（管理科学与工程专业论文）技术性贸易壁垒电子产品领域本体的设计与建模.pdf

摘要 摘要 随着我国加入w t o 以及经济全球化和贸易自由化进程的加快，技术性贸易 壁垒( t e c h n i c a lb a r r i e r st ot r a d e ，t b t ) 已成为阻止我国出口的主要因素，而且还在 逐年加重。 在电子信息行业已成为我国对外出口的支柱行业。如2 0 0 5 年我国电子信息 产品出口额亿美元3 0 0 0 亿美元占外贸出口4 0 ，2 0 0 6 年电子信息产品出口达 3 5 0 0 亿美元，占外贸出口4 3 。随着科技的发展，健康、安全、环保要求的不断 提高，技术性贸易壁垒，简称不断出现欧盟、美国、日本等发达国家不断出台与 电子信息产品想关的技术标准、法律法规等措施，给我国电子产品的出口造成了 巨大的困难。 本体是用来在一个特定知识领域内实现信息共享，通过o n t o l o g y 来定义这 个特定知识领域的关系和信息，通过o n t o l o g y 处理过的信息，可以同时被机器和 用户理解，通过o n t o l o g y 处理过的信息可以增加我们搜索的准确性。另外通过 o n t o l o g y 组织过的信息是被结构化的并且能利用面向对象中接口思想，为以后的 扩展和广泛的应用共享提供便利，但本体的制造的质量，效率决定了他的通用性， 和广泛性，只有在建设高质量的本体之上，才能实现精确，智能搜索。 本文针对我国出口产品技术性贸易壁垒( t b t ) 信息获取，搜索的准确性， 针对性，及时性的迫切需求，本文设计了面向t b t 电子产品领域的本体自学习 构建模型，给出了模型的体系结构，介绍了此框架主要模块的基本功能，实现的 关键技术，及构建中遇到的问题和对策。此模型可使计算机理解提取现有的信息 描述方式，并半自动化地高效率构建高质量电子信息产品本体库，具有良好的实 用性。我们把此模型应用于t b t 电子产品本体建设领域并验证此模型具有很好 的通用性和可行性。 同时现在有各种本体以不同的形式，目的应用于很多科研领域。轻量级本 体容易创建但很难部署，常规本体容易部署但很难创建。本文提出了一个两者折 中的本体建设方案，汲取了两种本体的长处。这种本体仅包含了领域高等级的概 念，我们通过修正因子来纠正底层概念之间的细微差别。这种经过优化了的轻量 级本体大大减少了本体中数据交互转化的复杂度。 关键词：技术性贸易壁垒本体原型法轻量级自学习 北京工业大学管理学硕士学位论文 a bs t r a c t w i t hc h i n a se n t r yi n t ow t o ，a n dt h ea c c e l e r a t i o no fg l o b a l i z a t i o no fw o r l d e c o n o m ya n dt r a d e ，t e c h n i c a lb a r r i e r st ot r a d e ( t b t ) h a sb e c o m e t h em a i nb a r r i e ri n c h i n a se x p o r t , a n ds i t u a t i o ni sg r o w i n gm u c hm o r es e r i o u s l yb yt h ey e a r w i t ht h ei n f l u e n c eo ft b tf r o mo t h e rc o u n t r i e s ，c h i n a se x p o r tp r o d u c t sh a v e b e e nb a r r i c a d e d ，c h i n a se x p o r te n t e r p r i s e sh a v eb e e nr e s t r i c t e d ，a n dc h i n ah a s s u f f e r e dg r e a tl o s s t h em a i nr e a s o nf o ra l lt h el o s si st h ei l l i n f o r mo fd o m e s t i c e n t e r p r i s e s d o m e s t i ce n t e r p r i s e sh a v ef e wk n o w l e d g ea b o u tt h et