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1 密 级 : 论 文 编 号 : 中 国 农 业 科 学 院 学 位 论 文 Ontology 构 建 中 概 念 间 关 系 的 研 究 The Study of Concept-to-concept Relations in Ontology Construction 硕 士 研 究 生 : 贾 黎 莉 指 导 教 师 : 常 春 副 研 究 员 申 请 学 位 类 别 : 管 理 学 硕 士 专 业 : 情 报 学 研 究 方 向 : 信 息 检 索 培 养 单 位 : 农 业 信 息 研 究 所 研 究 生 院 提 交 日 期 2007 年 6 月

2 Secrecy: No. Chinese Academy of Agricultural Sciences Master Dissertation The Study of Concept-to-concept Relations in Ontology Construction Ms. Candidate:Lily Jia Advisor: Chun Chang Major: Information Science Specialty:Information Retrieval Chinese Academy of Agricultural Sciences June 2007

3 中 国 农 业 科 学 院 硕 士 学 位 论 文 评 阅 人 答 辩 委 员 会 名 单 表 论 文 题 目 Ontology 构 建 中 概 念 间 关 系 的 研 究 论 文 作 者 贾 黎 莉 专 业 情 报 学 研 究 方 向 情 报 检 索 指 导 教 师 常 春 培 养 单 位 ( 研 究 所 ) 农 业 信 息 研 究 所 姓 名 职 称 硕 ( 博 ) 导 师 单 位 专 业 签 名 评 阅 人 答 辩 主 席 梅 方 权 研 究 员 硕 导 博 导 硕 导 博 导 硕 导 博 导 中 国 农 科 院 农 业 信 息 研 究 所 信 息 管 理 沈 玉 兰 研 究 员 硕 导 博 导 中 国 科 技 信 息 研 究 所 信 息 管 理 答 辩 委 员 詹 慧 龙 孟 宪 学 潘 淑 春 副 研 究 员 研 究 员 研 究 员 硕 导 博 导 硕 导 博 导 硕 导 博 导 硕 导 博 导 硕 导 博 导 农 业 部 工 程 服 务 中 心 中 国 农 科 院 农 业 信 息 研 究 所 中 国 农 科 院 农 业 信 息 研 究 所 管 理 学 信 息 管 理 信 息 管 理 硕 导 博 导 会 议 记 录 ( 秘 书 ) 李 光 达 论 文 答 辩 时 间 地 点 2007 年 6 月 14 日 上 午 8:30-11:30 农 业 信 息 研 究 所 420 会 议 室

4 独 创 性 声 明 本 人 声 明 所 呈 交 的 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研 究 成 果 尽 我 所 知, 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 和 致 谢 的 地 方 外, 论 文 中 不 包 含 其 他 人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果, 也 不 包 含 为 获 得 中 国 农 业 科 学 院 或 其 它 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书 而 使 用 过 的 材 料 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 任 何 贡 献 均 已 在 论 文 中 作 了 明 确 的 说 明 并 表 示 了 谢 意 研 究 生 签 名 : 时 间 : 年 月 日 关 于 论 文 使 用 授 权 的 声 明 本 人 完 全 了 解 中 国 农 业 科 学 院 有 关 保 留 使 用 学 位 论 文 的 规 定, 即 : 中 国 农 业 科 学 院 有 权 保 留 送 交 论 文 的 复 印 件 和 磁 盘, 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅, 可 以 采 用 影 印 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 汇 编 学 位 论 文 同 意 中 国 农 业 科 学 院 可 以 用 不 同 方 式 在 不 同 媒 体 上 发 表 传 播 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 ( 保 密 的 学 位 论 文 在 解 密 后 应 遵 守 此 协 议 ) 论 文 作 者 签 名 : 时 间 : 年 月 日 导 师 签 名 : 时 间 : 年 月 日

5 摘 要 Ontology( 本 体 ) 是 一 个 对 具 体 领 域 知 识 表 述 完 备 的 知 识 系 统, 可 以 使 用 户 对 领 域 知 识 得 到 清 晰 地 一 致 地 理 解 目 前, 国 内 外 对 本 体 的 研 究 非 常 热 门, 许 多 研 究 机 构 对 本 体 建 模 进 行 了 大 量 的 研 究, 一 些 本 体 研 究 项 目 有 很 大 的 发 展 并 逐 步 被 应 用 到 具 体 的 研 究 领 域, 如 知 识 工 程 数 字 图 书 馆 软 件 复 用 信 息 检 索 语 义 Web 等 概 念 间 关 系 是 本 体 的 重 要 组 成 部 分, 完 备 的 概 念 间 关 系 体 系 和 对 概 念 间 关 系 的 清 晰 的 表 达 方 式 将 使 本 体 所 包 含 的 知 识 更 为 丰 富, 更 好 地 表 达 这 个 领 域 的 内 容 而 目 前 这 方 面 的 研 究 非 常 欠 缺, 所 以 本 论 文 对 本 体 构 建 中 概 念 间 关 系 进 行 了 研 究 本 文 在 叙 词 表 词 间 关 系 的 基 础 上, 对 本 体 中 概 念 间 关 系 提 出 了 一 套 完 整 的 分 类 体 系, 将 本 体 中 的 概 念 间 关 系 主 要 分 为 以 下 十 二 大 类 :1) 上 下 位 关 系 ;2) 等 同 关 系 ;3) 与 关 系 和 交 叉 关 系 ; 4) 或 关 系 ;5) 非 关 系 ;6) 矛 盾 关 系 ;7) 因 果 关 系 ;8) 互 补 关 系 ;9) 动 作 关 系 ;10) 时 间 关 系 ;11) 能 愿 关 系 ;12) 空 间 关 系 同 时, 对 每 一 个 大 类 进 行 了 分 析 和 定 义, 并 进 行 了 进 一 步 划 分 由 于 大 部 分 概 念 间 关 系 都 没 有 对 应 的 本 体 语 言 说 明, 论 文 借 用 OWL 对 这 些 关 系 进 行 了 说 明, 很 多 定 义 都 具 有 开 创 性 同 时, 本 文 系 统 示 范 了 概 念 间 关 系 在 本 体 编 辑 工 具 Protégé 中 的 实 现 方 法, 给 出 了 具 体 的 本 体 构 建 实 例 关 键 词 : 本 体, 本 体 构 建, 概 念 间 关 系 I

6 Abstract Ontology is a knowledge system, which expresses the domain knowledge very clearly, and makes the users have a clear and common understand to the domain knowledge. At present, the research on ontology is very popular in and out of China. Some ontology projects process very well and are applied to lots of study fields such as knowledge engineering, digital library, software reusing, information retrieval, and semantic web. Concept-to-concept relations are important constitute of the ontology. If the concept-to-concept relations system is complete and the express to concept-to-concept relations are clear, the knowledge of ontology will be richer and better expressed. But the study on concept-to-concept relations is poor, so the author choses the concept-to-concept relations in ontology construction as her research subject. Based on the term-to-term relations of thesaurus, the paper brings forward a complete class system to concept-to-concept relations in ontology construction. The paper divides the concept-to-concept relations into twelve major classes: a) subsumption relations; b) equivalent relations; c) AND relations; d) OR relations; e) NOT relations; f) antinomy relations; g) causality; h) complement relations; i) behavior relations; j) time relations; k) wish relations; l) space relations. At the same time, the paper defines and analyzes each class and divides them. Because there are a lot of concept-to-concept relations that are not explained in the ontology language, so the author defines them in ontology web language in a creative way. The paper also studies how to realize the concept-to-concept relations when it constructs ontologies in the ontology editor software Protégéand give many examples. Keywords: Ontology, Ontology construction, Concept-to-concept relations II

7 目 录 第 1 章 引 言 研 究 的 背 景 本 体 论 是 当 今 知 识 组 织 的 热 点 研 究 领 域 概 念 间 关 系 是 本 体 研 究 的 重 要 部 分 本 论 文 是 国 家 自 然 科 学 基 金 研 究 项 目 的 部 分 研 究 内 容 研 究 目 的 和 意 义 提 供 可 广 泛 应 用 的 本 体 概 念 间 关 系 的 集 合 归 纳 出 如 何 运 用 本 体 构 建 工 具 实 现 概 念 间 关 系 促 进 本 体 论 应 用 领 域 的 发 展 促 进 不 同 本 体 间 的 融 合 研 究 的 内 容 方 法 和 技 术 路 线 研 究 内 容 研 究 方 法 研 究 的 技 术 路 线 4 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 本 体 论 及 相 关 概 念 本 体 论 的 定 义 本 体 的 组 成 元 素 Ontology 的 描 述 语 言 本 体 论 的 分 类 本 体 构 建 本 体 构 建 的 规 则 本 体 构 建 的 方 法 本 体 构 建 的 工 具 本 体 论 在 国 内 外 的 发 展 现 状 本 体 论 在 国 内 的 发 展 现 状 17 III

8 2.3.2 本 体 论 在 国 外 的 发 展 现 状 21 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 叙 词 表 及 其 相 关 概 念 叙 词 表 中 的 词 间 关 系 及 其 标 注 符 号 等 同 关 系 等 级 关 系 相 关 关 系 叙 词 表 与 本 体 论 的 联 系 31 第 4 章 概 念 间 关 系 概 念 间 关 系 的 分 类 上 下 位 关 系 等 同 关 系 与 关 系 和 交 叉 关 系 或 关 系 非 关 系 矛 盾 关 系 因 果 关 系 互 补 关 系 动 作 关 系 时 间 关 系 能 愿 关 系 空 间 关 系 概 念 间 关 系 的 图 形 表 示 概 念 图 用 概 念 图 表 示 概 念 间 关 系 46 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 构 建 本 体 构 建 包 含 概 念 间 关 系 的 本 体 53 IV

9 5.2.1 构 建 包 含 上 下 位 关 系 与 等 同 关 系 的 本 体 构 建 包 含 与 关 系 或 关 系 和 非 关 系 的 本 体 构 建 包 含 动 作 关 系 的 本 体 构 建 包 含 互 补 关 系 的 本 体 构 建 包 含 因 果 关 系 的 本 体 构 建 包 含 时 间 关 系 和 空 间 关 系 的 本 体 60 第 6 章 总 结 与 展 望 论 文 总 结 展 望 62 参 考 文 献 64 致 谢 68 作 者 简 介 69 V

10 第 1 章 引 言 第 1 章 引 言 人 类 一 直 都 在 进 行 对 知 识 的 探 索, 并 把 知 识 通 过 不 同 形 式 在 社 会 中 进 行 传 播 Ontology( 本 体 ) 是 概 念 模 型 的 明 确 的 规 范 说 明 (Gruber T R,1993), Ontology 系 统 就 是 一 个 对 具 体 领 域 知 识 表 述 完 备 的 知 识 系 统, 可 以 使 本 体 的 用 户 对 其 包 含 的 知 识 得 到 清 晰 的 一 致 的 理 解 本 体 包 括 概 念 属 性 和 实 例, 而 属 性 的 主 要 作 用 就 是 表 示 概 念 间 关 系, 完 备 的 概 念 间 关 系 体 系 和 对 概 念 间 关 系 的 清 晰 的 表 达 方 式 将 使 本 体 包 含 的 知 识 更 为 丰 富, 更 好 地 表 达 这 个 领 域 的 内 容 目 前, 本 体 是 计 算 机 科 学 图 书 情 报 学 领 域 的 热 点 研 究 领 域, 在 本 体 构 建 本 体 应 用 等 方 向, 国 内 外 有 大 量 的 在 研 项 目, 涉 及 到 许 多 本 体 的 应 用 领 域, 例 如 知 识 工 程 数 字 图 书 馆 软 件 复 用 信 息 检 索 语 义 Web 等 但 是 目 前 对 概 念 间 关 系 没 有 一 个 系 统 的 分 类, 所 以 本 论 文 对 本 体 构 建 中 概 念 间 关 系 进 行 了 研 究 1.1 研 究 的 背 景 本 体 论 是 当 今 知 识 组 织 的 热 点 研 究 领 域 上 世 纪 八 十 年 代 以 来, 随 着 本 体 的 概 念 被 知 识 工 程 信 息 检 索 等 领 域 所 借 鉴, 越 来 越 多 的 研 究 机 构 对 本 体 建 模 进 行 了 研 究, 许 多 本 体 研 究 项 目 都 有 了 很 大 的 发 展 并 逐 步 被 应 用 到 具 体 的 研 究 领 域 近 年 来, 国 内 的 本 体 研 究 也 得 到 了 广 泛 的 重 视, 出 现 了 不 少 研 究 成 果 语 义 网 的 标 引 规 范 化 需 要 用 到 本 体 信 息 检 索 系 统 需 要 用 到 本 体 论 的 标 准 术 语 和 语 义 模 型 知 识 管 理 模 型 需 要 本 体 对 知 识 进 行 清 晰 的 说 明, 还 有 数 字 图 书 馆 信 息 服 务 等 领 域 可 以 说, 本 体 论 已 经 成 为 一 个 热 门 研 究 领 域 本 体 论 的 热 门 从 实 质 上 讲 是 因 为 它 是 一 个 发 展 中 的 学 科, 而 一 个 发 展 中 的 学 科 会 有 许 多 研 究 空 白 等 着 后 来 者 去 探 索 和 开 发, 这 对 研 究 者 来 说 恰 恰 是 一 个 机 会, 也 是 我 研 究 本 体 论 的 原 因 之 一 概 念 间 关 系 是 本 体 研 究 的 重 要 部 分 本 体 由 概 念 属 性 和 实 例 组 成, 对 属 性 的 完 备 表 示 是 构 建 一 个 本 体 的 重 要 基 础, 而 概 念 间 关 系 是 通 过 属 性 来 表 达 的, 所 以 对 本 体 中 概 念 间 关 系 的 研 究 是 对 本 体 研 究 的 重 要 部 分 尽 管 这 几 年 国 内 外 学 术 界 对 本 体 的 研 究 非 常 多, 开 发 了 许 多 构 建 本 体 的 工 具, 提 出 了 许 多 形 式 化 的 本 体 表 示 机 制, 也 有 许 多 应 用 领 域 的 学 者 在 自 己 的 研 究 中 引 入 本 体 论, 但 是, 在 本 体 构 建 方 面, 仍 然 有 大 量 工 作 需 要 深 入 研 究, 应 用 领 域 的 专 家 们 在 使 用 本 体 的 时 候 不 仅 仅 需 要 使 用 本 体 作 为 术 语 表 分 类 表 或 叙 词 表 的 功 能, 更 希 望 能 使 用 本 体 中 的 丰 富 关 系 和 推 理 机 制 来 改 进 他 们 的 研 究 这 就 好 像 下 游 厂 商 已 经 迫 不 及 待 地 使 用 上 游 产 品 来 生 产 他 们 自 己 的 产 品, 可 是 上 游 厂 商 还 没 有 开 发 出 来 他 们 需 要 的 东 西 概 念 间 关 系 是 进 行 知 识 推 理 的 基 石, 也 是 本 体 优 于 术 语 表 叙 词 表 的 地 方 1

11 第 1 章 引 言 本 体 论 的 发 展 有 许 多 需 要 开 发 的 地 方, 本 体 中 概 念 间 关 系 是 一 项 非 常 重 要 和 有 意 义 的 工 作, 能 极 大 地 推 进 本 体 论 的 发 展, 丰 富 我 国 本 体 研 究 内 容 本 论 文 是 国 家 自 然 科 学 基 金 研 究 项 目 的 部 分 研 究 内 容 本 论 文 是 国 家 自 然 科 学 基 金 研 究 项 目 的 部 分 内 容, 项 目 名 称 为 农 业 Ontology 的 构 建 和 转 化 研 究 该 项 目 从 2006 年 1 月 开 始, 将 于 2008 年 12 月 结 束 该 项 研 究 的 研 究 对 象 是 领 域 知 识 的 概 念 表 达 体 系, 具 体 选 择 食 物 安 全 领 域, 使 用 近 年 来 国 内 外 研 究 比 较 活 跃 的 本 体 理 论, 研 究 食 物 安 全 领 域 本 体 论 的 构 建 机 理 研 究 内 容 包 括 : 分 析 农 业 科 学 叙 词 系 统 语 义 知 识 结 构, 研 究 从 传 统 农 业 叙 词 表 向 农 业 本 体 论 的 转 化 方 法, 包 括 自 动 转 化 的 计 算 机 编 程, 转 化 后 术 语 间 关 系 的 丰 富, 及 本 体 论 中 概 念 属 性 等 的 相 互 关 系 的 分 类, 通 过 分 析 对 比 现 有 的 语 言 工 具, 使 用 领 域 专 家 提 供 的 食 物 安 全 概 念 和 知 识, 以 及 现 有 人 类 已 经 积 累 的 分 类 法 和 主 题 法 概 念, 表 达 食 物 安 全 的 领 域 知 识 体 系, 研 究 出 本 体 论 的 构 建 方 法 和 理 论 规 则, 最 后 总 结 出 从 叙 词 表 向 本 体 论 转 化 的 行 业 规 范, 构 建 一 个 国 际 通 用 的 食 物 安 全 领 域 本 体 论 模 型, 供 数 字 化 网 络 化 等 相 关 领 域 的 信 息 描 述 信 息 组 织 和 信 息 检 索 应 用 研 究 总 的 来 说, 该 研 究 的 内 容 主 要 包 含 以 下 三 个 方 面 : 概 念 间 关 系 的 对 应 转 化, 实 现 转 化 的 程 序 设 计, 术 语 语 义 的 丰 富 和 完 善 对 概 念 间 关 系 的 研 究 将 是 该 研 究 的 重 要 部 分 本 人 提 出 和 完 善 的 本 体 概 念 间 关 系 库 将 能 被 很 好 地 运 用 到 食 物 安 全 领 域 知 识 本 体 的 构 建 中, 是 这 个 项 目 的 重 要 组 成 部 分 1.2 研 究 目 的 和 意 义 提 供 可 广 泛 应 用 的 本 体 概 念 间 关 系 的 集 合 在 从 叙 词 表 向 本 体 演 化 的 过 程 中, 有 一 个 方 面 没 有 得 到 足 够 的 重 视, 那 就 是 概 念 间 关 系 叙 词 表 中 的 关 系 非 常 有 限, 大 致 只 有 等 同 关 系 等 级 关 系 和 相 关 关 系 三 大 类 具 体 而 言, 只 有 用 代 组 代 属 分 族 族 属 族 分 体 属 体 分 参 注 本 体 吸 收 了 叙 词 表 中 的 词 间 关 系, 却 没 有 很 好 地 提 出 更 多 的 概 念 间 关 系 来 推 动 本 体 的 发 展 本 体 的 概 念 是 网 状 关 系, 可 是 叙 词 表 中 概 念 仅 为 树 状 关 系, 叙 词 表 的 概 念 间 关 系 显 然 满 足 不 了 本 体 的 发 展 需 求 希 望 通 过 对 概 念 间 关 系 的 研 究, 总 结 前 人 的 研 究 成 果, 增 加 和 归 纳 出 新 的 关 系 模 式, 然 后 融 合 成 一 个 适 合 本 体 发 展 的 比 较 完 善 的 本 体 关 系 的 集 合 归 纳 出 如 何 运 用 本 体 构 建 工 具 实 现 概 念 间 关 系 对 本 体 研 究 者 来 说, 本 体 构 建 工 具 是 一 个 很 好 的 研 究 手 段 本 研 究 选 取 了 目 前 国 内 外 运 用 最 广 泛 的 本 体 构 建 工 具 Protégé, 探 讨 如 何 在 该 工 具 中 实 现 概 念 间 关 系, 主 要 包 括 以 下 十 二 大 类 :1) 2

12 第 1 章 引 言 上 下 位 关 系 ;2) 等 同 关 系 ;3) 与 关 系 和 交 叉 关 系 ;4) 或 关 系 ;5) 非 关 系 ;6) 矛 盾 关 系 ;7) 因 果 关 系 ;8) 互 补 关 系 ;9) 动 作 关 系 ;10) 时 间 关 系 ;11) 能 愿 关 系 ;12) 空 间 关 系 这 项 工 作 可 以 帮 助 那 些 不 熟 悉 OWL 语 言 的 研 究 者 在 Protégé 中 构 建 包 含 丰 富 知 识 的 本 体, 并 自 动 生 成 其 OWL 文 件 促 进 本 体 论 应 用 领 域 的 发 展 本 体 是 一 个 应 用 领 域 非 常 广 泛 的 研 究 课 题, 它 的 应 用 不 仅 局 限 于 计 算 机 科 学 和 信 息 管 理 领 域, 而 且 被 应 用 在 电 子 商 务 产 品 目 录 地 理 信 息 系 统 电 子 政 务 等 社 会 的 各 个 方 面 本 体 论 的 发 展 可 以 很 好 地 推 动 这 些 应 用 领 域 的 发 展 近 年 来, 国 内 的 本 体 研 究 也 得 到 了 广 泛 的 重 视, 出 现 了 不 少 成 果 通 过 研 究, 本 文 将 提 供 概 念 间 关 系 的 集 合 以 及 如 何 在 语 言 上 实 现 这 些 概 念 间 关 系, 这 可 以 帮 助 应 用 领 域 更 好 更 系 统 地 组 织 信 息, 完 善 本 体 库, 从 而 促 进 应 用 领 域 的 发 展 促 进 不 同 本 体 间 的 融 合 由 于 许 多 本 体 都 非 常 具 体 并 且 折 衷 地 对 概 念 进 行 表 述, 所 以 它 们 往 往 是 不 相 容 的 而 系 统 往 往 依 赖 于 领 域 本 体 的 发 展, 它 们 通 常 需 要 合 并 领 域 本 体, 使 其 更 加 全 面 这 对 本 体 构 建 者 们 提 出 了 很 大 的 挑 战 由 于 文 化 背 景 教 育 意 识 形 态 语 言 等 的 不 同, 研 究 者 们 对 同 一 个 领 域 的 理 解 不 同, 从 而 构 建 的 本 体 也 相 去 甚 远 目 前, 合 并 本 体 在 很 大 程 度 上 是 一 个 人 工 过 程, 因 此, 需 要 耗 费 很 多 时 间 和 资 金 使 用 通 用 本 体 来 提 供 核 心 词 汇 的 普 遍 定 义 可 以 使 得 这 个 过 程 易 于 处 理 可 是, 目 前 在 这 方 面 的 研 究 只 是 停 留 在 理 论 上 希 望 通 过 自 己 的 研 究, 找 出 一 个 普 遍 易 行 的 关 系 框 架, 使 概 念 的 连 通 更 有 可 行 性 1.3 研 究 的 内 容 方 法 和 技 术 路 线 研 究 内 容 本 研 究 的 主 要 内 容 包 含 以 下 几 点 : (1) 对 本 体 概 念 间 关 系 进 行 分 类 和 总 结 本 文 通 过 借 鉴 叙 词 表 的 词 间 关 系, 总 结 出 本 体 概 念 间 关 系 主 要 分 为 以 下 十 二 大 类 :1) 上 下 位 关 系 ;2) 等 同 关 系 ;3) 与 关 系 和 交 叉 关 系 ;4) 或 关 系 ;5) 非 关 系 ;6) 矛 盾 关 系 ;7) 因 果 关 系 ;8) 互 补 关 系 ;9) 动 作 关 系 ;10) 时 间 关 系 ; 11) 能 愿 关 系 ;12) 空 间 关 系 (2) 归 纳 出 如 何 运 用 本 体 构 建 工 具 实 现 概 念 间 关 系 本 研 究 探 讨 如 何 在 本 体 构 建 工 具 Protégé 中 实 现 概 念 间 关 系, 构 建 具 有 这 些 丰 富 概 念 间 关 系 的 本 体 (3) 提 出 如 何 在 OWL 语 言 中 定 义 关 系 不 仅 提 供 概 念 间 关 系 的 集 合 以 及 如 何 在 本 体 构 建 中 实 现 这 些 概 念 间 关 系, 还 会 探 讨 更 好 地 在 本 体 语 言 中 定 义 它 们 3

