 ) 人 们 既 可 以 通 过 输 入 相 关 资 源 的 内 容 来 产 生 ME 的 方 式 来 扮 演 生 产 者 的 角 色, 也 可 以 通 过 发 布 他 们 的 需 求 或 通 过 选 择 和 使 用 ME 来 获 得 所 需 要 的 服 务 一 个 ME 既 可 以 扮 演 消 费 者 的 角 色 又 可 以 扮 演 生 产 者 的 角 色 ME 能 够 接 受 多 个 提 供 者 的 内 容 定 义, 并 以 一 定 的 代 价 为 多 个 消 费 者 提 供 服 务 通 过 使 用 虚 拟 机 技 术 [11],ME 可 以 执 行 网 络 上 任 何 计 算 设 备 的 功 能 如 图 1 所 示,ME 的 组 成 如 下 : 探 测 器 探 测 环 境 的 容 量 和 需 求 空 间 中 的 需 求 处 理 非 形 式 的 需 求 并 把 它 们 转 换 为 更 加 规 范 的 形 式, 然 后 在 资 源 空 间 中 寻 求 解 决 方 案 或 者 自 己 采 取 适 当 的 行 动 交 互 界 面 支 持 ME 之 间 及 其 组 件 之 间 的 交 互, 它 也 支 持 生 产 者 对 内 容 进 行 定 义, 并 通 过 适 当 的 工 作 流 对 其 它 ME 提 供 服 务 解 释 器 对 需 求 信 息 知 识 和 服 务 进 行 解 释 内 置 的 工 作 流 使 得 ME 根 据 预 先 设 定 的 任 务 进 行 工 作 它 们 通 过 协 调 组 件 的 执 行 对 ME 进 行 时 间 敏 感 和 自 适 应 的 操 作 3

4 推 理 机 制 根 据 知 识 空 间 中 指 定 的 知 识 进 行 推 理 解 释 器 解 释 推 理 结 果 并 把 结 果 提 交 给 交 互 界 面 显 示 出 来 资 源 空 间 通 过 分 类 语 义 与 关 联 语 义 的 结 合 来 规 范 地 组 织 和 管 理 资 源 [16] 作 为 一 种 资 源, 知 识 被 组 织 在 知 识 空 间 中, 它 支 持 解 释 器 探 测 器 和 协 调 器 的 操 作 它 也 包 含 用 来 在 变 化 的 情 况 下 对 过 程 进 行 调 整 的 元 知 识 元 知 识 有 与 领 域 相 关 的 也 有 与 领 域 无 关 的 协 调 器 根 据 组 件 间 的 信 息 流 知 识 流 工 作 流 以 及 合 作 演 化 和 可 持 续 发 展 的 原 理 对 以 上 组 件 进 行 协 调 这 就 需 要 一 个 适 当 的 评 估 函 数 对 这 种 协 调 进 行 评 估 图 1. ME 世 界 体 系 结 构, 对 等 资 源 空 间 由 语 义 上 相 互 链 接 的 本 地 资 源 空 间 以 对 等 方 式 构 成 在 ME 的 世 界 中 没 有 集 中 控 制, 它 完 全 是 自 主 和 对 等 的 [1] ME 中 的 局 部 资 源 空 间 由 私 有 资 源 空 间 和 可 供 其 它 ME 访 问 的 共 享 资 源 空 间 组 成 所 有 的 共 享 资 源 空 间 组 成 了 对 等 网 中 的 全 局 资 源 空 间, 该 空 间 提 供 了 可 扩 展 的 资 源 定 位 和 管 理 应 用 对 需 求 空 间 进 行 初 始 化 并 在 其 中 添 加 需 求 发 布 需 求 方 在 市 场 机 制 中 需 要 支 付 费 用 并 且 还 可 以 给 出 需 求 的 初 始 价 格 已 经 满 足 的 需 求 将 被 删 除 随 着 新 ME 的 添 加 和 旧 需 求 的 删 除, 需 求 空 间 不 断 的 演 化 局 部 可 共 享 的 资 源 可 通 过 合 并 或 加 入 到 相 关 的 局 部 资 源 空 间 从 而 得 到 全 局 视 图 来 实 现 共 享, 在 全 局 视 图 中 资 源 是 统 一 分 类 的, 这 些 局 部 可 共 享 资 源 还 能 够 通 过 对 等 语 义 链 网 络 中 的 语 义 链 接 被 访 问 资 源 的 共 享 在 ME 间 建 立 了 共 生 关 系 4