e c h n i c a ls t a n d a r d s a n dl a w sw h i c ha r eg o i n gt oc o n s t i t u t e ，c o n s t i t u t i n go rh a v ea l r e a d yt a k e ne f f e c ti n i m p o r tc o u n t r i e s ，s ot h e ya r es l o wi nr e a c t i o nt oa v o i dt b t , e v e n m i s st h eo p p o r t u n i t y t 0d ot h i s s oi t sa nu r g e n tt a s kt ob u i l da l le a r l yw a r n i n ga n da l e r ts y s t e mt oc o l l e c t a n dt r a c kf o r e i g nt b td y n a m i c s t h i ss y s t e mw i l lp r o m o t ee n t e r p r i s e s a b i l i t yt of i n d t h e p o t e n t i a lt b tw a r n i n gm u c he a r l i e r , s ot h a tt h el o s sc a n b ed e c r e a s e dt ot h el e a s t o n t o l o g e si sb e i n gu s e dt oc o m m u n i c a t i o ni nas p e c i a ld o m a i n ，w ec a l lu s e o n t o l o g yt oi d e n t i f yt h i sd o m a i n si n f o r m a t i o na n dr e l a t i o n ，t h ei n f o r m a t i o nb e i n g s o l v e dc a nb eu n d e r s t a n dn o to n l yu s e ra l s op c t h ei n f o r m a t i o nt h a tb eo n t o l o g i z e d c a nb eu s e da si n t e r f a c e ，i t sc o n v e n i e n tf o rt h ef u t u r ed e v e l o p m e n ta n ds h a r e ，b u tt h e e f f e c i a c ya n dq u a l i t yd e t e r m i n e dt h eu n i v e r s a l i t ya n da d a p t a b i l i t y , s ot h es e a r c hc a n b ei m p l e m e n t si nt h ei n f o r m a t i o n a i m i n ga tt h eu r g e n tn e e di nc h i n ao nt h ei n f o r m a t i o no ft h en e w e s td y n a m i c t e c h n i c a lb a r r i e r st ot r a d e ( t b t ) f o rt i m i n ga n de x a c t l y ，t h i sp a p e rg a v ead e s i g no f a no n t o l o g yl e a n i n gf o rt h et b te l e c t r o n i cp r o d u c t sd o m a i n s ：w ei n t r o d u c e dt h e f r a m e w o r ko fi t sa r c h i t e c t u r e ，a n dp r e s e n t e di t sm a i nf u n c t i o na n dm a i ni m p l e m e n t i n g t e c h n i q u e s ，a l s ot h es o l u