13 第 1 章 引 言 研 究 方 法 本 研 究 主 要 采 用 归 纳 法 分 析 比 较 法 和 概 念 图 来 进 行 研 究, 对 这 些 方 法 的 具 体 表 述 如 下 : (1) 归 纳 法 归 纳 法 是 一 种 由 个 别 到 一 般 的 论 证 方 法, 即 用 若 干 个 别 性 事 物 来 证 明 观 点 的 方 法 归 纳 法 的 论 据 是 一 系 列 个 别 性 事 例, 然 后 从 事 例 中 概 括 论 点 归 纳 法 就 是 要 解 决 由 个 别 性 的 经 验 上 升 到 理 论 性 的 概 念 直 至 本 源 性 的 理 念 的 问 题 在 本 研 究 过 程 中, 归 纳 法 是 使 用 得 较 多 的 分 析 方 法 在 对 前 人 研 究 的 总 结 中, 在 对 某 个 概 念 的 概 括 中, 在 对 某 些 数 据 的 获 取 中, 本 文 都 需 要 使 用 这 个 方 法 (2) 比 较 分 析 法 比 较, 是 根 据 一 定 的 标 准 以 确 定 事 物 异 同 的 思 维 过 程 分 析, 是 把 事 物 的 整 体 分 解 为 若 干 部 分 或 方 面, 把 事 物 整 体 的 个 别 特 征 或 个 别 属 性 分 解 出 来 的 过 程 比 较 分 析 法 就 是 通 过 对 事 物 的 相 同 点 不 同 点 的 对 比, 通 过 对 客 观 事 物 的 去 粗 取 精 去 伪 存 真 由 此 及 彼 由 表 及 里 的 改 造 制 作, 客 观 全 面 深 刻 地 认 识 事 物 的 方 法 从 数 学 的 角 度, 比 较 分 析 法 是 指 将 实 际 达 到 的 数 据 同 特 定 的 各 种 标 准 相 比 较, 从 数 量 上 确 定 其 差 异, 并 进 行 差 异 分 析 或 趋 势 分 析 的 一 种 分 析 方 法 本 体 是 一 个 不 断 演 化 的 概 念, 可 以 从 以 前 的 研 究 中 得 到 很 多 观 点, 比 如 本 研 究 中 本 体 概 念 的 逻 辑 关 系 就 是 借 鉴 了 很 多 叙 词 表 中 的 词 间 关 系 本 文 对 词 间 关 系 的 许 多 标 准 作 了 比 较 分 析, 得 到 比 较 完 备 的 分 类 体 系 (3) 概 念 图 概 念 图 (concept map) 是 一 种 用 节 点 代 表 概 念 用 连 线 表 示 概 念 间 关 系 的 图 示 法 它 通 常 将 某 一 主 题 的 有 关 概 念 置 于 圆 圈 或 方 框 之 中, 然 后 用 连 线 将 相 关 的 概 念 和 命 题 连 接, 连 线 上 标 明 两 个 概 念 之 间 的 意 义 关 系 概 念 图 可 以 用 来 体 现 对 某 个 主 题 的 知 识 的 理 解 或 者 用 来 构 建 某 个 领 域 的 知 识, 它 在 本 质 上 是 一 种 用 来 组 织 和 表 征 知 识 的 工 具 概 念 图 可 以 把 某 一 领 域 的 知 识 以 直 观 形 象 的 方 式 表 达 出 来, 在 总 结 某 一 领 域 的 概 念 及 概 念 间 关 系 时 是 一 种 非 常 有 效 的 方 法 本 文 第 4 章 需 要 用 概 念 图 来 直 观 体 现 本 研 究 产 生 的 概 念 间 关 系, 同 时 通 过 分 析 某 个 领 域 的 知 识, 在 把 知 识 用 概 念 图 体 现 的 过 程 中 发 现 更 多 的 概 念 间 关 系 研 究 的 技 术 路 线 本 研 究 的 技 术 路 线 见 图 1-1 4

14 第 1 章 引 言 查 阅 文 献 从 网 上 了 解 最 新 动 态 总 结 归 纳 发 现 问 题 指 导 小 组 全 程 指 导 总 结 现 有 概 念 间 关 系 归 纳 入 概 念 间 关 系 集 合 从 新 知 识 中 提 取 概 念 间 关 系 信 息 与 现 有 概 念 间 关 系 集 合 匹 配, 如 无, 总 结 新 概 念 间 关 系 总 结 出 概 念 间 关 系 集 合 对 概 念 间 关 系 进 行 分 析 OWL 语 言 实 现 在 本 体 构 建 工 具 Protégé 中 实 现 概 念 间 关 系 分 析 应 用 前 景 完 成 论 文 图 1-1 论 文 研 究 技 术 路 线 Fig.1-1 research map of the paper 5

15 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 2.1 本 体 论 及 相 关 概 念 本 体 论 的 定 义 一 般 地, 本 体 论 的 概 念 被 认 为 起 源 于 古 希 腊, 是 由 古 希 腊 哲 学 家 柏 拉 图 和 亚 里 斯 多 德 提 出 和 发 展 的 对 本 体 这 个 术 语 的 追 问 可 以 溯 源 到 希 腊 文 ousia, ousia 是 einai 的 名 词 形 式, 其 意 义 相 当 于 英 文 的 being 存 在 现 存 的 对 本 体 论 的 最 早 记 录 为 拉 丁 语 ontologia, 分 别 出 现 在 1606 年 Jacob Lorhard(Lorhardus) 的 著 作 Ogdoas Scholastica 中 以 及 1613 年 Rudolf Göckel(Goclenius) 所 著 的 哲 学 词 典 中 而 本 体 论 在 英 语 中 译 为 ontology, 它 由 牛 津 英 语 词 典 (Oxford English Dictionary) 收 录, 第 一 次 出 现 在 1721 年 版 的 贝 利 词 典 中, 其 定 义 为 an Account of being in the Abstract, 这 说 明 本 体 论 在 那 一 时 期 已 经 得 到 了 使 用 与 此 同 时, 本 体 论 的 德 文 书 写 是 ontologie 这 个 概 念 在 现 代 东 方 汉 语 学 术 界 的 历 史 上 曾 被 翻 译 为 万 有 论 是 论 存 在 论 与 本 体 论, 但 是 大 部 分 学 者 认 为, 从 中 国 古 代 哲 学 的 某 些 相 应 范 畴 与 话 语 表 述 作 参 照 性 理 解 来 看, 翻 译 为 本 体 论 最 为 恰 切 亚 里 斯 多 德 的 学 徒 们 最 初 使 用 词 语 形 而 上 学 来 形 容 他 们 老 师 描 述 的 the science of being qua being ( 其 中 qua 指 在 范 围 之 内 ), 即 自 然 存 在 的 科 学 依 照 这 个 理 论, 本 体 论 是 研 究 存 在 本 质 的 科 学, 或 者 说 是 对 事 物 存 在 的 研 究 感 受 你 能 在 这 个 世 界 上 找 到 的 事 物, 不 要 以 它 们 的 样 子 判 断 它 们, 而 是 以 它 们 的 实 质 来 判 断 它 们 更 精 确 地 说, 本 体 论 关 注 的 是 决 定 什 么 事 物 种 类 是 最 基 础 的, 而 且 某 一 事 物 是 否 属 于 这 些 种 类 韦 氏 词 典 对 ontology 有 如 下 解 释 : 1 a branch of metaphysics relating to the nature and relations of being 2 a particular theory about the nature of being or the kinds of existence 如 同 形 而 上 学 一 样, 本 体 论 是 一 个 词 汇, 能 用 在 不 同 的 情 况 下 它 被 认 为 与 形 而 上 学 很 类 似, 但 是 它 应 该 用 在 更 具 体 的 地 方, 指 定 存 在 的 最 基 本 的 种 类 以 及 世 界 构 成 的 基 本 物 质 或 结 构 本 体 论 将 分 析 最 普 遍 和 最 抽 象 的 概 念 和 特 性, 这 些 概 念 和 特 性 详 细 而 精 确 地 描 述 世 界 上 任 何 现 象, 比 如 时 间 空 间 物 质 过 程 因 果 规 律 等 在 现 代 信 息 科 学 领 域, 最 早 给 出 Ontology 定 义 的 是 Neches R.(1991) 等 人, 他 们 将 Ontology 定 义 为 给 出 构 成 相 关 领 域 词 汇 的 基 本 术 语 和 关 系, 以 及 利 用 这 些 术 语 和 关 系 构 成 的 规 定 这 些 词 汇 外 延 的 规 则 的 定 义 (Neches R,1991) 但 是, 为 大 部 分 学 者 接 受 的 Ontology 定 义 是 由 斯 坦 福 大 学 Tom Gruber 在 1993 年 的 论 文 中 提 出 的, 他 认 为 Ontology 是 概 念 模 型 的 明 确 的 规 范 说 明 (Gruber T R,1993), 1995 年 又 明 确 Ontology 是 对 概 念 化 的 精 确 描 述 (Gruber T R,1995) 在 计 算 机 科 学 领 域,Gruber 认 为 本 体 论 是 a description of the concepts and relationships that can exist for an agent or a community of 6

16 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 agents 接 着, 他 指 出 一 个 本 体 通 常 被 作 为 a set of definitions of formal vocabulary 在 Gruber 的 定 义 的 基 础 上,Borst 于 1997 年 对 本 体 论 定 义 如 下 : 共 享 概 念 模 型 的 形 式 化 规 范 说 明 (Borst,1997); 后 来,Studer 又 在 这 个 基 础 上 加 上 了 明 确 的 限 定 : 共 享 概 念 模 型 的 明 确 的 形 式 化 规 范 说 明 (Studer,1998) 在 计 算 机 领 域 中, 本 体 论 是 对 概 念 化 对 象 (conceptualization) 的 明 确 表 示 和 描 述 ( 赵 波,2002) Nicala Guarino 把 概 念 化 对 象 C 定 义 为 C = (D,W,R), 其 中 :D 是 一 个 领 域 ;W 是 该 领 域 中 相 关 的 事 务 状 态 的 集 合 ;R 是 领 域 空 间 (D,W) 上 概 念 关 系 的 集 合 (Guarino N,1998) 本 研 究 将 侧 重 于 对 食 品 安 全 本 体 的 研 究 联 合 国 粮 食 与 农 业 组 织 (FAO) 于 2001 年 发 起 了 农 业 本 体 论 服 务 (AOS,Agriculture Ontology Service) 项 目 研 究, 此 项 研 究 旨 在 提 高 网 络 信 息 的 准 确 检 索 方 法, 建 立 农 业 分 专 业 的 信 息 标 引 检 索 和 知 识 管 理 平 台 通 过 这 些 研 究, 联 合 国 粮 食 与 农 业 组 织 认 为 本 体 论 是 指 包 括 一 个 领 域 中 各 类 标 准 术 语 词 汇, 并 对 这 些 术 语 词 汇 进 行 准 确 定 义, 以 及 明 确 这 些 术 语 间 的 各 种 关 系 (About the AOS,2007) 本 体 的 组 成 元 素 在 计 算 机 科 学 和 信 息 科 学 中, 一 个 本 体 是 代 表 一 个 领 域 并 能 对 那 个 领 域 中 的 实 体 及 实 体 间 关 系 进 行 推 理 的 数 据 模 型 本 体 作 为 有 关 整 个 世 界 或 世 界 的 某 一 部 分 的 一 种 知 识 表 现 被 广 泛 地 应 用 在 人 工 智 能 语 义 网 软 件 工 程 和 信 息 构 建 中, 图 2-1 是 本 体 的 通 用 知 识 框 架 图 由 这 个 框 架 图 可 以 看 到, 一 个 本 体 一 般 由 以 下 三 个 部 分 组 成 : 个 体 ( 实 例 )Individuals (Instances): 基 本 的 或 基 态 实 体 类 ( 概 念 )Classes(Concepts): 实 体 的 集, 集 成 或 类 型 属 性 Attributes(Properties): 实 体 拥 有 或 与 其 它 实 体 分 享 的 性 质 特 征 特 性 或 参 数, 而 属 性 的 重 要 作 用 是 描 述 实 体 之 间 的 关 系 本 体 类 个 体 属 性 概 念 间 关 系 图 2-1 本 体 的 通 用 知 识 框 架 图 Fig.2-1 common knowledge structure of ontology 7

17 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 从 图 2-1 中 可 以 看 到, 本 体 主 要 由 类 个 体 和 属 性 组 成, 它 们 在 本 体 网 络 语 言 中 主 要 用 Concepts,Instances,Attributes 表 示, 在 Protégé 本 体 中 用 Classes,Individuals 和 Properties 表 示 由 于 本 论 文 主 要 研 究 概 念 间 关 系, 所 以, 图 2-1 也 直 观 地 表 示 了 其 与 本 体 组 成 元 素 之 间 的 关 系 概 念 间 关 系 是 指 类 之 间 的 关 系, 即 实 体 的 集 合 之 间 的 关 系, 它 是 属 性 描 述 内 容 的 一 部 分 (1) 个 体 ( 实 例 ) 个 体 是 一 个 本 体 中 最 基 本 的 基 态 的 组 成 部 分 一 个 本 体 中 的 个 体 不 仅 包 括 数 字 和 词 汇 这 样 的 抽 象 个 体, 也 包 括 人 类 动 物 桌 子 汽 车 分 子 行 星 这 样 的 有 形 物 体 严 格 来 讲, 一 个 本 体 并 不 需 要 包 含 任 何 个 体 但 是, 即 便 这 些 个 体 并 不 是 本 体 的 必 须 部 分, 一 个 本 体 的 一 般 目 的 是 提 供 对 这 些 个 体 进 行 分 类 的 方 法 (2) 类 ( 概 念 ) 类 ( 概 念 ) 是 指 个 体 的 抽 象 群 集 合 或 集 成 它 们 可 能 包 含 个 体 其 它 类 或 两 者 的 组 合 以 下 是 一 些 类 的 例 子 : 人, 所 有 人 的 集 合 个 体, 代 表 所 有 个 体 的 类 类, 代 表 所 有 类 的 类 畜 产 品, 代 表 所 有 畜 牧 业 产 品 的 类 肉 制 品, 代 表 所 有 肉 类 食 品 的 类 蛋, 代 表 所 有 禽 类 或 龟 蛇 等 所 产 的 卵 的 类 乳 品, 代 表 所 有 成 年 雌 性 哺 乳 动 物 在 生 产 后 乳 腺 所 分 泌 的 用 来 哺 育 其 幼 儿 的 液 体 的 类 本 体 的 多 样 性 在 于 一 个 类 能 否 包 含 其 它 类 一 个 类 能 否 包 含 它 自 身 以 及 是 否 存 在 一 个 通 用 的 类 ( 即 包 含 任 何 事 物 的 类 ) 叙 词 表 中 对 叙 词 的 定 义 有 严 格 的 限 制, 本 体 论 继 承 了 这 一 点 有 时 需 要 对 这 些 概 念 作 一 些 限 定 一 个 本 体 的 类 本 质 上 分 为 两 种 : 外 延 的 和 内 敛 的 当 一 个 类 的 特 点 仅 仅 由 其 成 员 决 定 时, 这 个 类 就 是 外 延 的 具 体 来 说, 类 甲 仅 仅 在 以 下 条 件 成 立 的 情 况 下 是 外 延 的 : 存 在 任 一 类 乙, 类 乙 的 成 员 与 类 甲 完 全 相 同, 则 类 乙 与 类 甲 相 同 如 果 某 个 类 不 满 足 这 种 情 况, 则 它 是 内 敛 的 虽 然 外 延 的 类 不 仅 在 哲 学 上 少 有 疑 问, 而 且 算 数 上 表 现 更 好 且 更 易 被 理 解, 它 们 却 不 允 许 一 丝 一 毫 的 差 别, 而 这 些 差 别 是 本 体 中 需 要 存 在 的 举 例 来 说, 一 个 本 体 可 能 需 要 区 分 所 有 拥 有 肾 的 生 物 的 类 和 所 有 拥 有 心 脏 的 生 物 的 类, 即 使 这 些 类 正 好 拥 有 相 同 的 组 成 重 要 的 是, 一 个 类 能 包 含 其 它 类 或 被 其 它 类 所 包 含 举 例 来 说, 畜 产 品 包 含 肉 制 品, 则 肉 制 品 中 的 任 一 成 员 是 畜 产 品 的 成 员 之 一 ( 见 图 2-2) 包 含 关 系 (subsumption relation) 被 用 来 创 造 类 的 层 次, 一 般 由 像 事 物 这 样 最 普 遍 的 类 位 于 顶 层, 而 那 些 具 体 的 类 如 鸡 蛋 等 位 于 底 层 一 个 分 类 (partition) 是 一 些 有 关 系 的 类 以 及 决 定 事 物 被 分 到 哪 个 类 的 相 关 规 则 的 集 合 举 例 来 说, 蛋 被 分 为 四 类 : 鹌 鹑 蛋 鹅 蛋 鸡 蛋 和 鸭 蛋 分 类 规 则 决 定 某 个 具 体 的 蛋 被 分 到 鹌 鹑 蛋 鹅 蛋 鸡 蛋 或 鸭 蛋 下 如 果 分 类 规 则 保 证 单 个 蛋 不 会 同 时 属 于 这 四 类 蛋 的 两 种 三 种 或 四 种, 则 这 个 分 类 被 称 为 脱 节 分 类 (Disjoint Partition) 如 果 分 类 规 则 确 保 每 个 上 层 类 中 的 具 体 个 体 至 少 属 于 一 个 分 类 的 实 例, 则 这 个 分 类 被 称 为 彻 底 分 类 (Exhaustive Partition) 8

18 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 畜 产 品 肉 制 品 蛋 乳 品 鹌 鹑 蛋 鹅 蛋 鸡 蛋 鸭 蛋 图 2-2 畜 产 品 Fig.2-2 livestock products (3) 属 性 一 个 本 体 中 的 事 物 能 通 过 对 它 们 分 配 属 性 来 进 行 描 述 每 个 属 性 最 少 有 一 个 名 字 和 一 个 确 切 内 涵, 并 用 来 储 存 与 之 关 联 的 实 体 的 具 体 信 息 举 例 来 说 一 颗 芸 豆 的 属 性 包 括 : 重 量 密 度 色 泽 每 个 属 性 的 涵 义 可 能 包 含 一 个 复 杂 的 数 据 类 型, 在 这 个 例 子 中, 色 泽 就 是 一 些 价 值 的 列 表, 而 不 是 一 个 单 一 的 值 如 果 没 有 为 这 些 概 念 定 义 属 性, 你 就 得 不 到 分 类 (taxonomy)( 如 果 提 供 概 念 间 关 系 的 话 ) 和 控 制 性 词 汇 (Controlled Vocabulary) 属 性 的 一 个 重 要 作 用 是 描 述 本 体 中 各 个 实 体 的 关 系 一 般 地, 关 系 是 指 那 些 其 价 值 已 经 成 为 本 体 中 另 一 个 实 体 的 属 性 许 多 本 体 的 能 力 来 自 于 其 描 述 关 系 的 能 力 同 时, 关 系 的 集 描 述 了 领 域 的 语 义 学 最 重 要 的 关 系 是 上 下 位 关 系 (subsumption relation), 包 括 下 位 关 系 (subclassof) 和 上 位 关 系 (superclassof) 这 定 义 了 那 些 实 体 是 类 的 成 员 下 位 关 系 和 上 位 关 系 的 综 合 创 造 了 一 个 等 级 分 类, 其 结 构 如 同 树 型 ( 如 图 2-2 所 示 ), 非 常 清 楚 地 描 述 了 实 体 间 的 关 系 在 这 种 树 型 结 构 中, 每 个 实 体 是 子 类 或 父 类 ( 有 些 语 言 限 制 每 个 节 点 只 有 一 个 父 类, 有 些 并 无 限 制 ) 另 一 个 比 较 常 见 的 关 系 是 等 同 关 系 (equivalent relation), 等 同 关 系 表 示 两 个 概 念 的 意 义 是 完 全 相 等 的 Ontology 的 描 述 语 言 本 体 语 言 是 用 来 编 译 本 体 的 正 式 语 言, 在 本 体 描 述 语 言 的 发 展 过 程 中, 陆 续 出 现 了 RDF RDFS OIL DAML DAML+OIL OWL 等 语 言, 其 演 化 过 程 见 图 2-3( 朱 礼 军,2004) 9

19 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 OWL-S OWL DAML-S DAML-R DAML+OIL DAML-Ont OIL RDFS RDF XML+Name Space+XML Scheme Unicode URL 图 2-3 本 体 描 述 语 言 的 演 化 过 程 Fig.2-3 envolement process of ontology languages 以 下 是 这 些 语 言 的 具 体 介 绍 : (1)XML XML(eXtensible Makeup Language, 可 扩 展 标 识 语 言 ) 是 由 W3C 于 1998 年 2 月 发 布 的 一 种 因 特 网 上 数 据 表 示 与 交 换 标 准 XML 是 由 SGML( 标 准 通 用 标 记 语 言 ) 发 展 而 来, 最 初 是 作 为 网 络 上 的 SGML 计 划 而 得 到 W3C 的 支 持 XML 是 用 来 定 义 其 它 语 言 的 一 种 元 语 言, 即 提 供 一 种 描 述 结 构 化 数 据 的 方 法, 它 的 使 用 与 平 台 无 关 XML 特 别 适 合 数 据 传 输, 还 被 广 泛 地 用 于 储 存 和 处 理 文 件 XML 的 应 用 弥 补 了 许 多 HTML 的 缺 陷, 与 HTML 相 互 补 充 XML Schema 是 用 一 套 预 先 规 定 的 XML 元 素 和 属 性 创 建 的, 它 不 仅 可 以 定 义 文 档 的 结 构 和 内 容 模 式, 而 且 还 允 许 使 用 者 约 束 文 档 的 内 容 一 般 认 为,XML 和 XML Schema 没 有 表 达 语 义 的 能 力 (2)RDF 和 RDF Schema RDF(Resource Description Framework, 资 源 描 述 框 架 ) 是 W3C 组 织 指 定 的 第 一 个 用 于 对 任 意 资 源 进 行 语 义 信 息 描 述 的 语 言 它 专 门 用 于 标 示 万 维 网 资 源 的 信 息, 包 括 页 面 的 标 题 作 者 和 修 改 时 间,Web 文 档 的 版 权 和 许 可 信 息 等 RDF 是 一 种 描 述 信 息 的 通 用 方 法, 可 以 被 计 算 机 应 用 程 序 读 取 和 理 解 RDF 文 档 使 用 XML 编 写, 从 而 使 RDF 信 息 可 以 在 使 用 不 同 类 型 的 操 作 系 统 和 应 用 语 言 的 计 算 机 之 间 进 行 交 互 RDF Schema 是 W3C 组 织 推 荐 的 对 RDF 的 扩 展, 主 要 用 于 描 述 RDF 词 表 RDF Schema 在 10

20 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 RDF 基 础 上 增 加 了 许 多 语 义 原 语, 用 来 增 强 对 资 源 语 义 上 的 描 述 能 力, 比 如 类 属 性 以 及 类 和 属 性 之 间 的 隶 属 关 系 等 (3)DAML-ont DAML-ont 是 美 国 DARPA 的 产 物, 目 的 是 发 展 一 系 列 技 术 使 软 件 Agent 能 够 对 信 息 资 源 进 行 动 态 地 确 认 和 理 解, 并 为 Agent 之 间 提 供 基 于 语 义 上 的 互 操 作 能 力 它 是 DAML 的 最 早 版 本 (4)OIL OIL(Ontology Interchange Language, 本 体 互 换 语 言 ) 是 在 RDF 模 式 上 建 立 起 来 的 完 整 的 本 体 建 模 语 言, 是 欧 盟 信 息 团 体 的 推 荐 技 术 OIL 也 称 本 体 推 理 层 (Ontology Inference Layer), 包 含 用 于 描 述 术 语 的 精 确 语 义, 能 够 对 许 多 知 识 表 达 语 言 结 构 进 行 建 模, 注 重 于 对 网 上 弱 结 构 化 信 息 资 源 的 知 识 获 取 表 示 以 及 访 问 OIL 包 括 核 心 OIL 标 准 OIL 实 例 OIL 和 重 型 OIL 四 层 核 心 OIL 大 部 分 与 RDF 模 式 相 符 合 ; 标 准 OIL 主 要 用 于 描 述 建 模 原 语, 既 包 含 充 分 的 表 达 能 力, 又 容 易 理 解, 可 以 对 语 义 进 行 精 确 定 义 和 推 论 可 行 度 ; 实 例 OIL 包 括 完 整 的 数 据 库 能 力 和 彻 底 的 个 体 集 成 ; 重 型 OIL 有 很 好 的 扩 展 能 力, 可 以 加 入 其 他 的 表 达 和 推 理 能 力 (5)DAML + OIL DAML + OIL 来 自 于 DAML-ont 和 OIL, 是 由 美 国 和 欧 盟 在 DAML 背 景 下 共 同 开 发 的 由 于 DAML-ont 和 OIL 在 语 义 上 都 是 基 于 描 述 逻 辑 的, 语 法 上 都 是 以 RDF 和 RDF Schema 为 基 础, 所 以 DAML + OIL 具 备 充 分 的 表 达 能 力, 是 目 前 应 用 最 广 的 本 体 语 言, 并 成 为 W3C 最 新 推 荐 标 准 OWL 的 主 要 技 术 来 源 (6)OWL OWL(Web Ontology Language, 网 络 本 体 语 言 ) 从 早 期 本 体 语 言 OIL,DAML 和 DAML+OIL 发 展 而 来 它 所 有 的 元 素 ( 类 属 性 和 个 体 ) 被 定 义 为 RDF 资 源, 但 其 词 汇 量 更 大, 同 时 拥 有 更 完 备 的 语 法 由 于 网 络 本 体 语 言 是 W3C 所 推 荐 的 语 义 网 的 本 体 描 述 语 言 的 标 准 之 一, 为 越 来 越 多 的 组 织 和 机 构 所 接 受, 本 研 究 将 采 用 网 络 本 体 语 言 作 为 本 体 描 述 语 言 以 下 重 点 介 绍 网 络 本 体 语 言 网 络 本 体 语 言 是 一 种 定 义 和 具 体 化 网 络 本 体 的 语 言, 它 是 W3C 所 推 荐 的 语 义 网 的 本 体 描 述 语 言 的 标 准 (W3C 所 推 荐 的 语 义 网 的 本 体 描 述 语 言 的 标 准 包 括 XML RDF/ RDFS OWL) 它 是 在 DAML+OIL 的 基 础 上 发 展 起 来 的, 被 认 为 是 Web 未 来 的 发 展 方 向 网 络 本 体 语 言 提 供 了 三 个 子 语 言 :OWL Lite OWL DL 和 OWL Full, 它 们 的 表 达 能 力 和 推 理 能 力 逐 渐 增 强, 可 分 别 用 于 不 同 需 求 的 使 用 者 OWL Lite 适 合 于 那 些 主 要 需 要 分 类 层 次 和 简 单 约 束 的 使 用 者 比 如 说 它 提 供 基 数 限 制 时, 基 数 值 只 能 取 0 或 1 相 对 于 其 他 更 加 支 持 关 系 表 达 的 语 言 来 说,OWL Lite 相 对 简 单, 但 它 为 叙 词 表 和 其 他 分 类 法 提 供 了 一 个 快 速 的 整 合 方 法 OWL DL 支 持 那 些 需 要 最 大 的 表 达 力 但 又 不 失 计 算 完 整 性 和 判 断 力 的 推 理 系 统 的 用 户, 其 中, 计 算 完 整 性 指 所 有 的 细 节 都 要 保 证 被 计 算 到, 判 断 力 指 所 有 的 计 算 都 在 限 定 的 时 间 内 完 成 OWL DL 包 含 了 所 有 网 络 本 体 语 言 的 元 素 但 也 存 在 一 些 约 束, 如 一 个 类 不 能 同 时 是 个 体 和 属 性, 一 个 属 性 不 能 同 时 是 个 体 或 类 OWL DL 符 合 描 述 逻 辑 (Description Logic), 支 持 现 存 的 描 述 逻 辑 商 业 片 断, 并 有 着 推 力 系 统 所 需 要 的 计 算 属 性 11