5 ME 的 世 界 可 以 用 五 元 组 <MEs, Flows, Time, Relations, ϕ> 来 定 义, 一 个 ME 可 看 作 是 在 完 整 性 约 束 条 件 下 资 源 空 间 操 作 过 程 的 封 装, 即,ME=<ResourceSpace, Processes, Constraints> 或 详 细 地 描 述 为 : ME=<ResourceSpace, Operations, Detector, Interface, Explainer, Workflows, Reasoning, Coordinator, Constraints> 这 些 过 程 通 过 操 作 探 测 器 解 释 器 交 互 界 面 协 调 器 工 作 流 以 及 推 理 机 制 实 现 了 ME 的 功 能 资 源 空 间 对 信 息 知 识 和 满 足 范 式 的 其 它 资 源 进 行 规 范 和 组 织 ME 中 定 义 的 过 程 必 须 满 足 约 束 条 件 从 而 确 保 过 程 完 整 性 : 一 个 过 程 将 其 结 果 输 出 到 另 一 个 过 程 或 者 输 出 到 资 源 空 间, 也 要 确 保 一 个 过 程 的 输 入 来 自 另 一 个 过 程 或 来 自 资 源 空 间 为 提 高 效 率,ME 的 世 界 需 要 一 种 市 场 机 制 来 对 ME 所 提 供 的 服 务 进 行 定 价 交 换 评 估 和 回 馈 有 时 ME 之 间 需 要 通 过 谈 判 来 达 成 双 赢 的 解 决 方 案 ME 根 据 它 们 之 间 的 关 系 和 服 务 过 程 中 的 交 互 来 自 组 织 ME 社 会 随 着 服 务 的 变 化 新 ME 的 加 入 以 及 对 长 期 未 提 供 服 务 的 ME 的 淘 汰 而 不 断 演 化 ME 在 市 场 中 通 过 互 相 竞 争 来 贡 献 服 务 并 通 过 服 务 评 估 机 制 获 得 回 馈 ( 如 : 提 高 声 誉 等 ) 社 会 中 ME 的 等 级 分 布 在 社 会 规 则 的 限 制 下 或 许 符 合 幂 律 分 布 [2,17] 新 的 ME 可 以 通 过 从 ME 结 构 库 里 获 取 结 构 然 后 根 据 市 场 机 制 的 需 求 与 可 变 部 分 相 结 合 而 产 生 继 承 和 融 合 关 于 继 承 继 承 是 生 物 界 的 自 然 现 象 遗 传 信 息 保 持 物 种 的 进 化, 而 遗 传 信 息 变 异 导 致 物 种 的 多 样 性 在 人 类 社 会 中, 继 承 的 社 会 特 征 使 人 类 社 会 区 别 于 动 物 法 律 和 道 德 为 婚 姻 和 遗 传 设 定 条 件, 个 体 被 赋 予 继 承 其 父 母 遗 产 的 法 律 权 力 生 物 学 中 的 遗 传 是 指 关 于 支 配 性 别 染 色 体 的 基 因 遗 传 原 理 男 性 和 女 性 拥 有 不 同 的 性 染 色 体 演 化 计 算 借 鉴 了 这 一 思 想 来 实 现 优 化 求 解 作 为 一 种 特 殊 关 系, 遗 传 在 人 工 智 能 领 域 也 得 到 广 泛 研 究 [10] 继 承 在 面 向 对 象 程 序 设 计 中 起 软 件 可 重 用 的 作 用 [3] 继 承 构 成 类 层 次, 子 类 继 承 超 类 的 属 性 和 方 法 子 类 可 以 增 加 变 量 和 方 法, 也 可 以 放 弃 继 承 的 方 法 并 重 新 为 这 些 方 法 提 供 特 殊 实 现 一 种 观 点 认 为 继 承 只 能 在 类 之 间 发 生, 类 具 有 一 组 对 象 的 相 似 特 征 并 规 定 了 其 实 例 的 结 构 和 行 为 另 一 种 观 点 是 原 型 继 承 或 对 象 继 承, 认 为 一 个 原 型 代 表 了 某 些 概 念 的 缺 省 行 为, 在 基 于 原 型 的 系 统 中 没 有 类, 新 对 象 类 型 通 过 构 建 具 体 的 对 象 直 接 形 成 两 种 继 承 类 型 的 差 别 反 映 了 关 于 抽 象 表 示 的 不 同 哲 学 观 点 基 于 原 型 的 方 法 更 多 的 是 利 用 相 似 而 不 是 分 类 来 观 察 世 界 以 往 的 软 件 继 承 机 制 更 适 合 稳 定 局 部 的 环 境 如 何 在 动 态 分 布 的 环 境 中 实 现 继 承 机 制, 是 互 联 网 环 境 下 软 件 工 程 所 面 临 的 一 个 问 题 继 承 是 ME 世 界 中 产 生 新 ME 的 主 要 方 式 不 同 于 上 述 继 承 机 制,ME 继 承 本 质 上 是 动 态 的, 这 归 因 于 ME 持 续 不 断 地 演 化 不 同 时 期 从 同 一 ME 继 承 