计算机领域中的本体

(内蒙古财经学院 计算机信息管理学院，内蒙古 呼和浩特 010070)
摘 要： 文章探讨了计算机领域中的“本体”问题，指出：本体为不同的主体间交流提供了 语义基础，可以很方便地实现共享和重用。
关键词： 本体; 领域本体; 本体构建；计算机
中图分类号：TP391  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2009)20—0087—02
1 绪论

计算机领域中的很多问题与现实生活息息相关。它们中的很多问题来源于现实世界，又反过 来服务于现实生活。哲学思想对计算机问题的解决影响很大。计算机领域中的很多想法来源 于哲学思想。哲学中有“本体论”这一概念，是对世界上客观存在事物的系统描述，即存在 论。它关心现实的抽象本质。计算机的人工智能中也有“本体论”的概念。它来源于哲学中 的“本体论”。在“本体论”这一理论层面，它们的概念是一致的。但在具体的实体上（我 们通常称之为本体）二者之间有明显的区别。哲学中的“本体”是指形成现象的根本实体。 计算机领域中的“本体”（ontology）目前为止没有一个明确的定义。但一直以来普遍以“ 本体是被共享的概念化的一个显示的规格说明。”作为常被引用的定义。

在计算机领域引入本体并不是一个偶然现象。计算机科学技术的迅猛发展，使信息交换变得 更为复杂和迫切。在知识系统、信息系统、数据库、软件工程、自然语言处理等领域中都有 对知识和信息重用和共享的需求。
本体的研究在国内开展时间并不长，是目前人工智能领域研究的热点问题。
2 本体的理解

本体目前为止没有一个明确的定义。从1991年开始就有人不断地给出本体的定义或修改前人 的定义。1997年Borst提出的本体定义，即“本体是被共享的概念化的一个显示 的规格说明。”是被大多数人认可的一个定义。该定义指出了本体的几个明显的特征，即本 体是共享的、概念化的、明确的、形式化的规范说明。具体含义如下：①本体是一个概念模 型:说明它来源于客观世界。本体通过抽象出客观世界中一些现象(Phenomenon)的相关概念 而得到的模型，其表示的含义独立于具体的环境状态。它能描述概念及概念之间的关系。② 明确的(或显式的):所使用的概念及对这些概念的约束都有明确的定义，即没有二义性。③ 形式化:是指定义的本体是机器可读的，而不是使用自然语言。形式化可以精确的描述某一 概念。计算机对形式化内容的理解更为准确。④共享:本体中体现的是共同认可的知识，反 映的是相关领域中公认的概念集，它所针对的是团体而不是个体。共享这一特性很重要，它 是本体在很多领域应用的一个重要原因。

通俗的理解，本体是为不同个体间交流而产生的，这种交流包括共享、互操作等。它为这种 交流提供了一种明确的共识。本体可以捕获相关领域的知识。通过确定该领域（特定领域或 一般领域）共同认可的词汇，并从不同层次上给出这些词汇和词汇之间的相互关系。为个体 间的交流提供一种语义支持。以往的个体交流往往缺乏语义支持，语义方面的信息不是概念 本身固有的，而是在设计人员的设计之下产生。不同的设计者对同一概念可能会赋予它不同 的含义，同一设计人员对同一概念在不同的情况下也可能会给它赋予不同的含义。概念之间 的关系不明确。对概念的不同认识使我们很难在不同领域间顺畅的交流。对概念的不完全理 解也使计算机处理的智能性大打折扣。
3 本体的构建

以本体为基础构建的应用，计算机对概念的理解更加贴近人的理解。它得到的结果更灵活多 样，也比较符合人们现实需求中要求得到的结果。在多个领域共享和重用方面，本体提供了 一种人们认可的共识。通过构建本体建立的系统越来越多地被应用到计算机相关的领域中。 
3.1 领域本体构建原则

本体的构建过程不像软件工程那样有章可循。本体的构建目前还没有一个标准的构造方法。 最有影响的是Gruber在1995年提出的5条规则：①明确性和客观性：本体应该用自然语言对 所定义的术语给出明确、客观的语义定义。②完全性：所给出的定义是完整的，完全能表达 所描述的术语的含义。③一致性：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：向本体中添加通用或专用的术语时，不需要修改已有的内容。 ⑤最小承诺：对待建模对象给出尽可能少的约束。

下面的5条规则在本体构建中也有一定的指导意义：①本体描述原则（Ontological Distin ction Principle）：本体中的类应该是互不相交的。②概念层次多样化（Diversification  of hierarchies）增强多继承机制的能力。③模块化设计（Modularity）以最小化模块化 之间的耦合度。④语义距离最小化（Minimization of the semantic distance）：兄弟概 念之间的语义距离最小化，尽可能把含义相似的概念抽象出来，用相同的元语来表示。⑤命 名标准化（Standardization of names）：尽可能使用标准的名字。