21 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 OWL Full 的 使 用 者 是 那 些 需 要 最 强 的 表 达 力 和 RDF 语 义 自 由 却 不 需 要 计 算 保 证 的 人, 它 是 最 为 自 由 的 网 络 本 体 语 言 在 OWL Full 中, 一 个 类 既 可 以 是 个 体 的 集 合, 也 可 以 是 一 个 独 立 的 个 体 它 不 同 于 OWL DL 的 重 要 一 点 是, 一 个 数 据 类 型 属 性 (owl:datatypeproperty) 可 以 被 定 义 为 逆 函 数 属 性 (owl:inversefunctionalproperty) 而 且,OWL Full 允 许 一 个 本 体 增 加 预 定 义 词 汇 的 含 义 但 是, 它 不 像 那 些 推 理 软 件 一 样 能 支 持 OWL Full 的 所 有 部 分 使 用 者 应 该 根 据 自 己 的 需 求 选 择 适 合 的 语 言 以 OWL Lite 和 OWL DL 为 例, 如 果 用 户 需 要 更 多 的 表 达 限 制,OWL DL 就 更 为 合 适 ; 但 如 果 客 户 需 要 良 好 的 计 算 属 性,OWL Lite 就 是 首 选 对 OWL DL 和 OWL Full 的 选 择 则 主 要 取 决 于 用 户 对 RDF 模 式 的 元 数 据 建 模 的 需 求 程 度 本 体 论 的 分 类 对 本 体 的 分 类 方 法 有 很 多 种, 根 据 不 同 的 分 类 标 准, 可 以 对 本 体 进 行 不 同 的 分 类 依 据 本 体 的 主 题 可 以 把 本 体 分 为 以 下 五 种 : 1. 知 识 表 示 的 本 体 2. 通 用 的 常 识 本 体 3. 特 定 领 域 的 本 体 4. 语 言 学 的 本 体 5. 任 务 的 本 体 依 据 本 体 表 示 的 形 式 化 程 度 可 把 本 体 分 为 以 下 四 种 (Mike Uschold,1998): 1. 完 全 非 形 式 化 本 体 (highly informa1 ontology) 2. 结 构 非 形 式 化 本 体 (structured-informa1 ontology) 3. 半 形 式 化 本 体 (semi-formal ontology) 4. 严 格 形 式 化 本 体 (rigorously forma1 ontology) 根 据 本 体 是 否 在 线 可 以 把 本 体 分 为 以 下 两 类 : 1. 在 线 本 体 (on-line ontology) 2. 不 在 线 本 体 (off-line ontology) 根 据 本 体 是 否 可 分 享 可 把 本 体 分 为 以 下 两 类 : 1. 档 案 本 体 (documenting ontology) 2. 可 共 享 本 体 (sharable ontology) 根 据 本 体 应 用 领 域 的 规 模, 一 般 把 本 体 分 为 四 类 ( 张 维 明,2001): 1. 领 域 本 体 (Domain Ontology) 2. 通 用 本 体 (Generic Ontology) 3. 应 用 本 体 (Application Ontology) 4. 表 示 本 体 (Representational Ontology) 通 用 本 体 也 称 核 心 本 体 (Core Ontology), 指 覆 盖 所 有 领 域 知 识 的 本 体 ; 应 用 本 体 指 特 定 领 域 建 模 所 需 的 所 有 知 识 ; 表 示 本 体 则 不 局 限 于 某 个 领 域, 而 是 包 含 了 用 于 描 述 事 物 的 实 体 具 体 来 说, 领 域 本 体 模 拟 了 一 个 特 定 的 领 域, 它 描 述 了 应 用 于 那 个 特 定 领 域 的 词 汇 的 特 定 含 12

22 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 义 比 如 硬 件 可 泛 指 任 何 仪 器 的 部 件, 但 是 在 计 算 机 领 域 中, 它 专 指 计 算 机 的 实 体 部 分, 与 软 件 相 对 通 用 本 体 也 称 上 层 本 体 (Upper Ontology) 基 础 本 体 (Foundation Ontology) 或 核 心 本 体 (Core Ontology), 它 描 述 了 普 遍 应 用 在 各 个 领 域 本 体 的 公 共 实 体 通 用 本 体 包 含 一 个 核 心 术 语 表 (Core Glossary), 表 中 的 实 体 可 以 应 用 在 众 多 领 域 目 前, 有 许 多 标 准 的 通 用 本 体 可 供 使 用, 包 括 Dublin Core,GFO,OpenCyc/ResearchCyc,SUMO,WordNet 和 DOLCE 2.2 本 体 构 建 对 本 体 论 的 研 究 有 很 重 要 的 一 部 分 是 本 体 构 建 构 建 本 体 可 以 为 本 体 用 户 提 供 可 共 同 理 解 的 某 一 领 域 的 知 识, 使 得 这 部 分 知 识 得 到 明 确 化 本 节 中 主 要 介 绍 构 建 本 体 的 规 则 方 法 阶 段 划 分 等 本 体 构 建 的 规 则 在 构 建 本 体 的 规 则 中, 最 有 影 响 的 是 Gruber 于 1995 年 提 出 的 5 条 规 则 : 1) 明 确 性 和 客 观 性 (Clarity): 即 Ontology 应 该 用 自 然 语 言 对 所 定 义 术 语 给 出 明 确 的 客 观 的 语 义 定 义 2) 完 全 性 (Minimal Encoding Bias): 即 所 给 出 的 定 义 是 完 整 的, 完 全 能 表 达 所 描 述 术 语 的 含 义 而 在 构 建 本 体 时 不 应 该 局 限 于 使 用 某 一 种 表 示 方 法, 要 使 用 多 种 知 识 表 示 方 法 3) 一 致 性 (Coherence): 即 由 术 语 得 出 的 推 论 与 术 语 本 身 的 含 义 是 相 容 的, 不 会 产 生 矛 盾 4) 最 大 单 调 可 扩 展 性 (Extendibility): 即 向 Ontology 中 添 加 通 用 或 专 用 的 术 语 时, 不 需 要 修 改 其 已 有 的 内 容 5) 最 小 承 诺 (Minimal Ontology Commitment): 即 对 待 建 模 对 象 给 出 尽 可 能 少 的 约 束 这 可 以 通 过 定 义 尽 可 能 少 的 概 念 和 定 义 约 束 最 弱 的 公 理 来 提 供 本 体 构 建 的 方 法 创 建 Ontology 的 方 法 有 许 多, 诸 如 Mike Uschold & King 的 骨 架 方 法 Gruninger & Fox 的 TOVE 方 法 METHONTOLOGY 方 法,SENSUS 方 法 等 (1) 骨 架 法 Mike Uschold & King 的 骨 架 法 是 从 开 发 Enterprise Ontology 的 经 验 中 得 出 的 开 发 本 体 的 指 导 方 法, 它 指 出 构 建 本 体 的 四 个 步 骤 (Uschold M,1996): 1) 确 定 本 体 应 用 的 目 的 和 范 围 通 过 确 定 本 体 应 用 的 领 域 及 其 应 用 的 目 的, 可 以 帮 助 研 究 者 确 定 研 究 范 围 2) 本 体 构 建 这 一 步 主 要 包 括 知 识 获 取 知 识 编 码 知 识 集 成 其 中, 本 体 获 取 是 发 现 主 要 的 概 念 和 概 念 间 关 系, 确 定 标 示 这 些 概 念 和 关 系 的 术 语 等 ; 本 体 编 码 是 指 用 形 式 化 的 语 言 对 概 念 和 关 系 进 行 明 确 描 述 ; 本 体 集 成 是 对 现 有 本 体 的 重 用, 即 把 已 经 获 得 的 概 念 和 关 系 的 定 义 有 机 地 集 合 起 来, 使 之 成 为 整 13

23 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 体 3) 评 估 本 体 根 据 本 体 的 评 价 标 准 对 已 建 立 的 本 体 进 行 检 验 4) 建 立 文 档 文 档 主 要 包 含 本 体 中 的 概 念 和 关 系 如 果 本 体 在 第 三 步 检 验 合 格, 则 将 其 存 为 文 件 如 果 本 体 在 第 三 步 检 验 不 合 格, 则 返 回 第 二 步 重 新 建 立 本 体 由 于 该 方 法 主 要 用 于 描 述 相 关 商 业 企 业 的 术 语 和 定 义, 其 主 要 提 供 构 建 企 业 本 体 的 指 导 方 针 (2)TOVE 方 法 TOVE 方 法 是 由 多 伦 多 大 学 企 业 集 成 实 验 室 研 制 的, 它 使 用 一 阶 逻 辑 进 行 集 成, 被 用 于 构 造 多 伦 多 虚 拟 企 业 本 体 工 程 TOVE 本 体 包 括 企 业 设 计 本 体 工 程 本 体 计 划 本 体 和 服 务 本 体 M.Gruninger 认 为 本 体 建 模 本 质 上 是 建 立 本 体 所 要 指 明 的 知 识 的 逻 辑 模 型 (Gruninger M, 1995) TOVE 方 法 的 思 想 如 下 : 首 先 定 义 直 接 可 能 的 应 用 和 所 有 解 决 方 案, 提 供 潜 在 的 非 形 式 化 的 对 象 和 关 系 的 语 义 表 示 ; 然 后 通 过 一 组 能 力 问 题 (competency question), 以 非 形 式 化 方 式 描 述 本 体 应 满 足 的 条 件, 即 其 能 解 决 什 么 问 题 和 如 何 解 决 ; 然 后 将 这 种 非 形 式 化 描 述 表 示 为 一 阶 逻 辑 子 句, 建 立 形 式 化 逻 辑 模 型 (3)METHONTOLOGY 方 法 METHONTOLOGY 方 法 由 马 德 里 大 学 工 艺 分 校 的 Mariano Fernandez 和 Gomez Perez 等 人 开 发 的 一 种 本 体 构 建 方 法, 它 比 较 类 似 于 软 件 开 发 的 步 骤, 把 本 体 构 建 分 为 了 管 理 阶 段 开 发 阶 段 和 维 护 阶 段 在 管 理 阶 段, 开 发 者 主 要 对 整 个 本 体 构 建 进 行 系 统 规 划, 包 括 分 析 任 务 进 展 所 需 资 源 协 调 时 间 和 质 量 等 问 题 在 开 发 阶 段, 首 先 对 系 统 规 划 进 行 规 范 说 明, 使 其 概 念 化 形 式 化, 然 后 执 行 和 维 护 在 维 护 阶 段, 开 发 者 要 进 行 知 识 获 取 系 统 集 成, 然 后 对 系 统 进 行 评 价 编 写 文 档 说 明, 并 对 其 进 行 配 置 管 理 (4)SENSUS 方 法 SENSUS 方 法 是 ISI( 信 息 科 学 研 究 所 ) 自 然 语 言 组 研 究 SENSUS 本 体 的 过 程 中 提 出 的 方 法 ISI 研 究 这 个 SENSUS 本 体 的 目 的 是 为 机 器 翻 译 提 供 广 泛 的 概 念 结 构 这 个 方 法 的 主 要 思 想 是 : 为 了 能 在 SENSUS 基 础 上 构 造 特 定 领 域 的 Ontology, 必 须 把 不 相 关 的 术 语 从 SENSUS 中 剪 除 掉 具 体 过 程 如 下 :1) 定 义 和 SENSUS 无 关 的 叶 子 术 语 ;2) 手 工 连 接 叶 子 术 语 和 SENSUS 术 语 ;3) 找 出 叶 子 节 点 到 SENSUS 根 的 途 径 ;4) 增 加 和 域 相 关 并 且 没 有 出 现 的 概 念 ;5) 找 出 全 部 的 特 定 领 域 的 术 语, 添 加 到 SENSUS 术 语 中 (5) 七 步 法 七 步 法 是 由 美 国 斯 坦 福 大 学 医 学 院 开 发 的 一 种 用 于 领 域 本 体 的 构 建 方 法, 它 的 主 要 思 想 是 把 本 体 的 主 要 术 语 抽 象 成 类, 然 后 定 义 类 的 属 性 并 创 建 实 例, 这 样 就 完 成 了 本 体 的 所 有 部 分 具 体 步 骤 如 下 ( 钱 平 等,2006): 第 一 步 是 确 定 本 体 的 专 业 领 域 和 范 畴 这 一 步 是 首 要 的, 本 体 构 建 者 在 这 个 步 骤 中 明 确 本 体 覆 盖 的 专 业 领 域 本 体 构 建 的 目 的 用 户 可 以 用 来 解 决 的 问 题 等, 为 下 一 步 的 设 计 提 供 基 础 的 依 据 第 二 步 是 考 察 复 用 现 有 本 体 的 可 能 性 如 果 需 要 与 系 统 互 操 作 的 其 他 应 用 平 台 存 在 特 定 的 本 体, 则 最 有 效 的 方 法 就 是 复 用 现 有 的 本 体 可 以 通 过 转 换 现 有 本 体 的 格 式 使 之 用 于 系 统, 这 样 可 以 省 去 很 多 基 础 的 工 作 第 三 步 是 列 出 本 体 中 的 重 要 术 语 一 份 完 整 的 术 语 清 单 是 设 计 工 作 的 基 础, 因 为 这 些 术 语 是 14

24 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 需 要 向 用 户 进 行 解 释 的 第 四 步 是 定 义 类 和 类 的 等 级 体 系 完 善 一 个 等 级 体 系 有 三 种 可 行 的 方 法 : 自 顶 向 下 法 自 底 向 下 法 和 综 合 法 自 顶 向 下 法 是 从 某 个 领 域 中 的 最 大 概 念 开 始, 然 后 将 这 些 概 念 细 化 自 底 向 下 法 是 从 定 义 某 个 领 域 中 的 最 小 概 念 开 始, 然 后 逐 步 向 其 上 位 概 念 综 合 综 合 法 是 结 合 上 述 两 种 方 法, 即 首 先 定 义 大 量 重 要 概 念, 对 它 们 进 行 归 纳 和 演 绎, 然 后 将 它 们 与 一 些 中 级 概 念 联 结 起 来 第 五 步 是 定 义 类 的 属 性 类 的 属 性 包 含 其 内 在 属 性 外 在 属 性 与 其 他 个 体 的 关 系 第 六 步 是 定 义 属 性 的 分 面 第 七 步 是 创 建 实 例 定 义 某 个 类 的 实 例 的 过 程 如 下 : 首 先 确 定 一 个 类, 然 后 创 建 其 的 一 个 实 例, 最 后 添 加 这 个 类 的 属 性 值 (6)Web 本 体 构 建 方 法 对 Web 研 究 者 来 说, 本 体 构 建 一 般 包 含 以 下 8 个 步 骤 ( 丁 晟 春, 顾 德 访,2006): 1 确 定 Ontology 覆 盖 的 领 域 和 范 围 ; 2 考 虑 使 用 现 存 的 Ontology 资 源 ; 3 列 出 Ontology 中 重 要 的 词 语 ; 4 确 定 类 目 和 类 目 的 层 次 关 系 ; 5 确 定 类 的 属 性 ; 6 确 定 对 属 性 的 值 的 描 述 ; 7 创 建 实 例 ;8 检 查 一 致 性 本 体 构 建 的 工 具 本 体 建 设 工 具 可 分 为 两 类 ( 杜 文 华 等,2005): 第 一 类 包 括 Ontolingua OntoSaurus WebOnto 等 这 三 个 工 具 的 共 同 点 是 都 基 于 某 种 特 定 的 语 言, 并 在 一 定 程 度 上 支 持 多 种 基 于 AI 的 本 体 描 述 语 言 第 二 类 包 括 Protégé 系 列 WebODE OntoEdit OILEd 等 这 些 工 具 最 大 的 特 点 是 独 立 于 特 定 的 语 言, 可 以 导 入 / 导 出 多 种 基 于 Web 的 本 体 描 述 语 言 格 式 (1)OILEd OILEd 是 由 美 国 Manchester 大 学 计 算 机 科 学 系 信 息 管 理 组 开 发 的 本 体 编 辑 工 具, 它 使 用 OIL (DAML+OIL) 本 体 语 言 来 构 建 本 体, 其 站 点 是 OILEd 中 的 中 心 组 件 是 描 述 框 架, 它 由 父 类 的 集 合 组 成 OILEd 描 述 框 架 与 其 他 框 架 不 同 之 处 在 于 它 允 许 使 用 匿 名 框 架 描 述 和 高 复 杂 性 OILEd 能 使 用 推 理 检 查 类 的 一 致 性, 推 断 出 包 含 的 关 系 OILEd 也 可 以 将 本 体 导 出 为 其 他 格 式, 如 Simple RDFS HTML 图 形 格 式 等 OILEd 的 特 别 之 处 在 于 对 框 架 编 辑 器 范 例 进 行 扩 展, 使 之 能 处 理 表 达 能 力 强 的 语 言 ; 并 使 用 优 化 的 描 述 逻 辑 推 理 引 擎, 支 持 可 跟 踪 的 推 理 服 务 不 过,OILEd 不 是 完 整 的 本 体 开 发 环 境, 它 不 主 动 支 持 大 规 模 本 体 论 的 开 发 本 体 论 的 移 植 和 集 成, 本 体 的 版 本 控 制, 本 体 建 设 中 本 体 工 程 师 之 间 的 讨 论 以 及 涉 及 本 体 构 建 的 其 它 很 多 活 动 (2)WebOnto WebOnto 由 英 国 Open 大 学 知 识 媒 体 研 究 所 ( KMI,Knowledge Media Institute) 于 1997 年 开 发 的 一 个 项 目, 目 的 是 开 发 一 个 基 于 Web 的 本 体 编 辑 器, 提 供 比 Ontolingua 更 为 复 杂 的 浏 览 可 视 化 和 编 辑 能 力 WebOnto 支 持 用 户 协 作 地 浏 览 创 建 和 编 辑 本 体, 提 供 控 制 界 面 显 示 本 体 的 表 示, 还 提 供 了 讨 论 工 具 Tadzebao 供 用 户 同 步 或 者 异 步 讨 论 本 体 的 开 发 它 的 网 址 是 没 有 提 供 源 代 码 15

25 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 WebOnto 是 基 于 OCML 的 知 识 模 型, 提 供 多 重 继 承 锁 机 制 WebOnto 由 一 个 中 央 服 务 器 和 Java 编 写 的 客 户 端 组 成, 它 包 括 一 个 图 形 用 户 接 口 和 用 于 存 放 细 节 数 据 的 检 查 窗 口, 可 提 供 大 量 定 制 信 息 表 示 类 型 的 选 项 WebOnto 还 提 供 一 个 客 户 端 的 API, 用 于 从 WebOnto 的 本 体 检 索 信 息, 以 及 运 行 WebOnto 建 成 的 应 用 (3)Protégé Protégé 是 由 斯 坦 福 大 学 于 1987 年 开 始 进 行 开 发 的 本 体 编 辑 和 知 识 获 取 软 件, 其 开 发 语 言 为 Java, 为 开 放 源 码 软 件 由 于 其 优 秀 的 设 计 和 众 多 的 插 件,Protégé 成 为 目 前 使 用 最 广 泛 的 本 体 编 辑 器 之 一 Protégé 用 Java 开 发, 是 一 个 开 源 的 项 目, 研 究 者 可 以 在 工 具 的 站 点 上 下 载 最 新 版 本, 还 可 以 下 载 一 些 相 关 的 资 料 Protégé 作 为 本 体 编 辑 器, 能 够 定 义 类 和 类 层 次 属 性 关 系 和 属 性 - 值 约 束, 以 及 类 和 属 性 之 间 的 关 系 实 例 标 签 是 知 识 获 取 工 具, 能 够 获 取 本 体 中 定 义 的 类 的 实 例 Protégé 是 生 成 和 编 辑 本 体 论 与 知 识 基 的 可 扩 展 的 跨 平 台 的 环 境 由 于 Protégé 界 面 风 格 与 普 通 Windows 应 用 程 序 风 格 一 致, 用 户 比 较 容 易 学 习 使 用 本 体 结 构 以 树 形 的 层 次 目 录 结 构 显 示, 用 户 可 以 通 过 点 击 相 应 的 项 目 来 增 加 或 编 辑 类 子 类 属 性 实 例 等, 使 用 户 在 概 念 层 次 上 设 计 领 域 模 型, 所 以 本 体 工 程 师 不 需 要 了 解 具 体 的 本 体 表 示 语 言 Protégé 支 持 RDF, 允 许 域 专 家 通 过 生 成 和 改 进 可 复 用 的 本 体 论 和 解 决 问 题 的 方 法 Protégé 从 本 体 论 中 产 生 特 定 领 域 的 知 识 获 取 工 具 和 应 用, 已 经 成 为 目 前 的 主 流 本 体 构 建 工 具 (4)WebODE WebODE 是 马 德 里 技 术 大 学 开 发 的 一 个 本 体 建 模 工 具, 它 支 持 本 体 开 发 过 程 中 的 大 多 数 行 为, 并 且 能 够 支 持 METHONTOLOGY 本 体 构 建 方 法 论, 它 是 能 够 将 本 体 构 建 方 法 与 实 际 的 本 体 构 建 环 境 对 应 的 两 个 工 具 之 一 ( 另 一 个 工 具 是 OntoEdit) WebODE 没 有 提 供 开 放 的 源 码, 只 能 通 过 网 络 注 册 的 方 式 进 行 使 用 WebODE 体 系 结 构 分 为 三 层 : 第 一 层 提 供 了 用 户 接 口 这 个 接 口 是 通 过 使 用 Internet Explorer 或 Netscape 等 Web 浏 览 器 提 供 的, 使 用 HTML 或 XML 与 其 他 应 用 进 行 交 互 第 二 层 提 供 了 业 务 逻 辑, 包 括 两 个 子 层 : 逻 辑 子 层 通 过 Minerva Application Server 使 用 一 组 定 义 好 API 来 对 本 体 进 行 直 接 访 问 ; 表 示 子 层 生 成 需 要 在 用 户 浏 览 器 上 显 示 的 内 容, 并 且 处 理 客 户 端 用 户 的 请 求 第 三 层 是 数 据 层, 本 体 存 储 在 关 系 数 据 库 (Oracle) 中, 通 过 JDBC 访 问 WebODE 是 通 过 Java RMI COBRA XML 等 技 术 实 现 的, 提 供 了 很 大 的 灵 活 性 和 可 扩 展 性, 可 以 方 便 地 整 合 其 他 的 应 用 服 务 WebODE 通 过 定 义 实 例 集 来 提 高 概 念 模 型 的 可 重 用 性 另 外,WebODE 支 持 多 重 继 承 支 持 类 型 一 致 性 数 值 一 致 性 集 合 基 一 致 性 检 查, 并 且 提 供 了 分 类 一 致 性 验 证 机 制 (5)OntoSaurus OntoSaurus 是 一 个 基 于 Web 的 Loom 和 PowerLoom 知 识 浏 览 器, 由 美 国 南 加 州 大 学 信 息 科 学 学 院 开 发 OntoSaurus 由 本 体 服 务 器 本 体 浏 览 服 务 器 两 个 主 要 部 分 构 成 本 体 服 务 器 采 用 Loom 或 PowerLoom 作 为 它 的 知 识 表 示 语 言, 供 用 户 创 建 编 辑 和 修 改 本 体 本 体 浏 览 服 务 器 使 用 户 可 以 动 态 地 创 建 HTML 页 面 展 示 的 本 体 层 次 结 构, 并 运 行 在 这 个 页 面 上 编 辑 本 体 由 于 OntoSaurus 使 用 Loom 语 言, 它 具 有 Loom 语 言 提 供 的 全 部 功 能, 例 如 支 持 自 动 的 一 致 性 检 查 演 绎 推 理, 也 支 持 多 重 继 承 OntoSaurus 目 前 只 支 持 对 KIF OKBC 语 言 的 导 入 / 导 16