的 ME 可 能 会 有 所 不 同, 并 且 新 ME 也 将 演 化 根 据 需 要, 可 以 通 过 如 下 操 作 产 生 新 的 ME: 融 合, 用 表 示, 它 通 过 ME ME =<ResourceSpace ResourceSpace, Operation Operation, Processes Processes, Constraints Constraints > 产 生 新 的 ME, 其 中 是 两 个 资 源 空 间 的 连 接 或 融 合 [16]; 是 两 个 操 作 集 的 合 并, 也 表 示 两 个 过 程 的 融 合, 如 : 对 于 过 程 输 入 域 中 的 任 意 输 入 ξ 有 processes(ξ)=processes processes (ξ); 且 Constraints Constraints 是 对 两 个 限 制 条 件 的 逻 辑 或 运 算 5

6 ME ME =<ResourceSpace ResourceSpace, Operation Operation, Processes Processes, Constraints Constraints > 约 简, 它 将 根 据 资 源 空 间 操 作 和 过 程 约 束 来 产 生 新 的 ME 继 承, 通 过 现 有 ME 来 产 生 新 的 ME, 可 表 示 为 :New.ME ME New.ME= <ResourceSpace ΔResourceSpace, Operation ΔOperation, Detector ΔDetector, Interface ΔInterface, Explainer ΔExplainer, Workflows ΔWorkflows, Reasoning ΔReasoning, Coordinator ΔCoordinator, Constraints Constraints > 多 继 承, 允 许 一 个 新 的 ME 继 承 两 个 或 多 个 ME, 可 表 示 为 :New.(ME ME ) ME ME New.(ME ME ) = <ResourceSpace ResourceSpace ΔResourceSpace, Operation Operation ΔOperation, Detector Detector ΔDetector, Interface Interface ΔInterface, Explainer Explainer ΔExplainer, Workflows Workflows ΔWorkflows, Reasoning Reasoning ΔReasoning, Coordinator Coordinator ΔCoordinator, Constraints Constraints ΔConstraints> ME 在 时 间 继 承 性 和 多 样 性 这 三 个 维 度 上 演 化 ME 的 继 承 层 次 随 需 求 和 自 身 状 态 的 变 化 而 随 时 间 不 断 变 化, 这 种 变 化 可 导 致 其 后 代 的 社 会 状 态 的 变 化, 也 会 产 生 新 的 后 代 像 人 类 社 会 一 样, 由 ME 构 成 的 社 会 随 社 会 和 市 场 规 则 演 化, 因 为 他 们 也 需 要 和 谐 共 存 和 发 展 [13] 在 市 场 机 制 中,ME 之 间 的 继 承 具 有 如 下 社 会 特 征 : 演 化 的 ME 总 是 倾 向 提 高 其 在 社 会 中 的 等 级 ; 等 级 较 高 的 ME 在 拥 有 等 级 较 高 的 后 代 方 面 占 优 ; 如 果 ME 社 会 的 自 组 织 选 择 自 由 竞 争 机 制,ME 总 是 倾 向 使 其 市 场 利 益 最 大 化 如 果 ME 社 会 的 自 组 织 选 择 利 他 机 制,ME 总 是 倾 向 使 其 声 誉 得 到 提 升, 帮 助 他 人 可 以 更 容 易 地 获 得 他 人 的 帮 助 自 组 织 自 适 应 性 自 组 织 在 万 维 网 结 构 万 维 网 服 务 和 智 能 主 体 等 方 面 得 到 了 研 究 [2] 相 关 的 观 念 包 括 J.V. Neumann 提 出 的 自 复 制 自 动 机,SYSER 系 统 (SYstem of SElf-Reproduction, 和 多 主 体 [5] ME 由 演 化 的 服 务 空 间 和 需 求 空 间 