这10条规则给出了构造本体的基本思路。但它们所说明的规则在实际应用中不太好把握。目 前人们普遍认为，在构造特定领域的本体的过程中，需要领域专家的参与。
3.2 本体的建模元语

本体由概念、概念间的关系及公理组成。在构建本体的过程中要完成对本体内容的构建。Pe rez等人用分类法组织了本体。他们归纳出本体的5个基本构成元素，也称之为本体的建模 元语，即：① 类（Classes）或概念（Concepts）；② 关系（Relations）；③ 函数（Fun ctions）；④ 公理（Axioms）；⑤ 实例（Instances）。

它们的具体内容如下：①类：对象的集合。由概念的名称，与其他概念间的关系，自然语言 对概念的描述；②关系：概念之间的交互作用。③函数：一类特殊的关系。该关系的前n－1 个元素可以唯一决定第n个元素。④公理：永真断言。⑤实例：对象。
基本的关系共有4种，如表1所示。

3.3 领域本体构建的步骤

笔者对一些比较认可的本体构建工程进行总结，得到了下面的领域本体构建步骤。①确定领 域本体的范围：明确建立本体的原因、本体应用的范围和本体的用户范围。②考虑复用现有 的本体：

在计算机领域中引入本体主要是为了解决共享和重用问题。目前，已经存在一些领域本体。 它们可以被共享。如果在交互系统中遇到应用平台与特定的领域本体或概念相关，那么就可 以复用现有的本体。③列出该领域中的重要术语：列举出该领域中的所有概念。对每个概念 ，要列出它所有可能的属性，每个属性都有对应的属性值。④对概念进行分类：概念被杂乱 的堆积在一起。为了处理方便，将概念进行分类。使概念的处理模块化。建立一个分类概念 的层次结构有3种可行的方法: 自顶向下法、自底向上法和综合法。⑤定义概念间的关系： 在领域本体中，概念和概念之间通过关系来交互。⑥对领域本体编码、形式化：使用本体描 述语言，对建立的本体进行编码。⑦对本体进行检验、评价：

本体的建立过程是一个反复进行，不断迭代的过程。在建立的过程中我们需要不断地进 行评价。对本体建立的合理性，本体是否满足用户需求，关系定义是否合理等都要做出评价 。根据这些评价，我们对系统可以进行适当的修改，以达到最终的构建要求。
3.4 现实应用中比较认可的几种本体构建方案

本体的构建没有一个规范完整的过程，在实际应用中不同领域会构建符合本领域的本体 。目前，在国外已产生了一些被大家认可的构建本体的方案。如骨架法，它建立在企业本体 基础上，是相关商业企业间术语和定义的集合。骨架法只提供开发本体的指导方针。该方法 没有特有的评价方法；Methoniology方法是本体建设的结构化方法，它是一种更为通用的设 方法；TOVE企业建模法TOVE法，又称Gruninger & Fox“评价法”是加拿大Toronto大学企业 集 成实验室基于在商业过程和活动建模领域内开发TOVE项目本体的经验，通过本体建立指定知 识的逻辑模型。这些系统对我们构建本体有很好的借鉴意义。
4 本体的应用

在计算机领域中应用本体可以达到共享与重用的目的，同时能在不同的主体间给出一个规范 的共识。

目前，本体已经被广泛应用于知识工程、自然语言处理、面向对象技术和语义Web等领域。 典型的应用有：①基于语义的信息检索。②基于本体的数据集成、机器学习等。③领域本 体的应用。④语义Web服务。⑤在线元数据管理和自动信息发布。
5 本体中有待解决的问题

本体的研究目前还处于初级阶段，在理论研究方面取得了一些进展，但远远不能满足应用的 需要。在本体的创建这一基础领域中目前为止没有一个统一的指导方法。本体的构建普遍认 为需要领域专家的参与，一些成功的本体构建都来自于专业领域，对专家的依赖比较明显， 目前还没有一个统一的被认可的广泛领域的本体；本体构建主要由人工、团体等小范围群体 完成，构建的过程没有科学、系统的方法论指导；在本体的评价方面做得还不够，一些系统 缺乏评价机制或存在评价机制但都不太完善；本体的演化和维护方面需要进一步探讨。
6 结束语

本体研究与现实生活息息相关。运用本体可以解决目前计算机界面临的广泛领域交互问题。 本体研究领域也是一个充满挑战的领域，这个领域目前还有很多问题等待我们去解决。
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