26 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 出 另 外, 它 还 提 供 从 Loom 到 Ontolingua KIF 甚 至 C + + 等 语 言 的 转 换 工 具 OntoSaurus 支 持 本 体 浏 览 模 式 和 本 体 编 辑 模 式, 允 许 多 个 用 户 同 步 对 一 个 本 体 进 行 操 作 但 是 如 果 要 创 建 一 个 比 较 复 杂 的 本 体, 用 户 就 需 要 对 Loom 语 言 有 一 定 的 了 解, 这 对 那 些 不 了 解 Loom 语 言 的 用 户 来 说 不 是 很 方 便 2.3 本 体 论 在 国 内 外 的 发 展 现 状 上 世 纪 八 十 年 代 以 来, 随 着 本 体 的 概 念 被 知 识 工 程 信 息 检 索 等 领 域 所 借 鉴, 本 体 在 许 多 领 域 得 到 了 发 展, 许 多 本 体 研 究 项 目 都 有 了 很 大 的 发 展 并 逐 步 被 应 用 到 具 体 的 研 究 领 域, 如 知 识 工 程 数 字 图 书 馆 软 件 复 用 信 息 检 索 和 Web 上 异 构 信 息 的 处 理 语 义 Web 等 近 年 来, 国 内 的 本 体 研 究 也 得 到 了 广 泛 的 重 视, 出 现 了 不 少 成 果 本 体 论 在 国 内 的 发 展 现 状 (1) 本 体 论 在 语 义 Web 中 的 发 展 现 状 对 本 体 论 的 研 究 是 语 义 网 研 究 中 的 重 要 一 环, 许 多 语 义 网 的 研 究 内 容 如 门 户 网 站 Web 数 据 挖 掘 网 页 标 引 等 都 需 要 本 体 知 识 作 为 基 础 在 国 内, 已 经 有 许 多 专 家 学 者 对 这 一 方 面 进 行 了 研 究 浙 江 大 学 的 王 洁 等 在 文 章 基 于 本 体 的 知 识 门 户 中 提 出, 门 户 是 一 个 提 供 个 性 化 和 适 应 性 接 口 的 软 件 系 统, 用 户 通 过 这 个 接 口 能 够 找 到 相 关 的 人 应 用 程 序 和 内 容 他 们 给 出 了 一 个 本 体 驱 动 的 基 于 Agent 的 知 识 门 户 框 架, 包 括 知 识 框 架 推 理 引 擎 门 户 组 织 显 示 引 擎 和 知 识 提 供 五 大 块 Ontology 是 这 个 知 识 门 户 框 架 的 关 键 技 术, 它 被 用 来 进 行 知 识 组 织 知 识 提 供 和 知 识 搜 索 中 李 景 等 在 构 建 基 于 Ontology 的 知 识 门 户 一 文 中 作 了 类 似 的 研 究 对 网 页 进 行 主 体 分 类 并 向 用 户 提 供 语 义 导 航 系 统 也 是 语 义 网 的 研 究 内 容 之 一 2003 年, 刘 娇 蛟 等 在 基 于 本 体 实 现 对 网 页 文 本 的 自 动 主 题 分 类 一 文 中 提 出 了 一 个 具 体 可 行 的 主 体 分 类 过 程, 其 中 在 选 择 主 题 的 匹 配 环 节 中, 作 者 引 入 本 体, 可 以 很 好 地 对 网 页 进 行 标 引, 具 体 过 程 见 图 2-4 李 恒 杰 等 在 基 于 本 体 的 Web 分 类 技 术 研 究 一 文 中 给 出 了 一 些 技 术 方 法, 如 知 识 发 现 的 抽 象 模 型 知 识 表 现 等 而 武 汉 大 学 的 金 燕 等 对 语 义 导 航 提 出 了 基 于 Ontology 的 语 义 导 航 模 型 ( 金 燕 等, 2005), 基 于 Ontology 的 语 义 映 射 是 其 实 现 关 键 在 语 义 Web 知 识 获 取 方 面, 范 黎 林 等 人 在 基 于 Ontology 的 语 义 Web 知 识 获 取 一 文 中 提 出 了 基 于 Ontology 的 语 义 Web 知 识 获 取 的 模 型, 并 尝 试 把 其 运 用 到 信 息 系 统 的 模 型 中 浙 江 大 学 的 林 菡 等 认 为 本 体 不 仅 可 以 应 用 在 网 页 的 文 本 知 识 描 述 中, 他 们 把 本 体 开 创 性 地 运 用 到 网 站 结 构 知 识 标 识 上 ( 林 菡 等,2004) 南 开 大 学 的 贺 娇 也 对 基 于 术 语 本 体 的 网 页 标 引 方 法 作 了 研 究 ( 贺 娇,2004) 东 北 大 学 的 张 蓉 等 研 究 基 于 本 体 的 Web 服 务 查 找 和 合 成 技 术 研 究, 从 而 提 高 查 找 的 精 确 度 ( 张 蓉 等,2003) 17

27 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 Web 档 文 预 处 理 模 块 匹 配 模 块 判 决 模 块 主 题 / 类 别 分 类 本 体 图 2-4 基 于 本 体 的 Web 文 本 主 题 分 类 Fig.2-4 web text theme classify based on ontology 如 何 通 过 网 络 系 统 来 主 动 发 现 用 户 需 要 的 服 务 对 网 站 运 营 来 说 是 很 重 要 的, 河 海 大 学 的 郭 学 俊 等 人 在 基 于 本 体 的 Web 服 务 发 现 模 型 研 究 一 文 中 对 此 作 了 研 究 复 旦 大 学 的 张 凯 等 人 针 对 共 享 的 资 源 已 存 在 各 自 对 应 本 体 的 情 况, 提 出 了 一 个 基 于 本 体 集 成 的 资 源 共 享 平 台 实 现 方 法, 重 点 讨 论 了 本 体 集 成 过 程 中 不 一 致 性 的 检 查 处 理 问 题 和 概 念 层 次 统 一 的 问 题 ( 张 凯 等,2003) 贵 州 工 业 大 学 的 潘 晔 等 人 也 从 技 术 层 面 对 数 据 集 成 作 了 研 究 ( 潘 晔 等,2006) 上 海 交 通 大 学 顾 慧 翔 等 在 基 于 领 域 本 体 和 知 识 推 理 的 语 义 互 联 网 应 用 一 文 中 把 基 于 领 域 本 体 的 知 识 库 引 入 语 义 网 的 建 设 中, 实 现 更 好 地 知 识 集 成 和 查 询 系 统 李 卫 华 在 语 义 Web 上 本 体 与 智 能 信 息 Agent 的 集 成 研 究 一 文 中 介 绍 了 本 体 与 智 能 信 息 Agent 结 合 的 应 用 实 例, 为 用 户 搜 索 Web 上 的 服 务 提 供 帮 助 (2) 本 体 论 在 信 息 检 索 中 的 发 展 现 状 在 过 去 的 数 十 年 间, 整 个 人 类 社 会 制 造 了 大 量 信 息, 人 类 进 入 信 息 过 量 的 时 代 传 统 的 全 文 检 索 尽 管 可 以 满 足 很 高 的 查 全 率, 但 是, 返 回 的 大 量 信 息 让 用 户 不 知 所 措, 甚 至 带 来 了 一 种 新 的 疾 病 称 为 信 息 恐 惧 症 由 于 本 体 基 于 概 念 进 行 分 类, 并 且 概 念 间 存 在 相 互 关 系, 可 以 有 选 择 地 返 回 信 息, 从 而 更 好 地 满 足 用 户 需 求 因 此, 本 体 论 在 信 息 检 索 中 的 应 用 非 常 广 泛 有 些 学 者 着 重 于 本 体 论 在 信 息 检 索 中 的 应 用 研 究, 南 京 理 工 大 学 的 丁 晟 春 教 授 在 Ontology 及 其 在 信 息 检 索 中 的 应 用 研 究 一 文 中 探 讨 了 Ontology 在 信 息 检 索 过 程 中 的 作 用 机 理 北 京 大 学 信 息 管 理 系 的 吴 丹 在 本 体 在 信 息 检 索 中 的 作 用 及 实 例 研 究 一 文 中 提 出 基 于 本 体 的 信 息 检 索 系 统 的 框 架, 从 五 个 方 面 阐 述 了 本 体 应 用 于 信 息 检 索 领 域 所 起 的 作 用, 并 分 析 一 个 典 型 的 基 于 本 体 的 信 息 检 索 系 统 Textpress 在 其 另 一 篇 论 文 本 体 驱 动 的 跨 语 言 信 息 检 索 研 究 一 文 中, 该 学 者 详 细 分 析 两 个 国 外 的 跨 语 言 信 息 检 索 系 统, 并 在 此 基 础 上 提 出 一 个 基 于 双 语 本 体 的 中 英 跨 语 言 信 息 检 索 模 型 及 实 现 方 案 同 为 北 京 大 学 信 息 管 理 系 的 汤 艳 莉 等 则 尝 试 将 Ontology 引 入 自 然 检 索 语 言 中, 提 高 对 信 息 源 的 标 引 质 量, 改 善 用 户 界 面 ( 汤 艳 莉 等,2005) 那 些 从 事 计 算 机 科 学 研 究 的 学 者 均 尝 试 着 把 本 体 论 引 入 对 信 息 检 索 的 建 模 上, 提 出 了 很 多 检 索 模 型, 这 类 模 型 一 般 具 有 知 识 推 理 功 能 中 国 科 学 技 术 大 学 的 王 进 等 人 在 基 于 本 体 的 跨 语 言 信 息 检 索 模 型 一 文 中 提 出 了 一 种 新 的 基 于 语 义 的 跨 语 言 信 息 检 索 模 型 Onto-CLIR, 该 模 型 在 传 统 信 息 检 索 技 术 的 基 础 上, 利 用 本 体 来 刻 画 不 同 语 言 中 对 应 的 领 域 知 识, 以 解 决 从 查 询 语 言 到 检 18

28 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 索 语 言 之 间 转 换 过 程 中 出 现 的 语 义 损 失 和 曲 解 等 问 题 ; 中 国 农 业 大 学 的 王 弼 佐 等 人 提 出 基 于 Ontology 的 多 主 体 知 识 检 索 模 型 ( 王 弼 佐 等,2006); 鲁 东 大 学 的 赵 伟 等 提 出 了 基 于 本 体 的 多 Agent 智 能 检 索 系 统 模 型 ( 赵 伟 等,2006); 长 春 理 工 大 学 的 房 巍 等 对 基 于 本 体 的 图 书 智 能 检 索 系 统 的 建 模 与 应 用 进 行 了 研 究 ; 东 南 大 学 计 算 机 科 学 与 工 程 系 的 万 捷 等 认 为 在 检 索 过 程 中 应 该 导 入 概 念 的 内 容 表 述 语 义, 使 检 索 过 程 由 原 来 的 关 键 词 ( 组 ) 匹 配 进 化 为 内 容 匹 配, 他 们 构 建 了 一 个 由 本 体 论 服 务 器 用 户 需 求 构 建 模 块 数 据 处 理 模 块 文 档 分 析 器 智 能 化 这 五 个 模 块 组 成 的 信 息 检 索 原 型 系 统 ; 南 京 大 学 陈 康 等 在 文 章 基 于 Ontology 的 信 息 检 索 技 术 研 究 中 以 奥 运 为 背 景 建 立 了 一 个 奥 运 领 域 的 Ontology, 实 现 了 一 个 基 于 Ontology 的 Web 信 息 检 索 系 统, 该 系 统 包 含 五 个 主 要 处 理 模 块 :Ontology 管 理 模 块 问 题 处 理 模 块 文 本 预 处 理 模 块 信 息 检 索 模 块 库 文 件 管 理 模 块 ; 云 南 大 学 计 算 机 科 学 与 工 程 系 的 郭 祥 文 等 人 认 为, 当 前 搜 索 引 擎 的 缺 点 是 不 支 持 用 户 的 信 息 导 引, 而 基 于 本 体 论 的 信 息 检 索 支 持 领 域 的 分 类, 并 按 领 域 分 类 有 选 择 地 返 回 网 页, 提 高 了 检 索 的 效 率 ( 郭 祥 文,2003) 总 结 这 些 学 者 提 出 的 信 息 检 索 模 型,Ontology 在 智 能 信 息 检 索 系 统 中 的 意 义 主 要 有 两 点 : 第 一,Ontology 为 系 统 提 供 准 确 的 术 语, 能 把 模 糊 的 用 户 需 求 转 化 为 标 准 的 检 索 词 ; 第 二, 为 检 索 信 息 系 统 中 提 供 了 语 义 模 型, 模 型 中 包 含 研 究 领 域 所 包 含 的 实 体 特 征 和 相 互 关 系, 从 而 使 系 统 的 相 关 性 和 精 确 性 大 为 提 高, 并 且 能 高 效 迅 速 精 确 地 检 索 出 用 户 所 需 信 息 作 为 信 息 检 索 系 统 的 知 识 表 示,Ontology 在 信 息 检 索 系 统 中 的 地 位 越 来 越 重 要, 是 系 统 集 成 的 核 心 部 件 还 有 一 部 分 学 者 把 目 光 投 向 基 于 Ontology 的 信 息 检 索 技 术 北 京 大 学 的 学 者 邓 志 鸿 等 在 基 于 XML 的 本 体 表 示 和 检 索 技 术 的 研 究 一 文 中 研 究 了 如 何 利 用 XML 来 表 示 本 体, 并 分 析 了 如 何 利 用 XML 上 的 查 询 语 言 来 实 现 本 体 中 概 念 的 检 索 南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系 的 栾 艳 等 讨 论 了 基 于 Ontology 的 语 义 检 索 的 基 本 思 想 基 本 结 构 及 语 言 山 东 大 学 的 董 永 权 利 用 本 体 中 概 念 与 概 念 之 间 的 关 系, 提 出 了 一 个 基 于 本 体 松 弛 (ontology relaxation) 的 查 询 框 架, 并 给 出 相 应 的 松 弛 评 估 算 法 ( 董 永 权,2006) (3) 本 体 论 在 知 识 管 理 与 工 程 中 的 发 展 现 状 在 知 识 管 理 领 域, 本 体 论 被 运 用 在 许 多 重 要 的 方 面, 比 如 知 识 共 享 资 源 平 台 的 建 立 知 识 管 理 系 统 等 武 汉 大 学 的 黄 屹 等 人 对 网 格 环 境 下 基 于 本 体 的 知 识 库 模 型 进 行 了 研 究, 给 出 了 知 识 库 本 体 的 形 式 化 定 义, 分 析 了 构 建 知 识 库 所 需 的 本 体, 在 此 基 础 上 提 出 了 网 格 环 境 下 知 识 库 通 用 体 系 结 构 及 基 于 语 义 适 配 器 的 存 储 模 型 中 国 科 学 院 的 朱 礼 军 等 人 构 造 了 服 装 知 识 本 体, 并 基 于 这 个 知 识 本 体 设 计 和 实 现 了 资 源 管 理 平 台 框 架 叶 荣 华 在 基 于 本 体 论 的 知 识 管 理 模 型 及 其 实 现 中 提 出, 本 体 论 (Ontology) 为 知 识 管 理 系 统 提 供 了 语 义 清 晰 赞 同 一 致 的 共 同 理 解 基 础, 从 而 实 现 组 织 内 的 知 识 的 共 享 ( 叶 荣 华,2003) 姚 靠 华 等 人 在 知 识 管 理 中 的 本 体 论 中 提 出, 当 前 的 研 究 主 要 集 中 在 构 建 可 集 成 异 构 数 据 源 并 可 自 由 进 化 的 本 体 模 型 上 ( 姚 靠 华,2006) 同 济 大 学 的 吴 沛 和 南 京 大 学 的 粟 湘 在 知 识 管 理 中 基 于 本 体 的 集 成 研 究 一 文 中 分 析 了 知 识 管 理 中 的 异 构 特 点, 描 述 了 本 体 在 知 识 管 理 中 的 相 关 技 术, 结 合 某 物 流 企 业 的 实 例 提 出 了 知 识 管 理 中 基 于 本 体 集 成 的 框 架 在 知 识 工 程 与 知 识 组 织 领 域, 许 多 学 者 也 对 本 体 在 这 些 领 域 的 应 用 和 研 究 作 了 许 多 工 作 中 国 民 用 航 空 学 院 的 张 宇 翔 对 知 识 工 程 中 的 本 体 进 行 了 总 结, 对 本 体 的 概 念 概 念 化 本 体 的 组 成 以 及 本 体 的 构 造 方 法 进 行 了 简 述 天 津 理 工 大 学 图 书 馆 的 朱 伟 珠 在 基 于 Ontology 的 数 字 图 书 19

29 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 馆 知 识 组 织 一 文 中 着 重 阐 述 了 数 字 图 书 馆 构 建 Ontology 的 一 般 流 程 和 方 法 及 利 用 Ontology 实 现 数 字 图 书 馆 的 知 识 组 织 在 信 息 集 成 的 过 程 中, 本 体 作 为 一 种 工 具 解 决 了 分 布 式 异 构 信 息 源 的 语 义 异 构 问 题, 实 现 了 信 息 源 语 义 上 的 互 操 作 浙 江 大 学 现 代 制 造 工 程 研 究 所 的 倪 益 华 等 人 对 制 造 企 业 知 识 进 行 本 体 的 分 类 和 描 述, 对 知 识 共 享 和 集 成 的 关 键 技 术 本 体 映 射 和 本 体 语 义 提 升 进 行 框 架 理 论 和 算 法 的 研 究, 并 给 出 了 知 识 集 成 的 结 构 模 型 ( 倪 益 华,2004) 江 苏 大 学 的 吴 昊 等 人 在 基 于 本 体 的 信 息 集 成 技 术 研 究 一 文 中 该 文 介 绍 了 一 种 基 于 混 合 本 体 的 信 息 集 成 方 法, 通 过 全 局 本 体 和 局 部 本 体 之 间 的 映 射, 向 用 户 提 供 获 取 数 据 的 统 一 接 口, 使 用 户 获 得 语 义 上 相 关 的 数 据 (4) 本 体 论 在 信 息 系 统 中 的 发 展 现 状 本 体 可 从 多 个 方 面 提 高 信 息 系 统 的 功 能, 它 们 既 可 以 提 高 信 息 搜 索 的 精 度, 也 可 方 便 实 现 查 询 应 答 ( 刘 柏 嵩,2003) 西 安 工 程 科 技 学 院 的 刘 凤 华 等 人 在 信 息 系 统 领 域 的 本 体 模 型 研 究 中 指 出, 知 识 划 分 为 动 态 知 识 和 静 态 知 识, 领 域 本 体 分 为 概 念 本 体 和 任 务 本 体 两 大 部 分, 其 中 概 念 本 体 描 述 知 识 系 统 的 静 态 知 识, 任 务 本 体 描 述 知 识 系 统 的 动 态 知 识, 这 样 能 有 效 描 述 知 识 系 统 的 知 识 东 南 大 学 的 陈 壮 生 等 人 在 基 于 本 体 的 信 息 处 理 系 统 的 设 计 与 实 现 中 探 讨 了 一 个 基 于 本 体 的 信 息 处 理 系 统 的 设 计 和 实 现, 并 分 析 了 可 扩 展 性 查 询 灵 活 性 及 逻 辑 推 理 等 特 点 研 究 如 何 把 本 体 论 引 入 信 息 系 统 中, 从 而 提 高 系 统 运 行 效 率 的 学 者 们 分 布 在 不 同 的 领 域 在 图 书 馆 领 域, 复 旦 大 学 的 徐 骏 等 人 在 论 文 管 理 系 统 中 引 入 了 本 体 库, 对 传 统 的 论 文 管 理 系 统 进 行 了 重 新 构 建, 提 出 一 种 新 的 论 文 管 理 系 统 基 于 本 体 的 论 文 管 理 系 统, 为 用 户 提 供 了 全 面 而 高 效 的 关 键 字 查 询 服 务 武 汉 大 学 信 息 资 源 研 究 中 心 的 董 慧 等 人 在 文 章 基 于 本 体 的 数 字 图 书 馆 检 索 模 型 研 究 中 讨 论 了 以 历 史 事 件 为 研 究 领 域 的 本 体 数 字 图 书 馆 检 索 模 型 ( 国 共 两 党 关 系 历 史 数 字 图 书 馆 ) 的 设 计 构 建 和 实 现 在 教 育 领 域, 湖 南 大 学 的 杨 建 学 等 人 为 了 实 现 对 学 科 领 域 学 习 资 源 的 语 义 描 述, 引 入 了 领 域 本 体 概 念, 提 出 了 基 于 领 域 本 体 的 学 习 资 源 管 理 系 统 框 架 东 南 大 学 的 刘 亚 军 等 人 针 对 网 络 教 育 自 动 答 疑 系 统 的 特 点, 研 究 了 网 络 教 育 领 域 本 体 的 构 建 方 法, 提 出 基 于 本 体 的 问 题 模 式 的 确 定 以 及 基 于 转 移 网 络 解 决 规 范 化 问 题 的 答 案 生 成 同 时, 应 用 本 体 可 以 很 好 地 被 应 用 在 构 建 E - learning 系 统 中, 湖 南 大 学 的 江 海 等 人 以 及 西 北 大 学 的 刘 卫 红 等 人 均 对 此 进 行 了 研 究 本 体 也 被 应 用 于 电 子 政 务 和 地 理 方 面 的 信 息 系 统 的 研 究 中 西 安 交 通 大 学 的 黄 香 君 和 郑 庆 华 提 出 了 一 种 基 于 Ontology 的 电 子 税 务 集 成 方 法, 华 东 师 范 大 学 的 付 佳 佳 则 在 基 于 本 体 的 元 数 据 在 电 子 政 务 中 的 应 用 初 探 中 结 合 对 电 子 政 务 系 统 框 架 和 结 构 的 分 析, 介 绍 了 本 体 理 论 及 其 在 电 子 政 务 领 域 中 的 作 用, 并 初 步 讨 论 了 基 于 本 体 的 元 数 据 模 型 在 电 子 政 务 中 的 应 用 的 实 现 武 汉 大 学 遥 感 信 息 工 程 学 院 的 崔 巍 对 本 体 驱 动 的 信 息 系 统 集 成 的 研 究 进 展 进 行 总 结, 提 出 一 种 新 的 基 于 本 体 的 地 理 信 息 系 统 集 成 结 构 网 状 动 态 模 型 ( 崔 巍,2004) 武 汉 大 学 资 源 与 环 境 科 学 学 院 的 吴 运 超 等 人 ( 吴 运 超 等,2004) 在 DAML+OIL 构 建 本 体 在 GIS 中 的 应 用 一 文 中 讨 论 了 本 体 理 论 在 解 决 GIS 互 操 作 中 的 作 用, 并 给 出 了 使 用 DAML+OIL 构 建 地 理 本 体 在 GIS 中 简 单 应 用 实 例 (5) 本 体 论 在 农 业 领 域 中 的 发 展 现 状 农 业 领 域 的 许 多 专 家 学 者 也 对 本 体 论 进 行 了 多 方 面 的 研 究 中 国 农 业 科 学 院 的 常 春 在 联 合 国 粮 食 与 农 业 组 织 AOS 项 目 中 系 统 地 介 绍 了 联 合 国 粮 食 与 农 业 组 织 (FAO) 的 AOS(Agriculture 20