以 及 继 承 知 识 和 信 息 流 来 自 组 织 [16] ME 之 间 互 相 竞 争, 根 据 探 测 的 需 求 提 供 服 务 并 得 到 回 馈 为 了 保 证 竞 争 的 公 平 性, 需 要 建 立 一 种 市 场 机 制 用 于 选 择 ME 并 且 符 合 逻 辑 地 组 织 ME 以 满 足 需 求 一 个 提 供 服 务 的 ME 也 可 以 在 需 求 空 间 中 提 出 需 求 来 得 到 其 它 ME 所 提 供 的 服 务 信 息 和 知 识 在 ME 之 间 流 动 以 加 强 协 同 行 为 在 一 个 大 规 模 的 ME 世 界 中 竞 争 导 致 ME 之 间 的 等 级 分 布 的 不 平 等 性 了 解 分 布 法 则 有 助 于 制 定 路 由 策 略 以 增 强 信 息 和 知 识 流 的 效 率 信 息 和 知 识 流 的 驱 动 力 是 所 有 参 与 的 ME 的 利 益 在 信 息 和 知 识 流 网 络 中,ME 的 影 响 表 现 为 它 们 做 出 决 定 参 与 市 场 竞 争 的 社 会 因 素 一 个 ME 需 要 做 出 决 策 以 便 在 其 生 命 周 期 内 按 照 ME 世 界 中 的 生 存 法 则 存 活 下 来 做 出 的 决 定 需 要 能 够 惠 及 个 体 和 群 体 为 了 使 利 益 最 大 化, 一 个 ME 需 要 改 进 其 自 身 功 能, 符 合 社 区 的 变 化 决 策 需 要 考 虑 下 面 几 个 因 素 : 调 整 的 代 价 从 提 供 服 务 到 获 得 利 润 的 时 间 以 及 提 出 需 求 并 获 得 其 它 ME 服 务 的 代 价 市 场 份 额 和 趋 势 根 据 市 场 信 息 和 竞 争 来 确 定 进 行 调 整 的 机 遇 利 润 根 据 可 能 的 市 场 份 额 和 调 整 所 需 代 价 对 利 益 进 行 评 估 6

7 决 策 的 结 果 是 实 现 新 功 能 的 规 范 协 同 机 制 将 根 据 调 整 的 目 标 重 新 组 织 其 功 能 文 化 知 识 网 格 让 壁 画 飞 天 动 起 来 敦 煌 石 窟 文 化 是 东 西 方 文 化 在 古 代 丝 绸 之 路 上 的 融 合 ME 可 以 用 来 表 现 敦 煌 洞 窟 文 化 的 内 容 图 2 表 示 了 通 过 ME 间 的 协 作 来 实 现 敦 煌 飞 天 动 画 的 过 程 使 用 一 个 三 维 资 源 空 间 来 规 范 动 画 场 景 和 各 个 ME 的 状 态 相 比 之 下, 如 果 使 用 关 系 数 据 模 型 来 规 范 动 画 场 景, 我 们 将 需 要 大 量 的 关 系 表, 而 且 还 需 要 维 护 表 与 表 之 间 的 一 致 性 使 用 资 源 空 间 模 型 还 可 提 供 对 动 画 场 景 和 本 地 资 源 的 全 局 视 图 语 义 链 用 来 建 立 角 色 间 的 关 系, 比 如 : 哪 些 角 色 ( 飞 天 ) 与 哪 些 角 色 ( 荷 花 ) 可 以 共 现, 哪 些 音 乐 可 以 配 哪 些 场 景 和 内 容, 从 而 使 得 ME 能 选 择 恰 当 的 表 现 形 式 ME 须 显 示 画 中 的 飞 天 控 制 显 示 形 状 的 大 小 随 时 监 测 自 己 目 前 的 位 置 和 其 它 飞 天 的 位 置 从 而 与 其 它 ME 保 持 协 作 不 断 调 整 运 动 模 式 来 协 同 表 现 一 个 场 景 人 可 以 通 过 鼠 标 的 点 击 和 键 盘 输 入 来 与 ME 交 互 了 解 相 关 的 故 事 历 史 演 进 和 文 献 资 料 在 展 示 内 容 时, 资 源 空 间 可 以 帮 助 解 释 内 容 的 分 类, 语 义 链 可 以 解 释 内 容 间 的 关 系, 还 可 以 推 出 隐 含 的 关 系 这 可 以 帮 助 人 们 了 解 学 习 文 物 的 来 龙 去 脉 及 相 互 关 系 语 义 链 可 以 由 不 同 的 人 ( 群 ) 来 建 立, 大 家 共 用 一 个 像 ACM CCS 一 样 的 概 念 层 在 建 立 大 规 模 文 物 间 语 义 关 系 后 还 可 以 帮 助 考 古 发 现, 因 为 人 很 难 在 复 杂 的 文 物 网 络 中 发 现 两 个 没 有 直 接 关 系 的 文 物 间 的 关 系 动 画 的 第 一 步 