t i o n st ot h ep r o b l e m s t h i sf r a m e w o r kc a nm a k ec o m p u t e r s e m i a u t o m a t i ce x t r a c ta n dr e u s et e x t t h i sa r c h i t e c t u r ec a ni m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n d q u a l i t yo fo n t o l o g y w eh a v ei m p l e m e n t e dt h i ss t r a t e g yi ne l e c t r o n i cp r o d u c tf i e l da n d p r o v e di t su n i v e r s a l i t ya n da d a p t a b i l i t y t h e r ea r em a n yd i f f e r e n tk i n d so fo n t o l o g i e su s e di nm a n ys c i e n t i f i cr e s e a r c h f i e l d sf o rd i f f e r e n tp u r p o s e l i g h t w e i g h to n t o l o g i e sa r ee a s yt oc r e a t e ，b u td i f f i c u l tt o d e p l o y ；f o r m a lo n t o l o g i e sa r ee a s yt od e p l o yb u th a r dt oc r e a t e t l l i sp a p e rp r e s e n t s a na p p r o a c ht h a tc o m b i n e st h es t r e n g t h sa n da v o i d st h ew e a k n e s s e so fl i g h t w e i g h ta n d f o r m a lo n t o l o g i e s i nt h i sa p p r o a c h ，t h eo n t o l o g yi n c l u d e so n l yh i g hl e v e lc o n c e p t s ； t h ed i f f e r e n c e si nl o w e ra r ec o r r e c t e db ym o d i f i e r t h i su p d a t e dl i g h t w e i g h to n t o l o g y 1 1 a b s t r a c t 暑詈皇曼詈暑寡量皇葛皇鲁量皇皇曼皇皇曼量皇皇寡量鲁曼詈鼍寰皇舅l 一- i m m m m 皇皇量曼! 曼量舅舅曼 r e d u c e dt h ed i f f i c u l t i e so fs e m a n t i ci n t c r o p c r a b i l i t y k e y w o r d s ：t e c h n i c a lb a r r i e r st ot r a d e , o n t o l o g y , p r o g e r y , s e l f - l e a r n ，l i g h t - w e i g h t - 1 1 1 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j 匕塞王些盔堂或其它教育机构 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。 躲垃 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 繇址 一稚 导师签耵荪触吼逝 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 选题的意义及背景 随着知识工程领域的发展，人们提出各种各样的知识表示形式和推理方法， 开发出各种不同的知识系统。当积累了一定数量的知识系统之后人们发现，由于 采用不同的表示和推理机制，这些系统之间的知识难以互相共享，系统之间难以 进行互操作。