30 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 Ontology Service) 项 目, 包 括 AOS 项 目 的 目 的 背 景 现 状 和 前 景, 同 时 介 绍 了 从 2001 年 起 的 3 次 AOS 国 际 研 讨 会 和 即 将 举 办 的 AOS 研 讨 会 常 春 在 Ontology 在 图 书 情 报 学 领 域 中 的 应 用 中 围 绕 ontology 在 图 书 情 报 领 域 的 研 究 和 应 用 方 向, 选 择 数 字 图 书 馆 语 义 网 机 器 翻 译 等 三 个 研 究 方 向, 介 绍 了 这 三 个 方 向 的 研 究 进 展, 同 时 展 望 了 ontology 在 这 三 个 方 向 的 应 用 前 景 常 春 在 Ontology 在 信 息 管 理 领 域 的 研 究 背 景 中 给 出 了 Ontology 的 概 念, 介 绍 了 中 文 名 称 的 翻 译 种 类 ; 分 析 了 Ontology 在 国 际 上 处 于 热 点 研 究 领 域, 国 内 处 于 起 步 阶 段 ; 解 释 了 在 信 息 检 索 领 域 Ontology 的 构 建 方 法 研 究 内 容, 以 及 与 叙 词 表 的 关 系 ; 展 望 了 Ontology 在 图 书 情 报 管 理 中 的 应 用 前 景 2004 年, 常 春 在 博 士 论 文 Ontology 在 信 息 管 理 系 统 中 的 构 建 和 转 化 中 探 索 了 从 叙 词 表 词 间 关 系 到 本 体 论 概 念 间 关 系 的 转 化, 例 如 属 分 关 系 和 整 体 与 部 分 关 系 应 转 化 为 上 位 概 念 和 下 位 概 念 间 的 关 系 赵 秀 芳 在 基 于 本 体 的 农 业 信 息 检 索 一 文 中 介 绍 了 本 体 的 概 念 作 用 及 构 建 方 法, 并 阐 述 了 基 于 本 体 的 农 业 信 息 检 索 的 一 般 方 法 贺 纯 佩 等 在 基 于 本 体 的 农 业 信 息 检 索 一 文 中 文 描 述 了 农 业 本 体 在 中 国 的 发 展, 农 业 本 体 论 服 务 的 特 点, 所 采 用 的 技 术 和 创 新 点 ; 并 对 农 业 本 体 论 服 务 的 应 用 进 行 了 评 价, 描 述 了 农 业 本 体 论 服 务 所 开 发 的 农 业 文 献 机 器 翻 译 系 统 苏 晓 鹭 等 人 在 农 业 科 技 信 息 智 能 检 索 系 统 中 的 知 识 组 织 一 文 中 介 绍 了 采 用 文 献 计 量 方 法 对 中 国 农 业 科 技 文 献 数 据 库 中 的 分 类 和 主 题 标 引 进 行 分 析, 揭 示 主 题 词 与 类 目 之 间 的 关 系, 用 于 构 建 农 业 初 级 本 体 ; 同 时, 以 该 初 级 本 体 作 为 检 索 知 识 库 并 利 用 纯 XML 数 据 库 技 术, 建 立 了 农 业 科 技 智 能 检 索 系 统 本 体 论 在 国 外 的 发 展 现 状 国 际 上 有 不 少 组 织 和 机 构 对 本 体 论 进 行 研 究, 比 较 出 名 的 有 W3C( 万 维 网 联 盟 ) 美 国 斯 坦 福 大 学 知 识 系 统 实 验 室 德 国 Karlsruhe 大 学 的 应 用 情 报 和 规 范 描 述 方 法 研 究 所 美 国 加 州 大 学 国 际 计 算 机 科 学 研 究 所 西 班 牙 萨 拉 戈 萨 大 学 等, 以 下 是 这 些 机 构 正 在 进 行 的 一 些 比 较 著 名 的 本 体 研 究 项 目 : (1)OWL WWW 的 发 明 者 Tim Berners-Lee 早 在 1999 年 就 提 出 了 Semantic Web 的 概 念 他 所 领 导 的 非 赢 利 性 组 织 W3C 于 2000 年 创 建 了 网 站 Tim Berners-Lee 在 2001 年 正 式 提 出 语 义 网 (Semantic Web) 语 义 网 研 究 的 主 要 目 的 就 是 扩 展 当 前 的 WWW, 使 得 网 络 中 所 有 信 息 都 具 有 语 义 使 计 算 机 能 够 理 解 和 处 理 的 便 于 人 和 计 算 机 之 间 的 交 互 与 合 作 (Tim Berners-Lee, 2000) 因 而 其 研 究 的 侧 重 点 就 是 如 何 把 信 息 表 示 为 计 算 机 能 够 理 解 和 处 理 的 形 式, 即 带 有 语 义 Bemers-Lee 给 出 了 语 义 网 中 的 层 次 关 系, 它 主 要 基 于 XML 和 RDF/RDFS, 并 在 此 之 上 构 建 本 体 和 逻 辑 推 理 规 则, 以 完 成 基 于 语 义 的 知 识 表 示 和 推 理, 从 而 能 够 为 计 算 机 所 理 解 和 处 理 在 语 义 网 的 研 究 中, 知 识 表 示 本 体 论 智 能 主 体 等 都 是 其 重 要 的 研 究 内 容 语 义 Web 的 目 标 是 使 得 Web 上 的 信 息 具 有 计 算 机 可 以 理 解 的 语 义, 满 足 智 能 软 件 代 理 (Agent) 对 WWW 上 异 构 和 分 布 信 息 的 有 效 访 问 和 检 索 图 2-5 是 Bemers-Lee 为 未 来 Web 发 展 提 出 的 基 于 语 义 的 体 系 结 构 语 义 Web 体 系 结 构 21

31 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 图 2-5 语 义 Web 体 系 结 构 Fig.2-5 system frame of Semantic Web W3C 从 2001 年 开 始 致 力 于 本 体 论 的 研 究, 并 成 立 了 Web-ontology 工 作 组 主 持 研 究 工 作 该 工 作 组 的 研 究 定 位 于 为 语 义 网 的 研 究 作 好 基 础 Web-ontology 工 作 组 制 定 了 OWL(Ontology Web Language) 标 准 规 范, 该 标 准 于 2004 年 成 为 W3C 的 推 荐 标 准 OWL 作 为 本 体 的 构 建 语 言, 得 到 了 非 常 广 泛 的 应 用, 许 多 本 体 构 建 工 具 都 支 持 OWL (2)CYC 计 划 CYC 计 划 是 斯 坦 福 大 学 的 D.Lenat 教 授 所 领 导 的, 它 的 目 的 是 构 造 一 个 可 共 享 的 大 型 人 类 常 识 知 识 库 系 统, 从 而 解 决 计 算 机 软 件 的 脆 弱 性 问 题 (Software Brittleness) 这 个 研 究 小 组 主 要 从 大 英 百 科 全 书 及 其 他 知 识 源 整 理 人 类 常 识 性 知 识, 从 1984 年 启 动 以 来,CYC 计 划 的 常 识 库 已 拥 有 了 几 百 万 条 知 识, 数 百 个 理 论 CYC 的 知 识 表 示 语 言 为 CycL CycL 是 一 阶 逻 辑 语 言, 具 有 多 种 推 理 机 制, 包 括 通 用 的 假 言 推 理 全 称 量 词 推 理 和 存 在 量 词 推 理 以 及 较 为 特 殊 的 分 类 推 理 集 成 推 理 时 序 推 理 数 学 推 理 等 式 推 理 等 (D.B.Lenat,1990;D.B.Lenat,1995) (3)WordNet WordNet 是 一 个 联 机 英 语 词 汇 检 索 系 统, 由 Princeton 大 学 开 发, 主 要 用 于 在 线 语 法 参 考 WordNet 的 核 心 是 其 词 汇 源 文 件, 每 个 源 文 件 包 含 一 组 synsets 单 元, 其 中, 每 个 synsets 单 元 包 含 一 组 同 义 词 一 组 关 系 指 针 ( 反 义 继 承 等 ) 和 其 他 的 组 成 部 分 WordNet 作 为 一 个 语 言 学 本 体, 在 全 世 界 影 响 很 大, 许 多 国 家 都 仿 照 其 提 出 自 己 的 WordNet 计 划 (G.A.Miller,1990) 但 是, 由 于 WordNet 词 汇 范 围 有 限, 而 且 其 推 理 机 制 较 差, 并 不 能 称 其 为 真 正 意 义 上 的 本 体 (4)MindNet MindNet 是 微 软 公 司 开 发 的 一 个 概 念 知 识 库 系 统, 这 个 系 统 是 通 过 从 朗 文 当 代 英 语 词 典 (Longman Dictionary of American English) 和 美 国 传 统 词 典 (American Heritage Dictionary) 中 自 动 获 取 语 言 概 念 及 其 语 义 信 息 而 建 立 的 MindNet 中 应 用 了 二 十 四 种 不 同 类 型 的 语 义 关 系, 包 括 22

32 第 2 章 本 体 论 研 究 概 况 等 价 关 系 部 分 关 系 因 果 关 系 等, 能 极 好 地 表 达 概 念 结 构 现 在, 他 们 也 在 继 续 扩 大 知 识 源 和 语 种, 希 望 这 个 知 识 库 系 统 能 更 加 全 面 (J.Veronis and N.Ide,1990) (5)FrameNet FrameNet 是 由 美 国 国 家 科 学 基 金 赞 助 加 州 大 学 国 际 计 算 机 科 学 研 究 所 进 行 研 究 的 词 汇 数 据 库, 它 包 含 词 典 构 建 工 具 在 线 的 词 汇 语 义 资 源 和 语 言 技 术 应 用 软 件 FrameNet 提 供 强 大 的 语 义 分 析 功 能, 它 采 用 被 称 为 框 架 语 义 学 的 描 述 结 构, 即 把 单 词 根 据 其 语 义 分 配 到 不 同 的 语 义 框 架 中 FrameNet 数 据 库 的 基 本 元 素 是 经 过 标 引 的 句 子, 每 个 句 子 都 要 符 合 某 种 谓 词 结 构 的 框 架, 而 框 架 元 素 则 是 句 子 中 的 每 一 个 单 词 FrameNet 作 为 一 个 发 展 中 的 项 目, 具 有 很 大 的 应 用 前 景, 目 前, FrameNet 网 站 上 为 研 究 者 提 供 了 可 进 行 编 辑 标 引 和 浏 览 的 软 件 工 具 (6)Loom Loom 是 由 美 国 南 加 利 福 尼 亚 大 学 信 息 科 学 学 院 人 工 智 能 研 究 小 组 开 发 的 一 种 基 于 一 阶 谓 词 逻 辑 的 知 识 表 示 语 言, 该 项 目 的 目 标 就 是 为 人 工 智 能 领 域 的 知 识 表 示 与 推 理 提 供 一 种 先 进 的 工 具 现 在, 该 研 究 小 组 推 出 了 Loom 的 第 二 代 知 识 表 示 语 言 Power Loom Loom 的 描 述 性 知 识 包 括 定 义 规 则 事 实 和 缺 省 规 则 等, 它 利 用 向 前 推 理 语 义 一 致 化 和 面 向 对 象 的 真 值 维 护 等 技 术 实 现 推 理, 通 过 多 种 技 术 的 高 度 融 合, 使 得 逻 辑 范 例 产 生 式 规 则 范 例 和 面 向 对 象 范 例 能 集 成 在 同 一 个 应 用 中 在 Loom 基 础 上 发 展 的 Power Loom, 具 有 更 好 的 表 达 和 推 理 能 力, 它 采 用 前 后 链 的 推 理 机 制, 能 够 处 理 复 杂 的 规 则 否 定 等 价 推 理 包 含 以 及 部 分 高 阶 推 理 23

33 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 叙 词 表 是 一 种 规 范 化 的 词 表, 属 于 术 语 控 制 工 具, 它 所 包 含 的 叙 词 是 文 献 标 引 人 员 和 情 报 检 索 人 员 之 间 的 共 同 语 言 本 体 论 是 对 概 念 的 精 确 说 明, 它 可 以 描 述 某 一 领 域 的 知 识 本 体 论 是 在 叙 词 表 的 基 础 上 发 展 起 来 的, 本 体 论 的 许 多 思 想 来 源 于 叙 词 表, 而 本 体 论 中 的 概 念 间 关 系 借 鉴 了 叙 词 表 中 的 许 多 词 间 关 系 因 此, 本 章 简 要 介 绍 叙 词 表 及 其 与 本 体 论 的 联 系, 重 点 总 结 和 分 析 词 间 关 系 的 分 类, 找 出 研 究 概 念 间 关 系 可 以 借 鉴 的 地 方 3.1 叙 词 表 及 其 相 关 概 念 叙 词 表 是 将 文 献 标 引 人 员 或 用 户 的 自 然 语 言 转 换 成 规 范 化 语 言 的 一 种 术 语 控 制 工 具 ; 它 是 概 括 各 门 或 某 一 学 科 领 域 并 由 语 义 相 关 族 性 相 同 的 术 语 组 成 的 可 以 不 断 补 充 的 规 范 化 的 词 表 (GB ) 在 叙 词 表 中 有 如 下 比 较 重 要 的 概 念 : 叙 词 (descriptor): 一 种 主 题 词, 它 是 在 文 献 标 引 与 检 索 中 用 以 表 达 文 献 的 主 题 而 规 范 化 的 词 非 叙 词 (non-descriptor): 叙 词 的 同 义 词 或 准 同 义 词, 在 叙 词 表 中 规 定 不 能 用 于 标 引 或 检 索, 只 起 指 引 作 用 的 词 上 位 叙 词 (broader term): 又 称 广 义 叙 词, 是 表 示 属 概 念 或 整 体 概 念 的 叙 词 下 位 叙 词 (narrower term): 又 称 狭 义 叙 词, 是 表 示 种 概 念 或 部 分 概 念 的 叙 词 相 关 叙 词 (related term): 指 与 某 一 叙 词 既 不 具 有 同 义 或 准 同 义 关 系, 也 不 具 有 上 位 叙 词 与 下 位 叙 词 的 关 系, 但 在 语 义 上 或 使 用 中 与 其 有 密 切 联 系 的 一 些 叙 词 族 首 词 : 在 叙 词 表 内 具 有 属 分 关 系 的 一 群 叙 词 中, 所 选 定 的 最 上 位 叙 词 称 为 族 首 词 在 过 去 的 20 年 中, 随 着 全 球 科 技 与 经 济 的 不 断 发 展, 信 息 技 术 得 到 了 很 大 的 促 进 信 息 经 济 的 发 展 使 得 各 国 对 信 息 交 流 和 检 索 的 需 求 不 断 提 高 在 这 种 情 势 下, 服 务 于 主 题 法 的 多 语 种 叙 词 表 发 展 较 快, 早 在 1985 年, 国 际 标 准 化 组 织 就 发 布 了 多 语 种 叙 词 表 的 编 制 与 修 订 准 则 (ISO ), 并 于 1986 年 发 布 了 第 二 版 文 献 工 作 单 语 种 叙 词 表 编 制 与 修 订 准 则 (ISO ) 各 国 也 根 据 自 己 的 需 求 编 制 了 本 国 语 言 的 叙 词 表, 我 国 于 1991 年 发 布 了 汉 语 叙 词 表 编 制 规 则 (GB ), 次 年 正 式 实 施 ; 并 于 1994 年 发 布 了 多 语 种 叙 词 表 编 制 规 则 (GB/T ) 由 于 传 统 情 报 检 索 的 叙 词 表 具 有 明 确 的 叙 词 规 范 和 严 谨 的 词 间 关 系, 包 括 上 下 位 的 等 级 关 系, 叙 词 与 非 叙 词 间 的 用 代 关 系, 以 及 领 域 词 汇 的 参 考 关 系, 建 立 起 用 代 属 分 参 的 严 谨 主 题 理 论 这 些 词 间 关 系 和 理 论 已 经 包 含 了 本 体 论 的 基 本 思 想, 所 以 国 内 外 有 人 研 究 从 叙 词 表 向 本 体 论 的 转 化 工 作 ( 常 春,2004) FAO 的 AOS 计 划 也 在 这 方 面 作 了 一 些 工 作, 即 从 他 们 的 多 语 种 叙 词 表 (AGROVOC) 向 本 体 论 转 换 24

34 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 3.2 叙 词 表 中 的 词 间 关 系 及 其 标 注 符 号 词 间 关 系 指 叙 词 表 中 建 立 并 反 映 的 叙 词 之 间 叙 词 与 非 叙 词 之 间 的 语 义 关 系 (GB ) 每 部 词 表 都 应 对 其 收 录 的 叙 词 显 示 并 明 确 区 分 词 与 词 之 间 的 基 本 关 系 (ISO ) 叙 词 表 采 取 了 许 多 方 法 来 显 示 词 间 关 系, 如 设 立 严 密 的 系 统, 编 制 分 类 索 引 等 级 索 引 轮 排 索 引 词 族 图 等 由 于 在 叙 词 表 的 主 表 中, 叙 词 一 般 都 按 字 顺 排 列, 这 样, 有 联 系 的 叙 词 被 分 散 开 来 针 对 这 种 情 况, 叙 词 表 利 用 参 照 系 统 揭 示 叙 词 之 间 的 内 在 联 系 国 内 外 许 多 组 织 都 提 出 了 词 间 关 系 的 标 准, 如 国 际 标 准 化 组 织 中 国 国 家 技 术 监 督 局 以 及 联 合 国 粮 食 与 农 业 组 织 等 另 外, 在 国 内 学 者 中, 有 些 情 报 学 科 的 专 家 也 对 词 间 关 系 做 出 了 很 好 的 总 结, 如 张 琪 玉 的 情 报 语 言 学 基 础 以 下 分 别 介 绍 1986 版 文 献 工 作 单 语 种 叙 词 表 编 制 与 修 订 准 则 (ISO ) 汉 语 叙 词 表 编 制 标 准 (GB ) 联 合 国 粮 食 与 食 品 组 织 及 张 琪 玉 的 情 报 语 言 学 基 础 总 结 的 词 间 关 系 分 类 在 1986 版 文 献 工 作 单 语 种 叙 词 表 编 制 与 修 订 准 则 以 及 张 琪 玉 的 情 报 语 言 学 基 础 中, 国 际 标 准 化 组 织 提 出 词 间 关 系 有 三 种 基 本 类 型 : 等 同 关 系 等 级 关 系 和 相 关 关 系 然 后 对 各 种 关 系 进 行 了 细 分 和 分 类 联 合 国 粮 食 与 农 业 组 织 也 一 直 致 力 于 农 业 信 息 化 的 研 究, 该 组 织 的 AGROVOC 叙 词 表 中 词 间 关 系 总 结 如 表 3-1 表 3-1 AGROVOC 叙 词 表 的 词 间 关 系 Table3-1 term-to-term relations in AGROVOC thesaurus 关 系 名 称 Broader Term (BT) 解 释 X <broader_term> Y,Y 是 一 个 含 义 更 广 的 词, 可 能 是 族 首 词, 比 X 高 一 个 级 别 例 如 :"soups" <broader_term> "foods" Narrower Term (NT) Y <narrower_term> X,X 是 一 个 更 详 细 的 词, 比 Y 低 一 个 级 别 例 如 : "foods" <narrower_term> "soups" Is Referenced in Scope Note (SNX) Y <is_referenced_in_scope_note> X,Y 出 现 在 对 X 的 范 围 解 释 中, 例 如 : "feeds" <is_referenced_in_scope_note> "foods" Related Term (RT) X <related_term> Y, 用 于 非 等 级 关 系 之 中 Scope Note Reference (SNR) X <scope_note_reference> Y, 对 叙 词 X 的 解 释 包 含 叙 词 Y 所 表 达 的 信 息 例 如 :"foods" <scope_note_reference> "feeds" Use (USE) Y <use> X, 这 种 关 系 用 于 叙 词 X 与 非 叙 词 Y 之 间, 而 且 仅 仅 用 于 这 种 情 况 例 如 :"food products" <use> "foods" Used For (UF) X <used_for> Y,X 作 为 首 选 术 语 取 代 Y 得 到 使 用 在 某 些 情 况 下, 几 个 叙 词 均 可 取 代 非 叙 词 Y 例 如 :"foods" <used_for> "food products" Used For+ (UF+) X <used_for+> Y, 叙 词 X 可 能 需 要 与 另 一 个 叙 词 Z 联 合 起 来 取 代 非 叙 词 Y, 例 如 :"foods" <used for+> "food conservation", 在 这 个 例 子 中, 另 一 个 叙 词 是 "preservation" 25

35 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 而 1991 年 版 的 汉 语 叙 词 表 编 制 标 准 提 出, 词 间 关 系 主 要 有 三 种 : 等 同 关 系, 指 叙 词 与 非 叙 词 之 间 的 关 系 属 分 关 系, 指 上 位 叙 词 与 下 位 叙 词 之 间 的 关 系 相 关 关 系, 指 叙 词 之 间 属 分 之 外 的 相 关 关 系 通 过 论 文 课 题 研 究, 使 用 具 体 实 例, 对 以 上 三 种 关 系 作 详 细 分 析 介 绍 等 同 关 系 等 同 关 系 指 叙 词 和 非 叙 词 之 间 的 关 系 一 般 包 括 三 种 : 同 义 词 准 同 义 词 以 及 上 位 词 替 代 同 义 词 是 指 被 广 泛 认 为 含 义 相 同 的 可 替 换 使 用 的 一 些 词, 包 括 如 下 分 类 : 1) 一 般 的 异 形 同 义 词 例 如 : 伦 理 学 Y 逻 辑 学 2) 同 语 源 的 同 义 词 3) 俗 称 与 学 名 例 如 : 土 豆 Y 马 铃 薯 4) 通 用 名 与 商 品 名 例 如 :VACUUM FLASKS;THERMOS FLASKS( 保 温 瓶 ) 5) 新 概 念 的 不 同 命 名 例 如 :HOVERCRAFT;AIR COSHION VEHICLES( 气 垫 船 ) 6) 流 行 词 与 过 时 词 7) 不 同 书 写 法, 包 括 不 同 词 根 或 不 规 则 复 数 词 8) 同 一 语 种 中 不 同 文 化 来 源 词 例 如 :FLATS;APARTMENTS( 公 寓 ) LIFTS;ELEVATORS( 电 梯 ) 9) 同 一 概 念 的 不 同 译 名 例 如 : 经 济 恐 慌 Y 经 济 危 机 10) 简 称 与 全 称 例 如 : 马 克 思 主 义 辩 证 法 Y 唯 物 辩 证 法 11) 复 合 词 的 分 界 形 式 与 未 分 解 形 式 例 如 :COAL+MINING;COAL MINING 12) 全 译 名 与 外 文 缩 写 词 例 如 : 北 大 西 洋 公 约 组 织 D NATO 26

36 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 准 同 义 词 是 指 在 常 规 使 用 中 意 义 并 不 相 同, 但 为 了 标 引 目 的 而 视 为 同 义 词 的 词 汇 等 同 关 系 用 于 准 同 义 词 之 间 的 情 况 有 以 下 三 种 : 1) 用 于 一 般 准 同 义 词 之 间 例 如 : 供 求 关 系 Y 供 求 律 2) 用 于 部 分 反 义 词 之 间 例 如 : 不 稳 定 性 Y 稳 定 性 3) 用 于 泛 指 叙 词 与 专 指 叙 词 之 间, 须 将 使 用 频 率 低 的 专 指 词 归 纳 到 所 从 属 的 泛 指 叙 词 例 如 : 劳 动 过 程 Y 劳 动 上 位 词 替 代 指 在 一 类 称 与 其 下 属 成 员 之 间 建 立 等 同 关 系 集 的 方 法, 那 么 广 义 词 作 为 优 选 词 等 级 关 系 等 级 关 系 是 以 上 位 概 念 与 下 位 概 念 的 程 度 或 水 平 为 基 础 的, 上 位 概 念 词 表 示 是 类 称 或 整 体, 下 位 概 念 词 表 示 是 成 员 或 部 分 等 级 关 系 一 般 包 含 以 下 三 种 情 况 : 属 种 关 系 ; 等 级 整 体 部 分 关 系 ; 例 举 型 关 系 属 种 关 系 是 指 类 称 词 与 其 成 员 词 或 专 指 词 之 间 的 联 系 1) 普 遍 概 念 与 特 殊 概 念 ( 广 义 词 与 狭 义 词 ) 之 间 的 关 系 2) 生 物 属 种 之 间 的 关 系 3) 产 品 类 型 之 间 的 关 系 等 级 整 体 部 分 关 系 中, 整 体 名 称 词 作 为 上 位 词, 部 分 名 称 词 作 为 下 位 词 这 种 关 系 主 要 适 用 于 以 下 四 种 类 型 : 1) 躯 体 的 系 统 与 器 官 例 如 : 循 环 系 统 (CIRCULATORY SYSTEM) 心 血 管 系 统 (CARDIO-CASCULAR SYSTEM) 动 脉 (ARTERIES) 静 脉 (VEINS) 2) 地 理 位 置 例 如 : 加 拿 大 (CANADA) 安 大 略 (ONTARIO) 渥 太 华 (OTTAWA) 27

37 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 多 伦 多 (TORONTO) 3) 学 科 分 支 或 专 业 领 域 例 如 : 科 学 (SCIENCE) 生 物 学 (BIOLOGY) 植 物 学 (BOTANY) 动 物 学 (ZOOLOGY) 4) 表 示 某 些 行 政 与 社 群 结 构 的 词 例 如 : 陆 军 (ARMIES) 军 (CORPS) 师 (DIVISIONS) 团 (REGIMENTS) 例 举 型 关 系 表 示 以 普 通 名 词 表 达 的 事 物 类 称 词 与 以 专 有 名 词 表 达 的 例 举 的 具 体 事 物 词 之 间 的 联 系 例 如 : 山 区 (MOUNTAIN REGIONS) 阿 尔 卑 斯 山 (ALPS) 喜 马 拉 雅 山 (HIMALAYAS) 其 中, 山 区 (MOUNTAIN REGIONS) 为 类 称 词, 而 阿 尔 卑 斯 山 (ALPS) 和 喜 马 拉 雅 山 (HIMALAYAS) 为 例 举 词 相 关 关 系 相 关 关 系 可 用 在 属 于 同 一 范 畴 的 词 之 间, 也 可 用 在 属 于 不 同 范 畴 的 词 之 间 属 于 同 一 范 畴 的 词 如 果 用 相 关 关 系 进 行 联 系 有 以 下 三 种 情 况 :(1) 含 义 有 部 分 重 叠 的 同 属 词 (2) 由 相 同 的 一 种 概 念 或 多 种 概 念 衍 生 的 不 同 概 念 之 间 的 关 系 也 属 于 相 关 关 系 (3) 同 一 上 位 概 念 下 两 个 下 位 概 念 间 的 内 涵 完 全 否 定 的 关 系, 两 概 念 外 延 相 互 排 斥, 但 外 延 之 和 等 于 该 下 位 概 念 的 外 延 对 于 属 于 不 同 范 畴 的 词, 其 相 互 之 间 可 根 据 许 多 原 理 建 立 相 互 关 系 以 下 是 一 些 典 型 范 例 : 1) 学 科 或 研 究 领 域 与 其 研 究 对 象 之 间 的 关 系 例 如 : 林 学 (FORESTRY) C 森 林 (FORESTS) 森 林 C 林 学 2) 过 程 与 所 用 工 具 之 间 的 关 系 例 如 : 温 度 控 制 (TEMPERATURE CONTROL) C 温 度 (THERMOSTATS) 温 度 C 温 度 控 制 3) 行 为 与 其 结 果 之 间 的 关 系 28