需 要 系 统 设 计 者 来 决 定 画 中 的 角 色 它 们 与 其 它 角 色 间 的 关 系 以 及 与 洞 窟 文 档 间 的 关 系 以 下 是 两 个 基 本 的 语 义 链 定 义 操 作 : 在 现 有 的 结 点 间 加 一 条 语 义 链, 将 一 个 资 源 链 接 到 一 个 现 有 结 点 当 然, 这 些 关 系 的 定 义 可 以 是 不 完 备 的 设 计 者 用 一 般 的 规 则 和 对 动 作 角 色 的 约 束 条 件 来 配 置 ME 动 画 可 以 通 过 以 下 两 种 方 式 实 现 : 给 定 一 个 脚 本 来 规 定 ME 的 行 为 ; 给 定 一 个 最 终 状 态 的 描 述, 让 参 与 动 画 的 ME 根 据 一 些 基 本 规 则 ( 如 : 对 称 原 则 均 匀 原 则 运 动 规 律 避 免 重 叠 等 ), 它 们 的 知 识 以 及 他 们 对 当 前 场 景 的 理 解 自 主 地 表 演 为 了 提 高 观 赏 性, 领 域 专 家 根 据 实 际 意 义 和 美 学 标 准 来 评 估 动 画 表 演, 并 给 出 他 们 的 反 馈 意 见, 作 为 ME 根 据 经 验 学 习 到 的 补 充 规 则 和 约 束 每 一 个 ME 都 表 现 演 出 模 式, 并 探 测 演 出 模 式 来 判 断 他 们 是 否 能 在 当 前 的 语 义 空 间 解 释 得 通 是 否 简 单 可 行 我 们 正 在 做 的 一 个 工 作 是 如 何 自 动 评 价 一 个 演 示 过 程 是 否 能 给 人 带 来 美 感, 据 此 指 导 ME 的 演 示 过 程 新 的 ME 可 以 通 过 继 承 已 有 的 ME 得 到 这 些 动 态 继 承 关 系 构 成 了 ME 社 会, 也 构 建 了 文 化 演 化 的 基 础 图 3 是 飞 天 壁 画 自 主 动 画 的 环 境 左 侧 界 面 可 以 让 用 户 通 过 点 击 和 拖 动 来 干 预 个 体 飞 天 的 位 置 右 侧 界 面 可 以 让 飞 天 根 据 表 演 规 则 和 屏 幕 上 的 分 布 自 主 地 表 演 7

8 图 2. 敦 煌 壁 画 的 自 主 动 画 过 程 示 意 图 3. 飞 天 艺 术 的 自 主 动 画 系 统 ( 知 识 网 格 研 究 组 博 士 生 杜 攀 帮 助 开 发 了 该 系 统 ) 8

9 文 化 的 表 现 与 继 承 壁 画 通 常 说 明 一 个 故 事 并 反 映 古 代 文 化 图 4 显 示 了 一 个 基 于 互 联 网 的 敦 煌 壁 画 表 现 系 统, 画 中 的 角 色 可 以 像 演 员 一 样 表 演, 同 时 配 有 音 乐 当 用 户 点 击 它 们 的 时 候, 他 们 还 可 以 自 我 解 释 用 户 可 以 点 击 左 下 端 的 按 钮 来 获 得 当 前 场 景 的 解 释 查 询 本 地 资 源 空 间 搜 索 网 络 从 而 获 得 更 多 的 信 息, 搜 索 结 果 将 会 被 分 类 并 存 储 在 本 地 资 源 空 间 中 以 备 后 用 壁 画 的 场 景 可 以 看 作 是 一 个 通 过 多 个 ME 组 合 而 成 的 ME 场 景 间 的 ME 继 承 关 系 蕴 含 着 不 同 朝 代 文 化 之 间 的 继 承 关 系 场 景 ME 通 过 语 义 空 间 和 一 个 操 作 集 来 描 述 语 义 空 间 是 正 交 的 多 维 语 义 空 间 和 语 义 链 网 的 协 同 :SemanticSpace= <{<Author, Dynasty, Actors, Content, Cave, ResourceType, ArtifactType>, <LinkToScenes, LinkToResources, LinkToStory, LinkToReality, LinkToKnowledge, SemanticRelationship>}, 其 中 资 源 类 型 ResourceType 可 以 是 文 本 图 像 视 频 和 音 频 文 物 类 型 ArtifactType 是 指 建 筑 彩 塑 和 壁 画 操 作 包 括 移 动 Move (from <x 1, y 1, x 2, y 2 > to <x 1, y 1, x 2, y 2 >) 解 释 Explanation(resource) 旋 转 