为了在不同的组织和系统之间进行交互，需要对知识共享和重用进 行有效的研究，屏蔽这种由于系统建造者不同而造成的对领域概念理解上的差 异。 知识系统中知识异构体现为以下两个方面：1 ) 知识的表示形式存在着差异， 如知识表示形式有语义网表示、谓词表示及产生式表示等。2 ) 知识的语义存在着 不同，如相同的知识在不同的知识系统中存在不同的语义。为了解决以上问题， 人们引入了本体的概念。本体提出的主要目标就是减少或消除领域概念及术语间 的混乱，成为系统间通信、共享、互操作的基础，解决知识共享和重用的问题， 避免重复开发，节省投资o n t o l o g y 作为一种能在语义和知识层次上描述知识系 统的概念模型和建模工具，自被提出以来就引起了国内外众多科研人员的关注， 并在计算机的许多领域得到了广泛的应用，如知识工程、数字图书馆、软件复用、 信息检索和w e b 上异构信息的处理、语义w e b 等。o n t o l o g y 是共享概念模型 的形式化规范说明，通过概念之间的关系来描述概念的语义。它是通用意义上的 概念定义集，是关于种类和关系得词汇表。这种词汇表，是在各种事务代理人之 间交换意见时所用到的共同语言。这就为人与人之问或者组织与组织之间的通讯 提供了共同的词汇，实现了某种程度的知识共享和重用，同时为机器能自动理解 语义提供最根本的支持。本体的引入，为解决知识系统中知识共享与重用提供了 一条新的思路。若要解决现在搜索引擎所存在的问题，一方面可以仍然采用传统 的理论，来采取更有效的算法组织网页信息，提高搜索效率，但这种提升是有限 的另一方面，随着本体智能搜索技术的突破我们可以重新考虑用新技术对原有 的搜索引擎进行根本的变革，以使他能完全适应网页突飞猛进的增长速度，这将 对信息的共享。本体是个先进的技术，利用本体本身具有领域知识、通讯知识、 控制知识以及目标及推理、决策、规划、控制等能力，及自主性、社会性、反应 性、能动性等特性并把它成功应用于信息搜索方面相信将会带来搜索引擎的革 命，极大地改善人们共享信息，利用信息的环境，为生活和工作研究带来变革。 本体技术的革新不但能促进搜索技术的发展，同时它对于传统的信息组织方式， 和信息存储方式，人力利用信息的理念和方法都有根本性变革。 北京工业大学管理学硕士学位论文 随着互联网技术和多智能本体技术的发展，我们已不能满足将现有知识系统 应用于封闭的环境中，而是希望能够将知识系统中蕴含的知识通过智能体进行通 信与交互，以便扩大现有知识系统的使用范围。由于本体自身易于共享与重用的 特性，我们选择本体作为系统中知识的表示形式。本体构建是本体应用与研究的 第一步，本体构建质量的高低直接影响了本体进一步应用与研究工作的效果。很 多经典的本体构建方法包含大量的领域专家工作，如何减少领域专家的参与是现 代本体构建方法研究一大热点问题现已存在一些利用辅助资源构建本体的方法， 利用的资源有：文本、网页等。虽然这些方法可以局部减少人为劳动，但存在以 下三个问题：1 ) 领域边界不易确定：因文本或网页资源来源纷杂，其与本体领域 的相关程度很难确定，生成本体时很容易偏离目标领域。2 ) 生成本体的准确度难 以把握；因辅助资源大多格式不整齐，提取概念及属性时容易出错。3 ) 本体描述 不细致，因辅助资源大多缺乏详细描述信息，难以生成语义丰富的本体。但若将 知识系统中的关系数据库资源作为辅助资源构建本体，便可有效解决以上问题。 首先数据库的构建面对特定的领域应用，故有较高的领域相关度；其次数据库中 信息格式整齐，便于本体信息的提取，故可保证较高的本体生成准确度；最后由 于数据库中包含详细的数据描述信息，故可生成语义丰富的本体。总之关系数据 库中蕴含了领域专家对该领域的理解，若将该理解从数据库中提取出来，可代替 领域专家进行领域本体的首步构建。 随着经济全球化和贸易自由化进程的加快，技术性贸易壁垒( t e c h n i c a l b a r r i e r st ot r a d e ，t b t ) 已经成为阻止我国出口的主要障碍，而且目前技术性贸 易壁垒仍有逐年加重趋势。其主要原因之一是我国对玎的信息不够灵通，对 进口国家将要制订、正在拟订和已经实施的技术标准、法规和合格评定程序情况 及其细节了解不多，没能及时地掌握进口国对我国产品形成壁垒的准确信息，从 而导致在跨越、应对、突破或规避方面反应迟钝，甚至错过时机。 