38 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 例 如 : 织 布 (WEAVING) C 布 (CLOTH) 布 C 织 布 4) 行 为 与 其 受 体 之 间 的 关 系 例 如 : 收 割 (HARVESTING) C 农 作 物 (CROPS) 农 作 物 C 收 割 5) 事 物 与 其 性 质 之 间 的 关 系 例 如 : 毒 药 (POISONS) C 毒 性 (TOXICITY) 毒 性 C 毒 药 6) 概 念 与 其 来 源 之 间 的 关 系 例 如 : 德 国 人 (GERMANS) C 德 国 (GERMANY) 德 国 C 德 国 人 7) 因 果 关 系 例 如 : 入 射 光 与 反 射 光 和 折 射 光 8) 对 立 关 系 在 同 一 上 位 概 念 下 的 两 个 下 位 概 念 间 的 内 涵 完 全 否 定 的 关 系, 两 概 念 外 延 相 互 排 斥, 但 外 延 之 和 小 于 该 上 位 概 念 的 外 延 例 如 : 黑 与 白 9) 概 念 与 其 计 量 单 位 之 间 的 关 系 例 如 : 电 流 (ELECTRIC CURRENT) C 安 培 (AMPERE) 安 培 C 电 流 10) 用 于 同 畴 短 语 与 其 置 入 的 名 词 之 间 的 关 系 例 如 : 爬 虫 化 石 (FOSSIL REPTILES) C 爬 虫 (REPTILES) 爬 虫 C 爬 虫 化 石 11) 相 互 渗 透 的 学 科 概 念 之 间 的 关 系 例 如 : 信 息 论 C 决 策 论 控 制 论 信 息 系 统 12) 过 程 类 似 的 概 念 之 间 的 关 系 29

39 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 例 如 : 资 本 集 中 C 资 本 积 累 13) 原 理 类 似 的 事 物 概 念 之 间 的 关 系 例 如 : 集 装 箱 起 重 机 C 集 装 箱 跨 车 14) 形 式 与 内 容 的 概 念 之 间 的 关 系 例 如 : 劳 动 价 值 C 劳 动 工 资 15) 事 物 与 其 研 究 手 段 方 法 的 概 念 之 间 的 关 系 例 如 : 温 度 测 量 C 热 电 偶 16) 事 物 及 其 构 成 材 料 的 概 念 之 间 的 关 系 例 如 : 染 料 C 着 色 剂 17) 时 间 上 的 顺 序 关 系 例 如 : 生 物 的 进 化 树 生 物 个 体 的 发 育 过 程 法 律 程 序 18) 材 料 生 产 厂 家 产 地 等 与 产 品 的 关 系 在 本 节 的 最 后, 简 要 介 绍 词 间 关 系 的 标 注 符 号 对 主 要 的 概 念 间 关 系 赋 予 标 注 符 号 能 更 好 地 表 达 本 体, 同 时 也 使 本 体 构 建 工 作 更 加 直 观 例 如, 本 体 构 建 工 具 Protégé 就 使 用 了 许 多 标 注 符 号, 使 本 体 构 建 更 为 方 便 叙 词 表 对 词 间 关 系 的 标 注 是 比 较 成 熟 的, 在 1986 版 文 献 工 作 单 语 种 叙 词 表 编 制 与 修 订 准 则 中, 国 际 标 准 化 组 织 提 出 了 一 部 分 关 系 的 标 引 符 号, 如 表 3-2: 表 3-2 标 引 符 号 的 国 际 标 准 Table3-2 international standard of mark symbols 符 号 含 义 等 同 关 系 = 1) 叙 词 2) 非 叙 词 等 级 关 系 < > -< >- 1) 广 义 词 或 上 位 词 2) 狭 义 词 或 下 位 词 3) 广 义 词 ( 部 ) 4) 狭 义 词 ( 部 ) 相 关 关 系 - 相 关 词 组 代 符 号 + 置 于 两 词 之 间 表 示 两 词 组 配 后 可 表 达 复 合 词 的 符 号 综 合 中 文 叙 词 表 标 准 和 国 际 叙 词 表 标 准, 把 标 注 词 间 关 系 的 符 号 归 纳 如 表 3-3: 30

40 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 表 3-3 词 间 关 系 的 符 号 汇 总 Table3-3 symbols of term-to-term relations 词 间 关 系 中 文 符 号 ( 简 称 ) 中 文 符 号 ( 拼 音 ) 标 注 符 号 英 文 符 号 等 同 关 系 叙 词 用 Y USE 非 叙 词 代 D = UF 组 代 ZD = UFC 等 级 关 系 族 首 词 族 Z TT 上 位 叙 词 属 S BT 下 位 叙 词 分 F NT 上 位 叙 词 ( 属 ) 属 ( 族 属 ) < BTG 下 位 叙 词 ( 属 ) 分 ( 族 分 ) > NTG 上 位 叙 词 ( 部 ) 整 ( 体 属 ) -< BTP 下 位 叙 词 ( 部 ) 部 ( 体 分 ) >- NTP 相 关 关 系 参 C - RT 3.3 叙 词 表 与 本 体 论 的 联 系 总 的 来 说, 叙 词 表 是 一 种 规 范 化 的 词 表, 本 体 论 是 对 概 念 的 精 确 说 明, 两 者 都 通 过 词 汇 来 描 述 某 一 领 域 的 概 念 不 过, 编 写 叙 词 表 的 直 接 目 的 是 为 了 方 便 知 识 检 索 ; 构 建 本 体 是 为 了 表 达 某 一 领 域 的 知 识 体 系, 并 不 仅 仅 是 规 范 概 念 从 语 义 的 角 度, 叙 词 表 和 本 体 论 都 包 含 人 工 语 言, 均 利 用 概 念 系 统 表 达 知 识 不 过 本 体 论 使 用 形 式 语 言 (formal language) 详 细 说 明 了 概 念 知 识, 具 有 明 确 的 语 义 本 体 论 的 基 本 元 素 不 仅 包 含 概 念 和 关 系, 还 包 含 实 例 与 属 性 概 念 包 含 实 例, 实 例 也 可 以 是 其 他 实 例 的 概 念 ; 概 念 和 实 例 拥 有 属 性, 而 且 本 体 语 言 可 以 清 晰 地 表 达 这 些 关 系 而 在 叙 词 表 中, 这 些 是 不 存 在 的, 尽 管 概 念 和 实 例 之 间 可 以 存 在 等 级 关 系, 但 是 前 提 是 两 者 均 为 叙 词, 极 大 地 限 制 了 知 识 的 语 义 表 达 本 体 中 的 某 些 概 念 间 关 系 很 容 易 跟 叙 词 表 中 的 词 间 关 系 混 淆, 比 如 等 同 关 系 和 相 关 关 系 本 体 中 的 等 同 关 系 并 不 包 含 所 有 叙 词 表 中 的 等 同 关 系 在 叙 词 表 中 等 同 关 系 一 般 包 括 三 种 : 同 义 词 准 同 义 词 以 及 上 位 词 替 代 同 义 词 关 系 可 以 作 为 等 同 关 系 纳 入 本 体 中, 但 是 准 同 义 词 和 上 位 词 替 代 不 可 以 准 同 义 词 是 指 在 常 规 使 用 中 意 义 并 不 相 同, 但 为 了 标 引 目 的 而 视 为 同 义 词 的 词 汇 而 本 体 中 的 等 同 关 系 概 念 内 涵 完 全 相 同 另 外, 在 叙 词 表 中, 某 些 反 义 词 也 被 纳 入 等 同 关 系, 而 在 本 体 中, 对 立 关 系 是 独 立 于 等 同 关 系 之 外 的 在 本 体 中, 把 概 念 内 涵 有 一 部 分 相 同 的 类 之 间 的 关 系 称 为 交 叉 关 系, 这 样 做 也 是 为 了 与 相 关 关 系 区 别 开 来 在 叙 词 表 中, 只 要 不 是 等 级 关 系 和 等 同 关 系 的 词 间 关 系 就 被 划 入 相 关 关 系 可 是 相 关 关 系 中 的 矛 盾 关 系 因 果 关 系 等 许 多 关 系 都 是 不 属 于 交 叉 关 系 的 叙 词 表 中 的 等 级 关 系 也 不 能 直 接 全 部 转 换 为 本 体 中 的 上 下 位 关 系, 比 如 一 些 时 间 上 的 顺 序 关 系, 包 括 生 物 的 进 化 树 生 物 个 体 的 发 育 过 程 法 律 程 序 等 以 哺 乳 动 物 的 发 育 过 程 31

41 第 3 章 叙 词 表 词 间 关 系 及 与 本 体 论 的 联 系 为 例, 发 育 过 程 包 括 胚 胎 期 幼 儿 期 成 年 期 和 老 年 期 在 叙 词 表 中, 胚 胎 期 幼 儿 期 成 年 期 和 老 年 期 均 为 发 育 过 程 的 下 位 概 念, 完 全 显 示 不 出 这 四 个 时 期 的 先 后 顺 序 及 相 互 关 系 而 在 本 体 中, 本 体 语 言 可 以 很 好 地 表 达 这 些 知 识 32

42 第 4 章 概 念 间 关 系 第 4 章 概 念 间 关 系 在 Ontology 中, 类 指 实 体 的 集 合, 而 关 系 指 实 体 之 间 相 互 联 系 的 方 式 由 于 类 (Classes) 也 作 概 念 (Concepts) 解, 则 类 之 间 的 关 系 也 称 为 概 念 间 关 系 概 念 间 关 系 可 能 是 单 向 的, 也 可 能 是 互 逆 的, 有 时 关 系 之 间 还 具 有 传 递 性 大 部 分 关 系 都 有 互 逆 关 系, 本 文 对 关 系 的 介 绍 通 常 是 成 对 的 通 过 借 鉴 叙 词 表 词 间 关 系, 以 及 Protégé 提 供 的 一 些 功 能, 本 研 究 将 本 体 中 的 概 念 间 逻 辑 关 系 主 要 分 为 以 下 十 二 种 :1) 上 下 位 关 系 ;2) 等 同 关 系 ;3) 与 关 系 和 交 叉 关 系 ;4) 或 关 系 ;5) 非 关 系 ;6) 矛 盾 关 系 ;7) 因 果 关 系 ;8) 互 补 关 系 ;9) 动 作 关 系 ;10) 时 间 关 系 ;11) 能 愿 关 系 ;12) 空 间 关 系 在 本 章 中, 将 对 这 十 二 类 概 念 间 关 系 进 行 具 体 介 绍 分 析 再 分 类 同 时, 也 将 介 绍 如 何 在 OWL 中 表 达 这 些 关 系 由 于 大 部 分 关 系 在 OWL 中 没 有 得 到 定 义, 本 文 自 定 义 了 大 部 分 关 系 的 标 签 和 语 言 表 述 最 后 介 绍 如 何 运 用 概 念 图 的 方 法 表 示 概 念 间 关 系 4.1 概 念 间 关 系 的 分 类 上 下 位 关 系 上 下 位 关 系 (subsumption relation) 是 以 上 位 概 念 与 下 位 概 念 的 程 度 或 水 平 为 基 础 的, 上 位 概 念 表 示 类 称 或 整 体, 下 位 概 念 表 示 成 员 或 部 分 图 4-1 表 示 了 上 下 位 关 系, 概 念 A 是 概 念 B 的 下 位 概 念, 概 念 B 的 内 涵 包 含 概 念 A 的 内 涵, 类 似 于 数 理 逻 辑 学 中 的 B 包 含 A,A 包 含 于 B 例 如 : 食 品 包 含 谷 物 食 品, 即 表 示 谷 物 食 品 是 食 品 的 下 位 概 念 B A 图 4-1 上 下 位 关 系 Fig.4-1 subsumption relation 传 统 叙 词 表 中 的 属 种 关 系 整 体 与 部 分 关 系 和 包 含 关 系 均 可 归 为 上 下 位 关 系 具 体 说 来, 生 物 属 种 产 品 类 型 躯 体 的 系 统 与 器 官 之 间 的 关 系 学 科 分 支 或 专 业 领 域 行 政 机 构 与 社 会 群 体 等 概 念 之 间 的 关 系 均 属 于 上 下 位 关 系 33

43 第 4 章 概 念 间 关 系 OWL 语 言 使 用 rdfs:subclassof 标 签 来 表 示 两 个 类 属 于 上 下 位 关 系 例 如, 概 念 食 品 包 含 谷 物 食 品, 使 用 Protégé 本 体 工 具 获 得 的 OWL 表 示 语 句 为 : <owl:class rdf:id=" 食 品 "/> <owl:class rdf:id=" 谷 物 食 品 "> <rdfs:subclassof rdf:resource="# 食 品 "/> </owl:class> 上 下 位 关 系 是 可 逆 的, 概 念 A 是 概 念 B 的 下 位 概 念, 则 相 对 应 地, 概 念 B 是 概 念 A 的 上 位 概 念, 在 OWL 中 定 义 rdfs:superclassof 标 签 来 代 表 这 个 关 系, 如 概 念 食 品 和 谷 物 食 品 的 关 系 还 可 以 如 下 表 示 : <owl:class rdf:id=" 谷 物 食 品 "/> <owl:class rdf:id=" 食 品 "> <rdfs: superclassof rdf:resource="# 谷 物 食 品 "/> </owl:class> 由 于 上 下 位 之 间 关 系 包 含 很 广, 在 本 体 语 言 中 仅 用 rdfs:subclassof 标 签 来 表 示 上 下 位 关 系 是 有 些 不 够 的 本 文 将 为 上 下 位 关 系 的 分 类 如 属 种 关 系 整 体 与 部 分 关 系 等 定 义 具 体 的 表 达 形 式 (1)componentOf 关 系 和 component 关 系 本 文 定 义 componentof 关 系 来 表 示 部 分 与 整 体 的 关 系, 而 component 关 系 来 表 示 整 体 与 部 分 的 关 系 例 如 概 念 A<componentOf> 概 念 B 表 示 概 念 A 是 概 念 B 的 一 部 分, 而 且 概 念 A 是 独 立 存 在 的 举 例 来 说, 骨 骼 <componentof> 身 体, 果 实 <componentof> 果 树, 血 细 胞 <componentof> 血 液 在 OWL 语 言 中, 定 义 owl:componentof 标 签 来 表 示 componentof 关 系, 实 例 果 实 <componentof> 果 树 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 果 实 "> <owl: componentof rdf:resource="# 果 树 "/> </owl:class> component 关 系 与 componentof 关 系 是 一 对 互 逆 关 系 如 果 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 关 系 : 概 念 A<componentOf> 概 念 B, 则 概 念 B<component> 概 念 A 同 时 存 在 在 OWL 中, 定 义 owl:component 标 签 来 表 示 component 关 系, 实 例 血 液 <component> 血 细 胞 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 血 液 "> <owl: component rdf:resource="# 血 细 胞 "/> </owl:class> (2)member 关 系 和 memberof 关 系 本 文 定 义 member 关 系 和 memberof 关 系 来 表 示 行 政 机 构 社 会 群 体 等 概 念 之 间 的 关 系 如 果 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 关 系 : 概 念 A<memberOf> 概 念 B, 则 概 念 A 和 概 念 B 均 为 社 会 或 政 治 组 织 团 体, 而 概 念 A 是 概 念 B 的 成 员 之 一 例 如, 中 华 人 民 共 和 国 农 业 部 是 中 华 人 民 共 和 国 人 民 政 府 的 一 个 分 支 机 构, 则 它 们 之 间 存 在 memberof 关 系, 表 示 为 中 华 人 民 共 和 国 农 业 部 <memberof> 中 华 人 民 共 和 国 人 民 政 府 在 OWL 中, 定 义 owl:memberof 标 签 来 表 示 memberof 关 系, 实 例 中 华 人 民 共 和 国 农 业 部 <memberof> 中 华 人 民 共 和 国 人 民 政 府 表 示 如 下 : 34

44 第 4 章 概 念 间 关 系 <owl:class rdf:about="# 中 华 人 民 共 和 国 农 业 部 "> <owl: memberof rdf:resource="# 中 华 人 民 共 和 国 人 民 政 府 "/> </owl:class> member 关 系 也 表 示 社 会 或 政 治 组 织 团 体 之 间 的 关 系, 它 是 memberof 关 系 的 逆 关 系 如 果 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 关 系 : 概 念 A<member> 概 念 B, 则 概 念 B 是 概 念 A 的 成 员 之 一 在 OWL 中, 定 义 owl:member 标 签 来 表 示 member 关 系, 实 例 中 华 人 民 共 和 国 人 民 政 府 <member> 中 华 人 民 共 和 国 农 业 部 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 中 华 人 民 共 和 国 人 民 政 府 "> <owl: member rdf:resource="# 中 华 人 民 共 和 国 农 业 部 "/> </owl:class> (3)belongTo 关 系 和 belong 关 系 对 于 传 统 的 属 种 关 系, 本 文 单 独 定 义 belongto 关 系 和 belong 关 系 来 表 示 生 物 属 种 或 产 品 类 型 之 间 的 关 系 如 果 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 关 系 : 概 念 A<belongTo> 概 念 B, 则 概 念 A 是 概 念 B 的 一 种 生 物 分 支 或 产 品 类 型 之 一 例 如, 鸡 蛋 <belongto> 畜 产 品 在 OWL 中, 本 研 究 定 义 owl:belongto 标 签 来 表 示 belongto 关 系, 该 实 例 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 鸡 蛋 "> <owl: belongto rdf:resource="# 畜 产 品 "/> </owl:class> 如 果 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 关 系 : 概 念 A<belongTo> 概 念 B, 则 以 下 关 系 也 同 时 存 在 : 概 念 B<belong> 概 念 A 例 如 鸡 蛋 <belongto> 畜 产 品 也 可 以 同 时 表 达 为 畜 产 品 < belong> 鸡 蛋 在 OWL 中, 本 文 定 义 owl:belong 标 签 来 表 示 belong 关 系, 该 实 例 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 畜 产 品 "> <owl: belong rdf:resource="# 鸡 蛋 "/> </owl:class> 等 同 关 系 内 涵 完 全 相 同 的 两 个 或 两 个 以 上 概 念 间 的 关 系 称 为 等 同 关 系 (equivalent relation) 图 4-2 很 直 观 的 表 示 了 等 同 关 系, 概 念 A 与 概 念 B 之 间 存 在 等 同 关 系, 从 图 中 可 以 看 到 概 念 A 与 概 念 B 的 内 涵 及 外 延 完 全 相 同 例 如, 谷 物 食 品 也 叫 谷 类 食 品, 同 属 于 食 品 的 下 位 概 念, 它 们 是 完 全 等 同 的 本 体 中 的 等 同 关 系 不 同 于 叙 词 表 中 的 等 同 关 系 在 叙 词 表 中 等 同 关 系 一 般 包 括 三 种 : 同 义 词 准 同 义 词 以 及 上 位 词 替 代 只 有 同 义 词 之 间 的 关 系 可 视 为 本 体 中 的 等 同 关 系 研 究 总 结 认 为, 本 体 中 的 等 同 关 系 还 有 以 下 种 类 :(1) 同 一 概 念 的 不 同 命 名 ;(2) 俗 称 与 学 名 ;(3) 通 用 名 与 商 品 名 ;(4) 化 学 名 称 与 商 品 名 ;(5) 流 行 词 与 过 时 词 ;(6) 不 同 书 写 法 ;(7) 同 一 语 种 中 不 同 文 化 来 源 词 ;(8) 同 一 概 念 的 不 同 译 名 ;(9) 简 称 与 全 称 ;(10) 全 译 名 与 外 文 缩 写 词 等 35

45 第 4 章 概 念 间 关 系 OWL 语 言 使 用 owl:equivalentclass 标 签 来 表 示 两 个 类 是 等 价 的 实 例 谷 物 食 品 等 同 于 谷 类 食 品 用 OWL 语 言 表 示 如 下 : <owl:class rdf:id=" 食 品 "/> <owl:class rdf:id=" 谷 类 食 品 "> <owl:equivalentclass> <owl:class rdf:id=" 谷 物 食 品 "/> </owl:equivalentclass> <rdfs:subclassof rdf:resource="# 食 品 "/> </owl:class> <owl:class rdf:about="# 谷 物 食 品 "> <rdfs:subclassof rdf:resource="# 食 品 "/> <owl:equivalentclass rdf:resource="# 谷 类 食 品 "/> </owl:class> A B 图 4-2 等 同 关 系 Fig.4-2 equivalent relation 与 关 系 和 交 叉 关 系 与 关 系 (AND relation) 是 三 个 概 念 间 的 关 系, 其 具 体 说 明 图 见 图 4-3 概 念 A 和 概 念 B 有 且 只 有 部 分 内 涵 相 同, 同 属 于 概 念 A 和 概 念 B 的 这 部 分 内 涵 形 成 了 新 概 念 C, 则 概 念 C 与 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 与 关 系, 其 数 学 表 达 式 为 概 念 C = 概 念 A 概 念 B 同 时, 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 交 叉 关 系, 本 文 对 交 叉 关 系 定 义 如 下 : 有 且 只 有 部 分 内 涵 相 同 的 两 个 概 念 间 的 关 系 称 为 交 叉 关 系 例 如 概 念 修 剪 植 物 和 方 法 之 间 存 在 交 叉 概 念 修 剪 方 法, 则 修 剪 方 法 与 修 剪 植 物 和 方 法 之 间 的 关 系 为 与 关 系, 而 修 剪 植 物 和 方 法 之 间 的 关 系 为 交 叉 关 系 其 具 体 表 达 式 为 : 修 剪 方 法 = 修 剪 植 物 方 法 交 叉 关 系 类 似 于 词 间 关 系 中 的 相 关 关 系, 但 不 是 所 有 的 相 关 关 系 都 能 归 入 交 叉 关 系 以 下 是 一 些 交 叉 关 系 :(1) 学 科 或 研 究 领 域 与 其 研 究 对 象 之 间 的 关 系 ;(2) 相 互 渗 透 的 学 科 概 念 之 间 的 关 系 ;(3) 过 程 与 所 用 工 具 之 间 的 关 系 ;(4) 事 物 与 其 性 质 之 间 的 关 系 ;(5) 概 念 与 其 来 源 之 间 的 关 系 ;(6) 概 念 与 其 计 量 单 位 之 间 的 关 系 ;(7) 过 程 类 似 的 概 念 之 间 的 关 系 ;(8) 原 理 类 似 的 事 物 概 念 之 间 的 关 系 ;(9) 事 物 与 其 研 究 手 段 方 法 的 概 念 之 间 的 关 系 ;(10) 形 式 与 内 容 的 概 36

46 第 4 章 概 念 间 关 系 念 之 间 的 关 系 ;(11) 材 料 生 产 厂 家 产 地 等 与 产 品 的 关 系 ;(12) 事 物 及 其 构 成 材 料 的 概 念 之 间 的 关 系 ;(13) 由 相 同 的 一 种 概 念 或 多 种 概 念 衍 生 的 不 同 概 念 之 间 的 关 系 A C B 图 4-3 与 关 系 Fig.4-3 AND relation 由 于 交 叉 关 系 比 较 复 杂, 并 不 是 所 有 的 交 叉 关 系 在 OWL 中 都 能 得 到 表 达 但 是, 如 果 两 个 概 念 可 以 产 生 一 个 交 叉 概 念, 则 能 得 到 定 义 例 如, 概 念 食 品 与 农 产 品 的 关 系, 一 些 农 产 品 不 必 经 过 加 工, 可 以 直 接 食 用, 天 然 就 是 食 品, 例 如 苹 果, 所 以 苹 果 既 是 农 产 品 也 是 食 品, 但 并 不 是 所 有 农 产 品 都 是 食 品, 例 如 水 稻, 必 须 经 过 加 工 成 稻 米, 再 经 过 煮 或 蒸 才 能 为 食 品 ; 食 品 也 不 是 全 由 农 产 品 加 工 而 来, 例 如 还 可 以 通 过 水 产 品 畜 产 品 等 加 工 而 成 交 叉 关 系 相 当 于 布 尔 逻 辑 中 的 AND 的 关 系, 以 下 是 用 OWL 表 达 食 品 与 农 产 品 产 生 的 交 叉 概 念 : <owl:class> <owl:intersectionof rdf:parsetype="collection"> <owl:class rdf:id=" 农 产 品 "/> <owl:class rdf:id=" 食 品 "/> </owl:intersectionof> </owl:class> 或 关 系 如 果 一 个 类 的 内 涵 是 其 他 两 个 或 两 个 以 上 的 类 的 内 涵 之 和, 则 这 个 类 是 其 他 类 的 并 集, 与 其 他 两 个 或 两 个 以 上 的 类 之 间 存 在 或 关 系 (OR relation) 具 体 说 明 见 图 4-4, 整 个 椭 圆 形 代 表 概 念 C, 阴 影 部 分 代 表 概 念 A, 与 之 对 称 的 部 分 代 表 概 念 B 可 以 看 到 概 念 A 和 概 念 B 的 内 涵 有 一 定 的 交 叉, 概 念 A 和 概 念 B 的 内 涵 之 和 等 于 概 念 C 的 内 涵, 概 念 C 的 外 延 等 于 概 念 A 和 概 念 B 的 外 延 的 交 集, 它 们 之 间 的 关 系 表 达 式 为 : 概 念 C = 概 念 A 概 念 B 例 如, 小 麦 这 个 概 念 既 可 以 表 示 储 存 在 粮 仓 的 小 麦 颗 粒, 也 可 以 指 生 长 在 地 里 小 麦 植 株, 普 通 的 表 达 为 : 粮 仓 里 有 小 麦, 地 里 种 着 小 麦, 这 样, 小 麦 概 念 其 实 是 小 麦 颗 粒 和 小 麦 植 株 合 并 后 的 结 果, 相 当 于 布 尔 逻 辑 的 OR 数 学 表 达 式 为 : 小 麦 = 小 麦 颗 粒 小 麦 植 株 37