RotateAt(<x, y>) 缩 小 ZoomIn(<x, y, rate>) 放 大 ZoomOut(<x, y, rate>) 和 聚 焦 Focus(<x, y, Radius>) 文 化 通 过 文 化 元 素 和 结 构 来 表 现 文 化 继 承 可 以 聚 焦 于 某 些 特 征 上 对 于 描 述 场 景 的 两 个 特 征 集 A 和 A',A=<{Color, Style, Layout, Architecture, Skill}, Time> 和 A =<{Color, Style, Layout, Architecture, Skill }, Time >, 如 果 颜 色 Color, 风 格 Style, 布 局 Layout 和 结 构 Architecture 与 Color, Style, Layout 和 Architecture 分 别 相 似, 并 且 A' 在 A 之 后 创 立 ( 即 Time >Time), 那 么 我 们 可 以 说 A' 继 承 了 A 判 断 文 化 继 承 关 系 的 关 键 是 发 现 相 应 特 征 之 间 的 相 似 性 以 下 规 则 可 以 帮 助 我 们 发 现 : 颜 色 :A 中 出 现 的 用 来 描 述 Y 的 颜 色 X 也 在 B 中 出 现 以 描 述 Y 风 格 :X 的 形 状 与 Y 相 似, 如 果 它 们 在 几 何 形 状 上 相 似 布 局 :X 的 布 局 与 Y 相 似, 如 果 它 们 之 间 存 在 一 个 同 构 架 构 :X 的 结 构 与 Y 相 似, 如 果 它 们 之 间 存 在 一 个 同 构 工 艺 :X 的 工 艺 与 Y 相 似, 如 果 它 们 实 现 相 似 的 结 构 或 者 布 局 社 会 主 体 和 艺 术 品 之 间 的 交 互 形 成 了 以 下 文 化 网 络 : 艺 术 品 参 考 网 络 一 个 由 观 赏 自 然 和 艺 术 品 形 成 的 网 络, 书 写 关 于 艺 术 品 的 文 献 ( 通 常 包 括 艺 术 品 的 图 片 和 描 述 ) 引 用 或 者 评 论 艺 术 品 的 文 献 艺 术 品 语 义 链 网 络 艺 术 品 元 信 息 之 间 的 语 义 关 系 网 艺 术 品 的 属 性 可 通 过 所 连 接 的 语 义 链 和 相 关 艺 术 品 元 信 息 的 语 义 关 系 大 致 推 断 出 来 艺 术 品 价 值 网 艺 术 品 间 以 及 人 与 艺 术 品 间 的 互 相 影 响 构 成 了 艺 术 品 价 值 网 以 下 因 素 影 响 一 个 艺 术 品 的 价 值 : 相 关 艺 术 品 的 价 值 ( 如 : 同 一 个 作 者 的 作 品 同 一 个 时 代 的 作 品 等 ), 评 价 者 的 定 价 及 其 权 威 程 度, 引 用 读 者 或 鉴 赏 者 的 数 量 由 文 化 ME 组 成 的 世 界 可 以 采 用 一 种 市 场 选 择 机 制 来 解 释 文 化 演 化 中 文 化 选 择 机 制 的 合 理 性 例 如, 朝 代 演 化 过 程 中 文 化 特 征 的 发 生 次 数 就 可 以 作 为 一 个 选 择 标 准 研 究 飞 天 壁 画 的 动 画 交 换 式 展 示 可 以 帮 助 我 们 在 时 间 的 长 河 中 理 解 现 实 世 界 中 文 化 的 形 式 内 容 和 及 其 创 造, 人 们 如 何 从 中 获 益, 以 及 激 发 思 索 知 识 网 格 环 境 中 的 文 化 载 体 形 式 创 造 和 演 化 目 前, 知 识 网 格 研 究 组 还 在 继 续 完 善 敦 煌 文 化 知 识 网 格, 深 入 研 究 相 关 的 理 论 和 方 法, 要 实 现 知 识 网 格 的 理 想 尚 需 长 期 不 懈 的 努 力 9