而我国电子信息产品更是首当其冲，虽然我国家电业发展突飞猛进，虽然技 术，成本都在国际上有优势，并且加入了世贸组织理论上出口应该迅速增加，但 由于t b t 限制，导致出口额增加缓慢，电子信息产品如电视等由于未能达到国 际环保，能耗等标准致使出口受限。为了规避t b t 对我们国家的损失，首先要 尽快得到外国对我国的t b t 信息，若仅是通过传统的浏览网页，传统的搜索方 法，不但无法的得到准确对自己有用的信息，甚至得到的信息是错误的过时的， 这极大地影响了我国对t b t 做出对策的反应时间，造成国家经济损失。随着经 济全球化的发展，t b t 方面的信息也会迅速膨胀，涉及的领域和国家也越来越 多，信息量的不断增加对传统的信息获取和搜索方法带来严重的挑战，而面对 t b t 这样一个对准确性，及时性都有很高要求的领域建立个更好的t b t 信息搜 索方法将会极大改善我国t b t 信息获取精确性，建立一个智能搜索引擎对减少 第1 章绪论 我国因t b t 而遭受的损失和t b t 研究领域都有重要的意义。 本体o n t o l o g y 是智能搜索方面研究异常火热的领域，并被誉为未来搜索引擎的发展模 式，各种领域的o n t o l o g y 库也在世界范围内得到建立与扩充，如基因本体库，细菌本体库 等。在这些高度结构化的本体库上，信息的查询，存储，检索效率都得到极大的提高。建立 这种基于o n t o l o g y 的智能搜索即面对特定领域的智能搜索可以极大提高搜索的智能性和准 确性，本身这种智能搜索就建立在一个特定的领域，这就为建立面向电子信息产品搜索提供 可能性和可行性，t b t 领域的本体库建立对于扭转我国t b t 受限的不利形势将提供有利的 帮助。对于建立一个电子信息产品的本体库将会给整个t b t 受限领域提供一个良好的参照 典范，并再此基础上实现智能搜索将更有利于解决当前我国受限最严重的电子信息产品的贸 易受限问题。 1 2 国内外技术贸易壁垒现状 近年来，虽然w t o 有专门的世界贸易组织贸易技术壁垒协议和实施动 植物卫生检疫措施的协议限制贸易技术壁垒，然而在国际贸易中，各国仍根据 自己的技术水平和价值观念，越来越多地利用t b t 充当贸易保护主义的新工具。 特别是发达国家，其法律体系已经比较建全，但仍有许多相应机构不断地研究、 修改其技术法规、法律和合格评定程序来构建隐性贸易技术壁垒。通过w t o 秘书 处的网站可以统计到每年t b t 和s p s 的通报总量约为1 1 0 0 - 1 3 0 0 件。 在国外，关于应对t b t 的理论研究是很少的，只有少量文章涉及受t b t 影响 的定量分析和评估的研究。然而在实际应对方面，发达国家却远远领先于国内。 最早意识到克服技术壁垒的是欧盟。上世纪6 0 年代后期，在欧共体部长会议上 就已制定并通过了消除技术壁垒的总纲领，目的在于解决成员国之间的贸易技术 障碍。实施措施主要是由共同体执委会发布指令，公布共同体统一标准、技术法 规和合格评定程序，取代形形色色的各国技术规章，进行强制协调。其结果是消 除了地区内的技术壁垒，但对地区外的国家来说，则是扩大了壁垒的范围。 在国内，在国际贸易壁垒的研究中，对于关税壁垒的研究比较早、比较多，也比 较深入，但对于国际贸易影响越来越广泛而深远的t b t 的理论与方法研究虽然也 有一些结果，但较为分散，研究的层次也不够深入。特别对于应对贸易技术壁垒 的理论与方法研究，包括辨识评估、监测预警、组织创新几乎处于空白状态。 针对t b t 的严重影响，我国对外贸易经济合作部、国家质量监督检验检疫总局等 政府部门做了大量的信息建设工作，很多省市也建立了w t 0 t b t s p s 咨询网站与 相应的服务机构，对出现的贸易技术壁垒和受到的影响做了报道，这对普及 w t o t b t - s p s 基本知识起到了q 常重要的作用，但在应对t b t 方面并不及时。 同时我国电子产品出口受技术性贸易壁垒影响首当其冲，从2 0 0 5 年的海关 统计数据来看，中国机电产品出口4 2 6 7 5 亿美元，占商品出口总额的5 6 。其 中出口自动数据处理设备1 3 05 1 6 万台，约合7 6 3 亿美元；无线电话2 27 9 1 万 3 北京工业大学管理学硕士学位论文 台，约合2 0 6 亿美元；录放像机1 80 5 8 万台，约合7 6 5 亿美元，电视机85 9 0 万台，约合8 4 亿美元。2 0 0 5 年欧盟是中国最大的贸易伙伴，欧盟已经成为我 国的第二大出口市场，年出口额达14 3 7 亿美元，占我国出口总额的1 8 9 。