47 第 4 章 概 念 间 关 系 C A B 图 4-4 或 关 系 Fig.4-4 OR relation 在 本 体 语 言 OWL 中, 使 用 owl:unionof 来 定 义 并 集 之 前 那 个 例 子 在 OWL 中 表 达 如 下 : <owl:class rdf:id=" 小 麦 "> <owl:equivalentclass> <owl:class> <owl:unionof rdf:parsetype="collection"> <owl:class rdf:id=" 小 麦 颗 粒 "/> <owl:class rdf:id=" 小 麦 植 株 "/> </owl:unionof> </owl:class> </owl:equivalentclass> 非 关 系 如 图 4-5 所 示, 如 果 概 念 A 包 含 概 念 B, 概 念 C 表 达 的 含 义 指 除 去 B 以 外 概 念 A 的 所 有 部 分, 这 时 概 念 C 与 概 念 A 和 概 念 B 之 间 的 关 系 就 是 非 关 系 (NOT relation), 其 数 学 表 达 式 为 概 念 C = 概 念 A 概 念 B 例 如, 概 念 非 传 染 性 病 害 等 同 于 植 物 病 害 非 传 染 性 病 害, 其 数 学 表 达 式 为 非 传 染 性 病 害 = 植 物 病 害 传 染 性 病 害 A B 图 4-5 非 关 系 Fig.4-5 NOT relation 38

48 第 4 章 概 念 间 关 系 在 网 络 本 体 语 言 中 使 用 owl:intersectionof 与 owl:complementof 组 合 来 表 示, 本 文 的 实 例 用 OWL 语 言 表 示 为 : <owl:class rdf:id=" 植 物 病 害 "/> <owl:class rdf:id=" 非 传 染 性 病 害 "> <owl:equivalentclass> <owl:class> <owl:intersectionof rdf:parsetype="collection"> <owl:class rdf:about="# 植 物 病 害 "/> <owl:class> <owl:complementof> <owl:class rdf:id=" 传 染 性 病 害 "/> </owl:complementof> </owl:class> </owl:intersectionof> </owl:class> </owl:equivalentclass> <rdfs:subclassof rdf:resource=" </owl:class> 矛 盾 关 系 矛 盾 关 系 (antinomy relation) 指 在 同 一 上 位 概 念 下 两 个 下 位 概 念 间 的 内 涵 完 全 否 定 的 关 系, 即 两 个 下 位 概 念 内 涵 相 互 排 斥, 但 这 两 个 概 念 的 外 延 之 和 应 大 于 其 上 位 概 念 的 外 延 之 和 以 图 4-6 为 例, 概 念 A 和 概 念 B 同 为 概 念 C 的 下 位 概 念, 但 它 们 的 内 涵 完 全 不 同, 则 概 念 A 和 概 念 B 互 为 矛 盾 关 系 例 如 : 阴 和 晴 均 属 于 天 气 状 况 的 一 种, 且 其 内 涵 相 互 矛 盾, 但 是 天 气 状 况 还 包 括 多 云 小 雨 中 雨 等 等, 所 以 阴 和 晴 之 间 的 关 系 属 于 矛 盾 关 系 A C B 图 4-6 矛 盾 关 系 Fig.4-6 antinomy relation 39

49 第 4 章 概 念 间 关 系 矛 盾 关 系 是 一 种 非 常 普 遍 的 关 系, 很 多 概 念 间 都 存 在 着 矛 盾 关 系, 例 如 : 黑 与 白, 干 度 与 湿 度 等 矛 盾 关 系 的 表 现 形 式 为 : 概 念 A<antinomy> 概 念 B 在 OWL 中, 定 义 owl: antinomy 标 签 来 表 示 反 义 关 系, 实 例 黑 <antinomy> 白 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 黑 "> <owl: antonym rdf:resource="# 白 "/> </owl:class> 因 果 关 系 如 果 一 个 类 的 发 生 导 致 另 一 个 类 的 产 生, 则 这 两 个 类 之 间 存 在 因 果 关 系 (causality) 例 如 : 入 射 光 与 反 射 光 和 折 射 光 由 于 入 射 光 可 同 时 产 生 反 射 光 和 折 射 光, 则 入 射 光 与 反 射 光 入 射 光 与 折 射 光 之 间 均 存 在 因 果 关 系 目 前,OWL 中 没 有 明 确 表 示 因 果 关 系 的 标 签, 本 文 定 义 causes 关 系 和 causedby 关 系 来 表 示 因 果 关 系 如 果 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 关 系 : 概 念 A<causes> 概 念 B, 则 概 念 A 是 概 念 B 产 生 的 原 因 之 一 在 OWL 中, 定 义 owl:causes 标 签 来 表 示 causes 关 系, 实 例 疾 病 <causes> 死 亡 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 疾 病 "> <owl: causes rdf:resource="# 死 亡 "/> </owl:class> 如 果 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 关 系 : 概 念 A<causedBy> 概 念 B, 则 概 念 A 是 概 念 B 导 致 的 结 果 在 OWL 中, 定 义 owl:causedby 标 签 来 表 示 causedby 关 系, 实 例 反 射 光 <causedby> 入 射 光, 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 入 射 光 "> <owl: causedby rdf:resource="# 反 射 光 "/> <owl: causedby rdf:resource="# 折 射 光 "/> </owl:class> 互 补 关 系 互 补 关 系 (complement relations) 指 在 同 一 上 位 概 念 下 的 两 个 下 位 概 念 间 的 内 涵 完 全 否 定 的 关 系, 这 两 个 下 位 概 念 内 涵 相 互 排 斥, 且 其 外 延 之 和 等 于 该 上 位 概 念 的 外 延 传 染 性 病 害 的 概 念 和 非 传 染 性 病 害 的 概 念 就 属 于 排 它 关 系, 它 们 同 属 于 概 念 病 害, 共 同 组 成 了 这 个 概 念 互 补 关 系 和 矛 盾 关 系 有 其 相 似 之 处, 它 们 均 属 于 同 一 上 位 概 念 下 的 两 个 下 位 概 念, 其 不 同 之 处 在 于 这 两 个 概 念 的 外 延 之 和 等 于 还 是 大 于 其 上 位 概 念 的 外 延 在 OWL 中, 使 用 一 个 词 汇 owl:disjointwith 属 性 来 定 义 互 补 关 系 定 义 如 下 : <owl:class rdf:about="# 传 染 性 病 害 "> 40

50 第 4 章 概 念 间 关 系 <owl:disjointwith rdf:resource="# 非 传 染 性 病 害 "/> </owl:class> 一 个 领 域 中 最 基 本 的 概 念 莫 过 于 各 种 分 类 树 的 根,OWL 中 的 所 有 个 体 都 是 类 owl:thing 的 成 员 如 果 两 个 类 的 内 涵 之 和 为 类 owl:thing 而 它 们 的 内 涵 完 全 矛 盾, 则 这 两 个 类 之 间 为 互 补 关 系, 在 OWL 中 定 义 了 标 签 owl:complementof 来 表 达 这 种 特 殊 的 互 补 关 系 食 品 和 非 食 品 的 例 子 如 下 : <owl:class> <owl:complementof> <owl:class rdf:about="# 食 品 "/> </owl:complementof> </owl:class> 该 例 子 定 义 了 不 是 食 品 的 概 念, 这 个 概 念 与 食 品 的 概 念 之 间 存 在 互 补 关 系 动 作 关 系 动 作 关 系 (behavior relations) 是 概 念 间 关 系 中 比 较 特 殊 的 一 类 关 系 动 作 关 系 指 两 个 类 之 间 存 在 的 相 互 作 用 的 关 系, 比 较 类 似 于 语 言 学 中 的 动 谓 宾 关 系 例 如 在 因 果 关 系 中, 如 果 某 种 行 为 导 致 某 个 结 果, 它 们 之 间 存 在 动 作 关 系 resultin 举 例 如 下 : 分 株 resulting - 死 亡, 而 分 株 本 身 是 一 种 动 作, 如 农 民 - 分 株 - 大 麦 许 多 研 究 领 域 本 体 的 组 织 和 机 构 就 曾 在 自 己 的 领 域 本 体 中 提 出 过 一 些 这 类 动 作 关 系 联 合 国 粮 食 与 农 业 组 织 曾 在 其 网 站 上 发 布 过 这 类 比 较 具 体 的 关 系, 包 括 affects 和 affected_by beneficial for 和 benefits from causes 和 caused by growsin 和 growthenvironmentfor 等 这 些 关 系 中, 有 些 可 以 在 各 个 领 域 通 用, 有 些 不 可 以 并 非 所 有 的 动 词 都 可 直 接 拿 来 做 动 作 关 系, 只 有 及 物 动 词 才 能 考 虑 而 且, 这 个 动 词 还 必 须 能 应 用 于 大 部 分 领 域 目 前 在 动 作 关 系 上 没 有 比 较 统 一 的 标 准 和 实 现 办 法, 这 也 是 本 研 究 需 要 研 究 的 地 方 本 文 主 要 以 食 物 安 全 领 域 的 知 识 为 例, 列 举 出 一 些 常 用 的 动 作 关 系, 介 绍 如 下 : (1)growIn 关 系 growin 关 系 的 表 现 形 式 为 : 概 念 A<growIn> 概 念 B 概 念 A 一 般 指 植 物 分 类, 概 念 B 指 概 念 A 的 生 长 环 境 例 如, 水 稻 <growin> 湿 地, 榴 莲 <growin> 热 带 地 区 在 OWL 语 言 中, 定 义 owl:growin 标 签 来 表 示 growin 关 系, 实 例 水 稻 <growin> 湿 地 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 水 稻 "> <owl: growin rdf:resource="# 湿 地 "/> </owl:class> (2)liveIn 关 系 livein 关 系 与 growin 关 系 类 似, 它 表 示 动 物 种 类 和 其 生 长 区 域 之 间 的 关 系, 其 表 现 形 式 为 : 概 念 A<liveIn> 概 念 B 例 如, 小 黄 鱼 <livein> 海 洋, 家 鱼 <livein> 淡 水 河 在 OWL 语 言 中, 定 义 owl: livein 标 签 来 表 示 livein 关 系, 实 例 家 鱼 <livein> 淡 水 河 表 示 如 41

51 第 4 章 概 念 间 关 系 下 : <owl:class rdf:about="# 家 鱼 "> <owl: livein rdf:resource="# 淡 水 河 "/> </owl:class> (3)plant 关 系 plant 关 系 是 指 人 类 对 植 物 之 间 的 种 植 关 系, 其 表 现 形 式 为 : 概 念 A<plant> 概 念 B 例 如, 农 民 <plant> 小 麦 植 株, 果 农 <plant> 苹 果 树 在 OWL 语 言 中, 定 义 owl:plant 标 签 来 表 示 plant 关 系, 实 例 果 农 <plant> 苹 果 树 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 果 农 "> <owl: plant rdf:resource="# 苹 果 树 "/> </owl:class> (4) breed 关 系 breed 关 系 与 plant 关 系 类 似, 它 指 人 类 对 动 物 之 间 的 饲 养 关 系, 其 表 现 形 式 为 : 概 念 A<breed> 概 念 B 例 如, 动 物 学 家 <breed> 老 鼠, 牧 民 <breed> 山 羊 在 OWL 中, 定 义 owl: breed 标 签 来 表 示 breed 关 系, 实 例 牧 民 <breed> 山 羊 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 牧 民 "> <owl: breed rdf:resource="# 山 羊 "/> </owl:class> (5)affects 关 系 affectedby 关 系 affects 关 系 的 表 现 形 式 为 : 概 念 A<affects> 概 念 B, 指 概 念 A 对 概 念 B 在 某 种 程 度 上 起 作 用, 使 得 概 念 B 的 存 在 状 态 方 式 或 地 点 等 发 生 了 变 化 举 例 如 下 : 降 雨 量 <affects> 农 作 物, 政 策 <affects> 股 市, 书 籍 <affects> 人 类 在 OWL 中, 定 义 owl:breed 标 签 来 表 示 breed 关 系, 实 例 降 雨 量 <affects> 农 作 物 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 降 雨 量 "> <owl: affects rdf:resource="# 农 作 物 "/> </owl:class> affectedby 关 系 与 affects 关 系 互 逆, 如 果 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 关 系 : 概 念 A<affects> 概 念 B, 则 概 念 B<affectedBy> 概 念 A 同 时 存 在 在 OWL 中, 定 义 owl:affectedby 标 签 来 表 示 affectedby 关 系, 实 例 农 作 物 <affectedby> 降 雨 量 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 农 作 物 "> <owl: affectedby rdf:resource="# 降 雨 量 "/> </owl:class> (6)harm 关 系 和 harmedby 关 系 harm 关 系 的 表 现 形 式 为 : 概 念 A<harm> 概 念 B, 表 示 概 念 A 对 概 念 B 起 到 负 面 影 响, 损 害 了 概 念 B 的 健 康 运 行 状 态 价 值 等 举 例 如 下 : 河 流 污 染 <harm> 鱼 类, 黑 麦 <harm> 黑 麦 白 粉 病, 疯 牛 病 <harm> 人 类 在 OWL 中, 定 义 owl:harm 标 签 来 表 示 harm 关 系, 实 例 河 流 污 染 <harm> 鱼 类 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 河 流 污 染 "> 42

52 第 4 章 概 念 间 关 系 <owl: harm rdf:resource="# 鱼 类 "/> </owl:class> harmedby 关 系 与 harm 关 系 互 逆, 如 果 概 念 A 和 概 念 B 之 间 存 在 关 系 : 概 念 A<harm> 概 念 B, 则 概 念 B<harmedBy> 概 念 A 同 时 存 在 在 OWL 中, 定 义 owl:harmedby 标 签 来 表 示 harmedby 关 系, 实 例 人 类 <harmedby> 疯 牛 病 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 人 类 "> <owl: harmedby rdf:resource="# 疯 牛 病 "/> </owl:class> (7)subprocessOf 关 系 如 果 某 个 事 件 是 另 一 个 事 件 的 步 骤 之 一, 则 这 两 个 事 件 之 间 存 在 subprocessof 关 系, 其 表 现 形 式 为 : 概 念 A<subprocessOf> 概 念 B 例 如, 巴 氏 杀 菌 法 <subprocessof> 牛 奶 加 工, 胚 胎 期 <subprocessof> 哺 乳 动 物 的 发 育 过 程 在 OWL 中, 定 义 owl: subprocessof 标 签 来 表 示 subprocessof 关 系, 实 例 巴 氏 杀 菌 法 <subprocessof> 牛 奶 加 工 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 巴 氏 杀 菌 法 "> <owl: subprocessof rdf:resource="# 牛 奶 加 工 "/> </owl:class> 时 间 关 系 时 间 关 系 (time relations) 是 指 事 件 发 生 的 先 后 或 者 指 时 间 概 念 的 先 后 关 系 时 间 关 系 可 分 为 三 类,before 关 系 after 关 系 或 连 贯 关 系 before 关 系 的 表 现 形 式 为 : 概 念 A<before> 概 念 B, 指 概 念 A 的 发 生 时 间 早 于 概 念 B 的 发 生 时 间 举 例 如 下 : 中 药 采 集 <before> 中 药 炮 制, 初 加 工 <before> 深 加 工, 鱼 卵 <before> 稚 鱼 在 OWL 中, 定 义 owl:before 标 签 来 表 示 before 关 系, 实 例 中 药 采 集 <before> 中 药 炮 制 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 中 药 采 集 "> <owl: before rdf:resource="# 中 药 炮 制 "/> </owl:class> after 关 系 的 表 现 形 式 为 : 概 念 A<after> 概 念 B, 指 概 念 A 的 发 生 时 间 晚 于 概 念 B 的 发 生 时 间 举 例 如 下 : 中 药 炮 制 <after> 中 药 采 集, 深 加 工 <after> 初 加 工 在 OWL 中, 定 义 owl: after 标 签 来 表 示 after 关 系, 实 例 深 加 工 <after> 初 加 工 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 深 加 工 "> <owl: after rdf:resource="# 初 加 工 "/> </owl:class> 连 贯 关 系 是 指 那 些 连 续 发 生 的 概 念, 这 些 概 念 的 发 生 有 一 定 的 顺 序 以 哺 乳 动 物 的 发 育 过 程 为 例, 发 育 过 程 包 括 胚 胎 期 幼 儿 期 成 年 期 和 老 年 期, 这 四 个 过 程 之 间 的 关 系 为 连 贯 关 系, 发 育 过 程 可 能 在 某 个 阶 段 中 断, 但 是 肯 定 不 会 跳 跃 发 生 对 连 贯 关 系 的 表 达 需 要 两 步, 以 哺 乳 动 物 的 发 育 过 程 为 例, 首 先 把 胚 胎 期 幼 儿 期 成 年 期 和 老 43

53 第 4 章 概 念 间 关 系 年 期 与 哺 乳 动 物 的 发 育 过 程 建 立 subprocessof 关 系, 然 后 用 before 关 系 或 after 关 系 定 义 连 续 两 个 时 期 的 关 系, 即 胚 胎 期 <before> 幼 儿 期, 幼 儿 期 <before> 成 年 期, 成 年 期 <before> 老 年 期, 这 样 就 完 整 地 定 义 了 连 贯 关 系 能 愿 关 系 能 愿 关 系 (wish relations) 主 要 指 概 念 之 间 存 在 的 三 种 意 义 : 可 能 意 愿 和 必 须, 它 反 映 了 两 个 概 念 间 的 一 种 内 在 联 系 本 文 列 出 了 一 些 主 要 的 能 愿 关 系 如 下 : (1)need 关 系 need 关 系 是 指 概 念 A 对 概 念 B 的 依 赖 关 系, 表 示 为 : 概 念 A<need> 概 念 B 例 如 植 物 生 长 的 过 程 离 不 开 水 分, 所 以 植 物 生 长 和 水 分 之 间 存 在 need 关 系, 表 示 为 : 植 物 生 长 <need> 水 分 有 些 need 关 系 是 可 逆 的, 有 些 是 单 向 的, 比 如 植 物 生 长 和 水 分 之 间 的 need 关 系 就 是 单 向 的 (2)control 关 系 control 关 系 是 指 概 念 A 对 概 念 B 的 控 制 关 系, 表 示 为 : 概 念 A<control> 概 念 B 例 如 气 压 的 高 低 在 某 种 程 度 上 可 以 决 定 一 个 地 区 的 降 雨 情 况, 所 以 气 压 和 降 雨 量 之 间 存 在 control 关 系, 表 示 为 : 气 压 <control> 降 雨 量 大 部 分 control 关 系 都 是 单 向 的 (3)develop 关 系 develop 关 系 是 指 概 念 A 对 概 念 B 的 促 进 关 系, 表 示 为 : 概 念 A<develop> 概 念 B 例 如 经 济 是 一 个 国 家 首 要 发 展 的 事 情, 所 以 国 家 和 经 济 之 间 存 在 develop 关 系, 表 示 为 : 国 家 <develop> 经 济 大 部 分 develop 关 系 都 是 单 向 的 (4)like 关 系 和 love 关 系 like 关 系 和 love 关 系 都 是 指 一 个 概 念 对 另 一 个 概 念 存 在 喜 欢 的 感 情, 只 是 它 们 所 代 表 的 程 度 有 所 不 同 而 已 这 两 种 关 系 表 示 如 下 : 概 念 A<love> 概 念 B; 概 念 A<like> 概 念 B like 关 系 和 love 关 系 一 般 都 是 双 向 的 例 如 父 亲 <love> 孩 子 表 示 父 亲 爱 小 孩, 在 一 般 情 况 下, 该 关 系 的 逆 关 系 也 存 在, 即 孩 子 <love> 父 亲 (5)want 关 系 want 关 系 是 指 一 个 概 念 对 另 一 个 概 念 存 在 的 占 有 的 感 情, 表 示 为 : 概 念 A<want> 概 念 B 例 如, 海 豹 <love> 企 鹅 需 要 说 明 的 是,want 关 系 与 need 关 系 是 不 相 同 的 在 概 念 A<want> 概 念 B 这 个 例 子 中, 概 念 A 一 般 是 有 主 观 思 想 的 生 物, 希 望 拥 有 概 念 B 但 并 不 一 定 需 要 概 念 B 在 之 前 提 到 的 例 子 中, 海 豹 不 捕 食 企 鹅 也 能 生 存, 它 们 可 以 捕 食 其 他 生 物 在 概 念 A<need> 概 念 B 中, 如 果 没 有 概 念 B, 概 念 A 就 会 受 到 影 响 (6)hope 关 系 hope 关 系 都 是 指 一 个 概 念 对 另 一 个 概 念 存 在 的 期 望 的 感 情, 表 示 为 : 概 念 A<hope> 概 念 B 例 如, 人 类 <hope> 和 平 44

54 第 4 章 概 念 间 关 系 空 间 关 系 空 间 关 系 (space relations) 是 指 事 物 之 间 的 位 置 关 系 空 间 关 系 有 很 多 种, 包 括 lacatedin 关 系 beon 关 系 beintheleftof 关 系 beintherightof 关 系 等 lacatedin 关 系 的 表 现 形 式 为 : 概 念 A<lacatedIn> 概 念 B, 表 示 事 物 的 地 理 位 置 举 例 如 下 : 青 海 湖 <lacatedin> 青 海 省, 卢 森 堡 <lacatedin> 中 欧, 百 慕 大 群 岛 <lacatedin> 北 美 洲 在 OWL 中, 定 义 owl: lacatedin 标 签 来 表 示 lacatedin 关 系, 实 例 卢 森 堡 <lacatedin> 中 欧 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 卢 森 堡 "> <owl: lacatedin rdf:resource="# 中 欧 "/> </owl:class> beon 关 系 表 示 某 一 事 物 位 于 另 一 事 物 的 表 面, 如 树 叶 <beon> 树 枝 在 OWL 中, 定 义 owl:beon 标 签 来 表 示 beon 关 系, 实 例 树 叶 <beon> 树 枝 表 示 如 下 : <owl:class rdf:about="# 卢 森 堡 "> <owl: lacatedin rdf:resource="# 中 欧 "/> </owl:class> 4.2 概 念 间 关 系 的 图 形 表 示 知 识 的 载 体 有 很 多, 比 如 文 字 图 形 声 音 等 概 念 图 可 以 把 某 一 领 域 的 知 识 以 直 观 形 象 的 方 式 表 达 出 来, 在 总 结 某 一 领 域 的 概 念 及 概 念 间 关 系 时 是 一 种 非 常 有 效 的 方 法 概 念 图 不 仅 可 以 用 来 分 析 某 个 领 域 的 知 识, 同 时 可 以 启 发 知 识 在 用 概 念 图 体 现 知 识 的 过 程 中 可 能 发 现 更 多 的 概 念 间 关 系 概 念 图 概 念 图 (concept map) 是 一 种 用 节 点 代 表 概 念 连 线 表 示 概 念 间 关 系 的 图 示 法 它 通 常 将 某 一 主 题 的 有 关 概 念 置 于 圆 圈 或 方 框 之 中, 然 后 用 连 线 将 相 关 的 概 念 和 命 题 连 接, 连 线 上 标 明 两 个 概 念 之 间 的 意 义 关 系 图 4-7 是 有 关 水 稻 的 概 念 图, 该 图 很 直 观 地 表 达 了 与 水 稻 有 关 的 概 念 与 其 的 关 系 康 乃 尔 大 学 的 Joseph D. Novak 博 士 根 据 Ausubel 的 学 习 理 论 在 1960 年 代 着 手 研 究 概 念 图 技 术, 并 使 之 成 为 一 种 教 学 的 工 具 概 念 图 的 用 途 极 其 广 泛 它 除 了 用 作 辅 助 学 生 学 习 的 工 具 外, 还 是 教 师 和 研 究 人 员 分 析 评 价 学 生 对 知 识 的 理 解 和 构 建 的 方 法, 也 是 人 们 产 生 想 法 ( 头 脑 风 暴 ), 设 计 结 构 复 杂 的 超 媒 体 大 型 网 站 以 及 交 流 复 杂 想 法 的 手 段 45