10 图 4. ME 可 以 通 过 与 用 户 的 交 互 来 解 释 内 容 从 互 联 网 获 取 的 相 关 内 容 通 过 处 理 聚 类 后 被 存 贮 在 资 源 空 间 中 以 提 高 检 索 效 率 知 识 网 格 研 究 组 研 究 生 王 建 增 帮 助 开 发 了 该 系 统 总 结 知 识 的 有 效 共 享 一 直 是 人 类 所 面 对 的 重 大 科 学 问 题 知 识 工 程 的 研 究 在 上 世 纪 80 年 代 就 成 为 研 究 热 点, 涉 及 知 识 获 取 知 识 表 示 和 知 识 推 理 1994 年 的 图 灵 奖 授 予 了 倡 导 知 识 工 程 研 究 的 E.Feigenbaum 知 识 工 程 所 关 注 的 主 要 问 题 是 以 静 态 知 识 库 系 统 为 中 心 的 知 识 共 享, 即, 人 ( 知 识 工 程 师 ) 需 要 将 人 ( 专 家 ) 的 知 识 形 式 化 并 存 贮 到 知 识 库 系 统 中 为 人 ( 用 户 ) 提 供 知 识 服 务 互 联 网 应 用 的 分 散 式 自 主 性 动 态 性 和 社 会 性 对 传 统 的 知 识 共 享 提 出 了 挑 战 在 知 识 网 格 环 境 中, 知 识 流 将 实 现 动 态 自 主 的 知 识 共 享 它 不 仅 使 人 与 人 之 间 的 知 识 共 享 更 为 便 10

11 利 有 效, 而 且 人 与 知 识 载 体 知 识 载 体 与 知 识 载 体 之 间 也 可 实 现 知 识 共 享 作 为 知 识 网 格 环 境 中 可 配 置 自 适 应 具 有 语 境 感 知 能 力 的 有 机 体,ME 根 据 社 会 学 和 经 济 学 原 理 自 组 织 地 执 行 运 行, 并 确 保 其 简 单 性 多 样 性 和 有 效 性 ME 之 间 的 继 承 性 使 得 在 一 个 演 化 的 环 境 中 产 生 新 的 ME ME 模 型 本 身 也 可 看 作 是 一 种 知 识 模 型, 能 够 主 动 地 探 测 问 题, 继 承 并 融 合 其 它 ME 的 知 识, 并 获 取 解 决 问 题 所 带 来 的 回 报 面 向 服 务 的 结 构 在 微 观 上 支 持 ME 间 的 交 互 [6, 8] 由 于 ME 模 拟 环 境 中 所 有 的 个 体 和 行 为, 知 识 网 格 环 境 中 文 化 的 形 式 多 样 性 及 其 演 化 值 得 进 一 步 探 索 集 中 式 分 散 式 和 个 性 化 资 源 管 理 模 型 支 持 知 识 网 格 环 境 实 现 多 样 化 的 资 源 管 理 模 式, 知 识 网 格 环 境 将 发 展 成 为 一 个 自 主 的 和 谐 发 展 的 人 机 互 联 环 境 [17], 与 科 学 技 术 文 化 和 社 会 共 存 并 一 起 得 到 可 持 续 的 发 展 参 考 文 献 1. H. Balakrishnan, et al. Looking Up Data in P2P Systems. Communications of the ACM, 46 (2) (2003) A.L. Barabási, and R. Albert, Emergence of Scaling in Random Networks. Science, 286, (1999) G. Booch, Object Oriented Design with Applications, Redwood City, Calif.: Benjamin/Cummings Pub. Co., V. Bush, As We May Think, Atlantic Monthly, July, J. Ferber, Multi-Agent Systems: an Introduction to Distributed Artificial Intelligence, Harlow: Addison Wesley Longman, I. Foster, Service-Oriented Science, Science, 308(5723)(2005) J.Gray, What Next?: A Dozen Information-Technology Research Goals, Journal of ACM, 50(1), (2003) T.Hey, and A. E. Trefethen, Cyberinfrastructure for e-science, Science, 308 (5723) (2005) A. Taivalsaari, On the Notion of Inheritance. ACM Computing Surveys, 28, 3 (1996) L. Morgenstern, Inheritance Comes of Age: Applying Non-monotonic Techniques to Problems in Industry. Artificial Intelligence. 