可 见，机电产品对欧盟出口对中国的经济发展和对外贸易事关重大。但是近年以来， 中国机电( 玩具) 产品出口连续面临多个技术性贸易壁垒，形势相当严峻乜1 。 1 3 国内外本体研究现状 了解国内外本体的研究现状，既能帮助深入了解本体基本概念，了解研究发 展趋势，更有助于确定自己的研究方向或研究范围。早期的知识库研究仅局限于 知识组织和推理，主要应用于较小规模的系统随着对知识库研究的深入，逐渐发 现己有的方法不能满足新的需求，迫切需要新的方法的出现。当本体的概念被引 入到人工智能领域后，作用日益显现，并逐渐应用于知识工程的一些关键领域。 随着理论的逐步成熟和应用的日益广泛，本体的建模的方法也正在逐渐形成，尤 其近几年来国内外对本体的各方面研究和应用进展尤为迅速。 国外的研究组织很多，研究的内容和方向也很丰富。其中著名的斯坦福大学 的知识系统实验室致力于知识表示和自动推理研究，开发了本体的建模工具见 本体建模辅助工具，同时也进行本体的应用研究，该组织的也是最早提出本体定 义的学者之一。年万维网联盟也开始研究本体，并同时开始了语义研几的研究工 作，制定为一种资源描述语言，推荐，资源描述框架为描述和处理元数据的方案。 制定节几刁，本体语言标准规范。其它一些组织也先后开展了知识门户! 文本挖 掘! 智能代理等多个领域的研究工作，在引领技术进步的同时，还推动研究成果 商业化。相对来讲，国内研究起步较晚，无论在理论研究还是在应用上都相对落 后，但也先后取得了很多可喜的成绩。中科院等一些研究机构在我国较早的开展 了本体研究，研究方向包括了本体的映射领域知识的复用和共享! 虚拟领域本体 的构建技术，以及常识本体研究和应用等。例如，中科院数学研究所陆汝铃院士 等人提出的面向本体的需求分析方法( o o r a ，o n t o l o g yo r i e n t e dr e q u i r e m e n t s a n a l y s i s ) 3 1 ，以本体作为对相关联的手段，以增强面向对象方法的表达能力金芝 博士以企业信息系统为研究背景，提出了一种基于本体的需求获取方法【4 1 ，通过 重用领域需求模型，构造应用软件的需求模型。其它的研究机构大都分布于各大 高校的计算机相关学科领域。例如，哈工大计算机系长期致力于企业本体的构建 和应用研究，在企业间实现知识共享和复用，研究本体的结构化建模方法和基于 本体的应用系统开发过程等【5 】。北京理工大学人工智能研究所的廖乐健等人基于 ，本体的信息抽取技术【6 】，并将研究成果应用于人才招聘信息的抽取同济大学王洪 伟等人以关系数据库为对象，根据提出的转换规则从关系模式的结构信息中逆向 提取领域术语及相互关系，最后利用扩展的关系实体图进一步获取关系模式的语 义信息，并以此来精炼领域本体等【丌。 第1 章绪论 1 4 本文研究的目标、思路及方法 作为技术性贸易壁垒( t b t ) 的研究扩展，电子产品这一受t b t 影响比较严重 的领域，着重研究此领域本体建设的方法论和针对此领域信息的特点进行优化设 计本体。全文安排如下：第二部分着重对本体的研究现状进行综述，在介绍该领 域的基本概念之后，首先提出本体研究中的热点问题，接着针对几个主要的热点 问题进行调研，包括本体描述语言、本体建设的方法论和本体建设工具；第三部 分着重研究领域本体建设的方法论，提出基于螺旋模型的原型法，指导本体的建 设过程；第四部分研究本体建设自学习构建模型，从项目的实际需求出发，设计 自己的领域本体建设模型，该模型半自动化地高效率构建高质量的本体库，具有 良好的实用性；第五部分提出一种轻量级本体的优化设计，在轻重两种本体中提 出了一个两者折中的本体建设方案，汲取了两种本体的长处。这这种经过优化了 的轻量级本体大大减少了本体中数据交互转化的复杂度；第六部分，以t b t 电 子产品作为实践领域，描述领域本体的建设过程；最后，在结束语中总结了本文 的创新和未来的工作建议。 本论文主要通过文献研究国内外t b t 的现状与发展趋势，针对t b t 的特点， 采用原型的本体建设方法，把本体技术融入到计算机系统中，。研究框架如下图 1 1 所示，研究内容的关系图如图1 2 所示。 本章首先阐明了本论文的背景，提出了要解决的问题；然后讨论了本体技术 的应用，说明了本体制作的应用现状，阐明了把本体技术应用到t b t 预警预测 领域的意义；最后，给出了本论文基本的研究框架。 