55 第 4 章 概 念 间 关 系 化 肥 被 吸 收 水 稻 制 定 标 准 农 民 种 植 交 易 运 送 到 加 工 厂 帮 助 管 理 交 易 交 易 行 业 协 粮 食 市 会 管 理 场 图 4-7 水 稻 的 概 念 图 Fig.4-7 concept map of rice 概 念 图 在 本 质 上 是 一 种 用 来 组 织 和 表 征 知 识 的 工 具 它 可 以 把 某 一 领 域 的 指 示 以 直 观 形 象 的 方 式 表 达 出 来, 在 总 结 某 一 领 域 的 概 念 及 概 念 间 关 系 时 是 一 种 非 常 有 效 的 方 法 画 概 念 图 的 基 本 步 骤 如 下 : 第 一 步 是 列 出 一 个 概 念 清 单 并 且 给 每 一 个 概 念 一 个 描 述 第 二 步 是 把 含 义 最 广 最 有 包 容 性 的 概 念 放 在 图 的 顶 端 第 三 步, 继 续 往 下 写, 以 增 加 更 多 具 体 的 概 念 但 Novak 博 士 建 议, 任 何 一 个 概 念 下 面 不 要 有 三 个 以 上 连 接 的 概 念 用 线 条 把 概 念 连 接 起 来, 并 用 连 接 词 语 注 明 连 线, 连 接 词 一 般 为 动 词 概 念 间 的 连 线 可 以 是 单 向 双 向 或 无 方 向 的 连 接 词 语 应 能 说 明 两 个 概 念 之 间 的 关 系 连 线 使 概 念 之 间 建 立 了 意 义 当 许 多 相 互 联 系 的 概 念 捏 到 一 起 时, 就 看 到 了 这 方 面 知 识 的 意 义 第 四 步, 用 一 个 句 子 将 那 些 主 要 的 概 念 串 起 来 形 成 主 干, 然 后 再 从 每 个 节 点 用 其 它 句 子 分 出 支 干, 这 样 就 形 成 了 初 步 的 概 念 图 第 五 步, 用 不 同 的 色 彩 和 字 体 来 排 版 优 化 形 成 最 终 的 概 念 图 理 论 上 来 讲, 画 出 一 个 领 域 的 整 体 概 念 图, 然 后 就 可 以 统 计 概 念 间 关 系 了 但 是, 某 个 领 域 的 概 念 图 是 很 难 被 完 整 地 画 出 来 的 从 图 4-7 可 以 看 到, 光 是 与 水 稻 有 关 的 概 念 图 就 已 经 比 较 复 杂, 更 何 况 成 千 上 万 个 概 念 所 以 这 个 方 法 理 论 上 很 完 善 和 可 行, 但 实 际 做 起 来 则 非 常 有 难 度 用 概 念 图 表 示 概 念 间 关 系 本 章 第 一 节 中 介 绍 了 概 念 间 关 系 的 十 二 种 分 类, 其 中 所 列 举 的 例 子 都 是 属 于 食 品 安 全 领 域 的 一 些 概 念, 例 如 食 品 与 谷 物 食 品 ( 上 下 位 关 系 ) 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品 ( 等 同 关 系 ) 食 用 农 产 品 食 品 和 农 产 品 小 麦 与 小 麦 颗 粒 和 小 麦 植 株 ( 与 关 系 ) 非 传 染 性 病 害 和 传 染 性 病 害 ( 排 它 关 系 ) 等 这 些 关 系 和 概 念 再 加 上 具 体 的 实 例 便 可 以 组 成 食 物 安 全 本 体 的 一 部 分, 可 以 表 达 一 部 分 知 识 具 体 见 图

56 第 4 章 概 念 间 关 系 等 同 关 系 谷 物 食 谷 类 食 品 品 加 工 上 下 位 关 系 上 下 位 关 系 小 麦 食 品 互 补 关 系 非 食 品 或 关 系 需 要 与 关 系 食 用 农 小 麦 植 小 麦 颗 产 品 株 粒 农 产 品 感 染 传 染 性 疾 病 排 他 关 系 非 传 染 性 疾 病 光 上 下 位 关 系 入 射 光 因 果 关 系 或 关 系 上 下 位 关 系 植 物 病 害 折 射 光 图 4-8 食 品 安 全 本 体 部 分 概 念 图 Fig.4-8 part concept map of food safty ontology 47

57 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 本 体 构 建 是 一 个 复 杂 的 过 程, 构 建 一 个 领 域 的 本 体 是 为 了 让 用 户 得 到 可 广 泛 理 解 的 知 识 体 系 完 善 的 概 念 间 关 系 体 系 对 准 确 表 达 一 个 领 域 的 本 体 知 识 是 非 常 关 键 的, 本 章 将 分 析 如 何 在 本 体 构 建 工 具 中 构 建 本 体, 并 实 现 概 念 间 关 系 本 文 使 用 OWL DL 作 为 本 体 描 述 语 言, 并 选 择 Protégé 作 为 本 体 构 建 工 具 在 第 2 章 中 介 绍 过 许 多 本 体 描 述 语 言 以 及 本 体 构 建 的 方 法 和 工 具 本 体 构 建 工 具 有 很 多, 包 括 Ontolingua OntoSaurus WebOnto Protégé 系 列 WebODE OntoEdit OilEd 等, 而 OILEd WebOnto Protégé 是 当 前 比 较 流 行 的 本 体 编 辑 工 具 本 文 将 利 用 Protégé 构 建 本 体, 因 为 Protégé 具 有 良 好 的 可 扩 展 性 尽 管 OILEd 和 WebOnto 输 入 语 言 和 输 出 语 言 都 很 丰 富, 而 且 都 具 有 推 理 功 能, 但 是 它 们 不 具 备 可 扩 展 性 而 Protégé 具 有 可 扩 展 的 结 构, 可 根 据 需 要 添 加 所 需 要 的 功 能 模 块 Protégé 以 OWL 插 件 的 形 式 支 持 OWL 格 式 的 本 体, 此 OWL 插 件 以 Java 开 发, 用 Jena 包 (HP 实 验 室 开 发 的 Java API) 支 持 OWL 文 档 的 读 取 Protégé 可 以 根 据 使 用 者 的 需 要 进 行 定 制, 如 可 以 定 制 用 户 的 界 面 以 更 好 地 适 应 新 语 言 的 使 用 尽 管 Protégé 工 具 本 身 没 有 嵌 入 推 理 工 具, 不 能 实 现 推 理, 但 该 工 具 有 良 好 的 可 扩 展 结 构, 很 容 易 嵌 入 其 它 的 系 统 中 或 与 其 它 系 统 联 系 使 用, 如 直 接 与 外 部 的 具 有 推 理 功 能 的 语 义 模 块 联 系 正 是 由 于 Protégé 的 可 扩 展 性, 本 研 究 中 新 提 出 的 概 念 间 关 系 可 以 进 行 自 定 义 而 得 到 实 现 由 于 本 体 的 网 络 化 可 以 使 本 体 得 到 更 好 地 应 用, 本 文 在 选 择 网 络 本 体 语 言 OWL, 因 为 OWL 是 W3C 的 推 荐 语 言, 具 有 广 泛 的 应 用 范 围 本 文 第 2 章 介 绍 过 网 络 本 体 语 言 的 三 个 子 语 言 :OWL Lite OWL DL 和 OWL Full 这 三 个 语 言 的 表 达 能 力 和 推 理 能 力 是 逐 渐 增 强 的 本 文 在 构 建 本 体 选 择 的 是 OWL DL OWL DL 包 含 了 所 有 网 络 本 体 语 言 的 元 素, 在 这 三 个 子 语 言 中 拥 有 较 强 的 表 达 性 却 又 不 失 计 算 力, 很 符 合 本 研 究 的 要 求 因 为 本 文 进 行 本 体 构 建 的 目 的 是 为 了 更 准 确 更 完 备 地 表 达 领 域 知 识 所 以 语 言 的 表 达 能 力 非 常 重 要 OWL DL 符 合 描 述 逻 辑, 同 时 又 不 失 计 算 完 整 性, 并 能 进 行 推 理 综 合 考 虑,OWL DL 最 符 合 需 求 在 本 章 中, 笔 者 将 介 绍 如 何 使 用 Protégé 工 具 构 建 本 体, 并 在 这 个 本 体 中 实 现 上 一 章 的 一 些 例 子 在 Protégé 工 具 中, 概 念 间 关 系 都 是 通 过 定 义 属 性 来 限 定 的, 笔 者 将 具 体 介 绍 如 何 在 Protégé 工 具 中 利 用 属 性 限 定 来 实 现 概 念 间 关 系 5.1 构 建 本 体 本 文 采 用 的 是 Protégé 3.2beta 版 本, 安 装 时 选 择 完 全 安 装 首 先, 启 动 Protégé, 在 跳 出 的 Welcome to Protégé 提 示 框 内 选 择 Creat New Project, 然 后 在 Creat New Project 提 示 框 选 择 生 成 文 件 的 格 式, 本 研 究 选 择 OWL/RDF Files, 见 图 5-1 在 选 择 输 出 文 件 格 式 之 后, 随 即 弹 出 的 是 选 择 语 言 种 类 的 提 示 框, 在 该 框 中 选 择 OWL DL, 然 后 选 择 Logic View 进 入 主 界 面, 见 图

58 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 图 5-1 选 择 输 出 文 件 格 式 界 面 Fig.5-1 interface of output files 图 5-2 主 界 面 Fig.5-2 main interface 49

59 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 在 主 界 面 上, 可 以 看 到 所 有 事 物 的 父 类 owl:thing, 任 何 事 物 都 是 其 子 类 有 三 种 方 法 可 以 在 Protégé 中 创 造 类 : 第 一 种 是 选 定 owl:thing, 然 后 点 击 界 面 上 的 Create subclass 按 钮, 然 后 就 产 生 一 个 新 类, 然 后, 可 以 在 CLASS EDITOR 为 这 个 类 命 名 给 出 限 定 等 等, 这 种 方 法 每 次 只 能 产 生 一 个 类, 本 文 用 这 种 方 法 建 立 类 食 品 ; 第 二 种 方 法 是 选 定 owl:thing, 然 后 单 击 鼠 标 右 键, 选 择 Create subclass 或 者 Create subclasses, 后 者 可 以 同 时 建 立 许 多 个 类, 本 文 用 这 种 方 法 建 立 类 谷 物 食 品 ; 第 三 种 方 法 是 利 用 已 建 立 的 类 构 建 一 个 与 其 同 级 别 的 类, 首 先 选 中 这 个 类, 然 后 单 击 鼠 标 右 键 选 择 Create siblingclass 或 直 接 点 击 Create sibling class 按 钮, 本 文 用 这 种 方 法 建 立 类 谷 类 食 品 这 样, 本 文 建 立 了 一 个 最 简 单 的 本 体, 然 后 保 存 文 件 为 food.owl, 其 结 果 见 图 5-3 图 5-3 食 物 本 体 Fig.5-3 food ontology 实 例 是 本 体 的 重 要 组 成 部 分, 可 以 在 Protégé 工 具 中 为 类 添 加 实 例 图 5-3 中 的 菱 形 图 标 代 表 Individuals 框, 点 击 该 图 标 就 可 以 进 入 实 例 界 面 进 行 编 辑 然 后, 笔 者 将 为 谷 物 食 品 添 加 一 个 实 例 面 包 首 先, 在 CLASS BROWSER 框 中 选 定 谷 物 食 品, 然 后 在 INSTANCE BROWSER 框 中 添 加 实 例 按 钮, 即 由 上 角 第 二 个 图 表, 然 后 在 INDIVIDUAL EDITOR 中 对 这 个 实 例 进 行 编 辑, 你 可 以 为 它 取 名, 定 义 等 结 果 见 图

60 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 图 5-4 实 例 编 辑 界 面 Fig.5-4 individual edit interface 在 介 绍 了 如 何 建 立 类 和 实 例 之 后, 本 文 将 介 绍 如 何 为 这 些 类 和 实 例 添 加 属 性 图 5-5 是 属 性 图 5-5 属 性 编 辑 界 面 Fig.5-5 property edit interface 51

61 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 的 编 辑 界 面, 可 以 在 左 边 的 浏 览 框 中 新 建 属 性, 然 后 在 右 端 的 编 辑 框 对 这 个 属 性 作 限 定 在 这 个 编 辑 框 中 选 择 这 个 属 性 的 使 用 范 围, 也 可 以 设 定 属 性 的 性 质 从 图 中 可 以 看 到 右 下 角 有 一 些 选 项, 如 Transticive 代 表 这 个 属 性 可 以 传 递,InverseFunctional 代 表 这 个 属 性 是 可 逆 的 可 以 在 下 面 的 Domain 和 Range 框 选 定 其 应 用 的 范 围 Protégé 中 已 经 存 在 五 个 注 释 类 的 属 性 如 下 : owl:versioninfo,rdfs:label,rdfs:comment,rdfs:seealso,rdfs:isdefinedby, 笔 者 定 义 一 个 新 类 水 稻, 而 水 稻 是 广 泛 培 植 于 温 暖 气 候 中 的 一 种 谷 物 ( 稻 属 人 工 培 植 的 稻 ), 并 且 是 全 世 界 的 一 种 主 要 食 物, 然 后 使 用 rdfs:comment 属 性 对 加 入 这 段 解 释, 如 图 5-6 图 5-6 定 义 注 释 属 性 Fig.5-6 comment property 严 格 的 说, 这 还 不 算 一 个 本 体, 因 为 其 中 的 类 并 没 有 联 系 本 文 将 在 下 两 节 中 具 体 介 绍 如 何 在 类 之 间 建 立 关 系 属 性 的 一 个 重 要 功 能 就 是 描 述 概 念 间 关 系 或 实 例 间 关 系, 在 Protégé 中 关 系 也 是 通 过 属 性 来 表 示 的 Protégé 自 定 义 了 一 些 比 较 普 遍 的 描 述 性 的 关 系, 本 文 在 图 5-7 列 出 了 大 部 分 Protégé 自 定 义 的 关 系 52

62 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 图 5-7 Protégé 自 定 义 属 性 Fig.5-7 defined properties in Protégé 5.2 构 建 包 含 概 念 间 关 系 的 本 体 第 4 章 提 出 将 本 体 中 的 概 念 间 关 系 分 为 以 下 十 二 种 :1) 上 下 位 关 系 ;2) 等 同 关 系 ;3) 与 关 系 和 交 叉 关 系 ;4) 或 关 系 ;5) 非 关 系 ;6) 矛 盾 关 系 ;7) 因 果 关 系 ;8) 互 补 关 系 ;9) 动 作 关 系 ;10) 时 间 关 系 ;11) 能 愿 关 系 ;12) 空 间 关 系 本 节 将 具 体 介 绍 如 何 在 本 体 构 建 中 实 现 这 些 逻 辑 关 系 构 建 包 含 上 下 位 关 系 与 等 同 关 系 的 本 体 由 于 上 下 位 关 系 与 等 同 关 系 是 最 常 见 的 逻 辑 关 系, 本 文 先 介 绍 如 何 实 现 这 个 关 系 上 一 节 建 立 了 一 个 食 品 本 体, 本 节 将 用 上 下 位 关 系 与 等 同 关 系 来 丰 富 这 个 本 体 图 5-8 显 示 食 品 是 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品 的 父 类, 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品 是 等 价 的, 也 就 是 说 食 品 与 谷 物 食 品 及 谷 类 食 品 之 间 存 在 上 下 位 关 系, 而 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品 之 间 存 在 等 同 关 系 53

63 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 首 先, 把 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品 变 成 食 品 的 子 类, 可 以 直 接 把 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品 拖 到 食 品 上, 可 以 看 到 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品 位 于 食 品 中, 成 为 其 子 类, 见 图 5-8 同 时, 也 可 以 在 建 立 类 的 时 候 直 接 定 义 上 下 位 关 系, 例 如 首 先 建 立 类 食 品, 然 后 直 接 为 食 品 建 立 两 个 子 类 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品, 这 样 也 得 到 同 样 的 结 果 图 5-8 上 下 位 关 系 Fig.5-8 subsumption relation 然 后, 用 等 同 关 系 把 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品 联 系 起 来 界 面 右 下 角 是 Asserted Conditions 框, 其 中 包 含 NECESSARY 项 和 NECESSARY & SUFFICIENT, 而 该 框 的 右 上 角 有 三 个 按 钮, 分 别 可 以 添 加 表 达 式 限 制 和 具 名 类 首 先 选 定 谷 物 食 品, 然 后 选 择 NECESSARY & SUFFICIENT, 最 后 点 击 Add named class, 结 果 如 图 5-9 所 示 图 5-9 添 加 具 名 类 Fig.5-9 add named class 54

64 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 然 后, 在 弹 出 框 中 选 择 谷 类 食 品, 按 确 定 键, 即 可 把 谷 物 食 品 和 谷 类 食 品 等 同 起 来, 结 果 如 图 5-10 可 以 看 到 在 类 检 索 框 和 Asserted Conditions 框 均 显 示 出 来 图 5-10 等 同 关 系 Fig.5-10 equivalent relation 构 建 包 含 与 关 系 或 关 系 和 非 关 系 的 本 体 在 介 绍 如 何 实 现 与 关 系 或 关 系 和 非 关 系 之 前, 先 仔 细 了 解 一 下 Asserted Conditions 框 中 的 Creat new expression ( 创 建 新 表 达 式 ) 选 定 一 个 类, 点 击 Creat new expression 按 钮, 可 以 看 到 在 NECESSARY 项 出 现 了 一 个 新 的 项, 用 户 可 以 在 那 里 编 辑 表 达 式, 而 其 下 方 出 现 了 两 行 符 号, 见 图 5-11 这 些 符 号 均 属 于 数 理 逻 辑 的 符 号, 如 代 表 小 于 等 于, 代 表 大 于 等 于, 而 和 分 别 代 表 数 学 中 的 交 并 和 补 本 文 正 是 用 和 来 组 成 表 达 式 表 示 一 个 类 与 其 他 类 之 间 的 与 关 系 或 关 系 或 非 关 系 第 二 行 的 前 三 个 符 号 可 以 导 入 类 属 性 和 实 例, 这 些 导 入 的 类 和 符 号 可 以 一 起 组 成 数 学 表 达 式 首 先 介 绍 如 何 在 本 体 构 建 中 表 达 与 关 系 首 先 建 立 一 个 包 含 类 修 剪 方 法 修 剪 植 物 和 方 法 的 本 体, 因 为 修 剪 方 法 是 修 剪 植 物 和 方 法 的 交 叉 概 念, 可 以 用 如 下 数 学 表 达 式 表 达 它 们 的 关 系 : 修 剪 方 法 = 修 剪 植 物 方 法 笔 者 将 在 NECESSARY 项 中 编 辑 这 个 表 达 式 首 先 选 定 修 剪 方 法, 点 击 Creat new expression 按 钮, 可 以 看 到 在 NECESSARY 项 出 现 了 一 个 新 的 项, 然 后 在 那 里 编 辑 表 达 式 先 导 入 修 剪 植 物, 然 后 把 鼠 标 放 在 修 剪 植 物 后, 然 后 把 鼠 标 点 击 修 剪 植 物, 然 后 点 击 按 钮 添 加 and, 然 后 再 导 入 方 法 最 后 按 一 下 左 右 键, 如 图 5-12 所 示, 出 现 绿 色 的 打 勾 框, 点 击 它 退 出, 即 可 保 存 这 个 关 系 这 样, 每 当 用 户 点 击 修 剪 方 法, 即 可 看 到 其 与 修 剪 植 物 和 方 法 的 关 系 55

65 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 图 5-11 Protégé 中 的 表 达 符 号 Fig.5-11 expression in Protégé 图 5-12 与 关 系 Fig.5-12 AND relation 56

66 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 在 本 体 构 建 中 表 达 或 关 系 或 非 关 系 的 方 法 与 表 达 与 关 系 的 步 骤 类 似, 只 需 输 入 相 应 的 表 达 式 即 可 例 如, 小 麦 = 小 麦 颗 粒 小 麦 植 株, 非 传 染 性 病 害 = 植 物 病 害 传 染 性 病 害 构 建 包 含 动 作 关 系 的 本 体 本 章 前 言 提 到, 选 择 Protégé 作 为 本 体 构 建 工 具 的 原 因 是 因 为 它 的 可 扩 展 性, 在 Protégé 中 可 根 据 需 要 添 加 所 需 要 的 功 能 模 块, 自 定 义 属 性 动 作 关 系 和 其 他 关 系 一 样, 也 是 通 过 属 性 来 实 现 的 举 例 来 说, 果 农 <plant> 果 树 果 农 和 果 树 分 别 是 类 农 民 和 树 的 子 类, 首 先 在 属 性 框 中 定 义 一 个 属 性 owl:plant, 然 后 回 到 类 的 编 辑 页 面 由 于 这 个 关 系 是 完 全 成 立 的, 所 以 在 条 件 限 制 框 中 选 择 NECESSARY&SUFFICIENT, 然 后 点 击 创 建 限 制 按 钮, 进 入 限 制 框, 选 择 plant 属 性, 限 制 条 件 设 为 allvaluefrom, 在 Filler 中 填 入 与 其 有 关 系 的 类 果 树, 这 个 过 程 见 图 5-13 图 5-13 动 作 关 系 操 作 过 程 Fig.5-13 operation process of behavior relations 上 述 操 作 完 成 后, 点 击 确 定 即 可 看 到 属 性 框 中 出 现 结 果 如 图 5-14 属 性 限 定 框 中 出 现 了 限 定 57

67 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 语 句 plant only 果 树, 这 样, 当 点 击 果 农 时, 就 可 以 看 到 其 与 果 树 之 间 的 关 系 是 plant 关 系 图 5-14 动 作 关 系 显 示 结 果 Fig.5-14 result of behavior relations 构 建 包 含 互 补 关 系 的 本 体 互 补 关 系 的 构 建 方 法 与 动 作 关 系 类 似, 首 先 定 义 属 性, 然 后 把 两 个 类 用 这 个 属 性 联 系 起 来 举 例 来 说, 传 染 性 病 害 的 概 念 和 非 传 染 性 病 害 的 概 念 就 属 于 互 补 关 系, 它 们 同 属 于 概 念 病 害, 共 同 组 成 了 这 个 概 念 在 OWL 中, 使 用 owl:disjointwith 属 性 来 定 义 这 个 关 系 所 以 首 先 定 义 disjointwith 属 性, 由 于 这 个 关 系 是 可 逆 的, 选 择 限 定 条 件 InverseFunctional 然 后, 在 限 制 框 中 设 定 如 图 5-15 图 5-15 互 补 关 系 操 作 过 程 Fig.5-15 operation process of complement relations 58

68 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 输 入 这 些 条 件 之 后, 可 以 在 属 性 限 制 框 中 看 见 完 整 的 表 达 式, 见 图 5-16 图 5-16 互 补 关 系 显 示 结 果 Fig.5-16 result of complement relations 构 建 包 含 因 果 关 系 的 本 体 第 5 章 介 绍 因 果 关 系 主 要 包 含 causes 关 系 和 causedby 关 系, 并 列 举 了 实 例 入 射 光 <causes> 反 射 光 本 节 将 实 现 这 个 实 例 前 面 几 个 例 子 中 关 系 的 定 义 都 是 用 英 文, 在 Protégé 中 对 语 言 是 没 有 限 制 的, 在 本 节 中 将 把 属 性 定 义 为 中 文 比 如 实 例 入 射 光 <causes> 反 射 光, 即 入 射 光 < 导 致 > 反 射 光, 其 实 现 过 程 与 动 作 关 系 的 实 现 类 似, 首 先 定 义 属 性 导 致, 然 后 在 属 性 限 定 框 中 进 行 定 义, 结 果 见 图 5-17 图 5-17 因 果 关 系 显 示 结 果 Fig.5-17 result of causality 选 择 somevaluefrom 的 原 因 是 入 射 光 不 仅 可 以 导 致 反 射 光, 还 可 以 导 致 折 射 光 但 是, 在 关 系 式 入 射 光 <causes> 反 射 光 折 射 光 中, 这 个 因 果 关 系 是 完 全 的 与 其 他 关 系 的 表 达 不 同 的 是, 这 需 要 在 Filler 框 中 输 入 表 达 式 反 射 光 or 折 射 光 其 实 现 过 程 见 图

69 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 图 5-18 复 合 表 达 式 操 作 过 程 Fig.5-18 operation process of mixed expression 上 述 操 作 完 成 后, 点 击 确 定 即 可 看 到 属 性 框 中 出 现 结 果 如 图 5-19 属 性 限 定 框 中 显 示 了 该 组 合 的 关 系 式, 从 而 非 常 清 晰 地 表 达 了 这 三 个 类 之 间 的 关 系 图 5-19 复 合 表 达 式 显 示 结 果 Fig.5-19 result of mixed expression 构 建 包 含 时 间 关 系 和 空 间 关 系 的 本 体 本 文 将 在 Protégé 中 实 现 时 间 关 系 的 例 子 深 加 工 <after> 初 加 工 和 空 间 关 系 的 例 子 卢 森 堡 <lacatedin> 中 欧 其 基 本 步 骤 是, 首 先 定 义 属 性, 然 后 把 两 个 类 用 属 性 进 行 限 定 首 先 实 现 时 间 关 系 的 实 例, 由 于 这 个 关 系 是 在 任 何 情 况 中 都 存 在, 所 以 选 择 allvaluefrom, 其 操 作 过 程 见 图

70 第 5 章 本 体 构 建 时 概 念 间 关 系 的 确 定 和 设 立 图 5-20 时 间 关 系 操 作 过 程 Fig.5-20 operation process of time relation 对 于 实 例 卢 森 堡 <lacatedin> 中 欧, 用 中 文 属 性 位 于 代 替 属 性 lacatedin, 其 表 示 结 果 见 图 5-21 图 5-21 空 间 关 系 显 示 结 果 Fig.5-21 result of space relation 61