103 (1998) J.E. Smith, and R. Nair, The Architecture of Virtual Machines, IEEE Computer, 38 (5) (2005) H.Zhuge, A Knowledge Grid Model and Platform for Global Knowledge Sharing. Expert Systems with Application, 22(4) (2002) H.Zhuge, Clustering Soft-Devices in Semantic Grid. IEEE Computing in Science and Engineering, 4 (6) (2002) H.Zhuge, Active e-document Framework ADF: Model and Platform, Information and Management,20 (43) (2003) H.Zhuge, China s e-science Knowledge Grid Environment, IEEE Intelligent Systems, Jan./Feb, 2004, pp H.Zhuge, The Knowledge Grid. World Scientific Publishing Co. Singapore, H.Zhuge, The Future Interconnection Environment, IEEE Computer, April, (2005) H.Zhuge, X.Sun, J.Liu, E.Yao and X.Chen, A Scalable P2P Platform for the Knowledge Grid, 11

12 IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, 17 (12) (2005) H.Zhuge, Autonomous Semantic Link Networking Model for the Knowledge Grid. Concurrency and Computation: Practice and Experience, 7(19) (2007) ( ). 20. H.Zhuge and X.Li, Peer-to-Peer in Metric Space and Semantic Space, IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, 6(19) (2007) H.Zhuge, X.Chen, X.Sun and E.Yao, HRing: A Structured P2P Overlay Based on Harmonic Series, IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 19, (2) (2008) H.Zhuge and L.Feng, Distributed Suffix Tree Overlay for Peer-to-Peer Search, IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, 20, (2) (2008) H.Zhuge, The Web Resource Space Model, Springer, H.Zhuge, Discovery of Knowledge Flow in Science, Communications of the ACM, 49 (5) (2006) 诸 葛 海 中 国 科 学 院 计 算 技 术 研 究 所 知 识 网 格 研 究 组 研 究 员, 国 家 重 大 基 础 研 究 计 划 973 语 义 网 格 的 基 础 理 论 模 型 与 方 法 项 目 首 席 科 学 家 The Knowledge Grid 和 The Web Resource Space Model 的 作 者 IEEE 和 CCF 资 深 会 员 IEEE Intelligent Systems 编 委 个 人 主 页 : zhuge@ict.ac.cn Technical Report of Knowledge Grid Research Center, KGRC , August,

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