一5 一 北京工业大学管理学硕士学位论文 图1 - 1 研究框架 图1 - 2 核心研究内容关系 d i a g r a m l - 2r e a s e a c hc o n t e n tr e l a t i o n s h i p 6 第2 章本体研究综述 2 1 基本概念 第2 章本体研究综述 ( 1 ) 语义网( s e m a n t i c w 曲) 在w 3 c 的网站上，t i mb e m e r s l e e 等人将语义w e b 定义为“语义w e b 是当前 w e b 的扩展，其中的信息被赋予定义良好的( w e l l d e f i n e d ) 含义，使计算机和人 能够更好的协作嘲。文献【9 】中生动形象的描绘了语义w 曲能够提供给人类的服 务。从这个定义可以看出，语义w e b 并不是要取代现有的w e b ，而是扩展。扩展 的方式是对现有信息进行形式化的描述，目的是机器可理解，以便计算机更好的 提供信息服务。简单的说，语义w e b 就是要给w e b 加上注释，为了让计算机能够 理解，这种注释必须用一种形式化的语言进行描述，并且支持推理。为了多个系 统之间能够交流，这种注释还应该遵循统一明确的词汇表。 。在t i m 的构想中，语义w e b 表现为图2 1 所示的层次结构。自底向上来看，第 一层规定了文档中字符的编码方式和资源的统一标识，即u n i c o d e 和u r i ；第 二层，x m l 、命名空间和x m ls c h e m a ，使用自定义的标签对文档的结构进行标 注，规范文档的语法格式，就可以方便的利用计算机处理文档，在统一模式的定 义下交换文档。第三层，明确文档中标引对象之间的关系，即资源描述层 r d f + i m fs c h e m a 。r d f 定义了元素之间的关系，表现为三元组的集合( 类似于 句子的主语、谓语、宾语) 。x m l 力1 1 上r d f ( s ) 就相当于建立了人工智能中的语义 网络( s e m e n t i cn e t w o r k ) ，可以进行一定的推理。使用x m l + r d f s ( s ) ， 人们可以建立各自的语义网，只要有一套自成体系的术语就可以了。第四层，明 确标引项的精确含义，要让计算机相互理解对方的内容，需要有一套共同的标准 的概念体系，这就是o n t o l o g y ( 本体) 。x m l + r d f ( s ) + o n t o l o g y 构成了计算机相 互理解的基础。这样每增加一个层次，计算机在知识处理上就多一份能力。在本 体层之上进一步要做一些逻辑推理的工作，接下来就是保证信息是可信赖的，这 就构成了一个多层次的语义网。 - 7 ! ! 星些耋兰墼量茎堡耋兰堡耋兰 隧 1 ， ：“l 让二 圉2 1 语义网的层次结构 d i a g r a m 2 1s e m a n t i cs h u c t u r e 2 2 本体研究的热点问题 ( 1 ) 本体描述 值得注意的是，机器并不能像人类那样理解蕴含在自然语言中的语义，计算 机最终把所有的信息都当作0 、1 串进行处理。而本体的目的是使信息成为机器可 理解的，因此，在计算机领域讨论本体，首先就面临着本体究竟是如何描述的， 也就是概念的形式化问题。对应的研究内窖就是本体的描述语言。 本体描述语言使得用户为领域模型编写清晰的、形式化的概念描述，因此它应该 满足以下要掣“j ： 1 ) 良好定义的语法( aw e l l m e f i n e ds y n t a x ) 2 ) 良好定义的语义( a w e l l - d e f i n e ds e m a n t i c s ) 3 ) 有效的推理支持( e f f i c i e n tr e a s o n i n gs u p p o r t ) 4 ) 充分的表达能力( s u 伍c t e 咻e x l m e s s i v e p o w = ) 5 ) 表达的方便性( c o n v e n i e n c eo f e x p r e s s i o n ) ( 2 ) 本体工程 本体建设的现状可以和软件工程发展的初期类比，还处于个人( 或小团体) 的手工作坊阶段。从本体的概念来看，它的本质要求包括概念化、明确、形式化、 共享、重用等特征，可以| 兑工程性是本体建设的天然属性。并且，由于软件工程 对软件产业的形成和发展起着决定性的推动作用，已经有人提出了本体工程的概 念，也成为研究中的一个热点问题。 如何才能大规模的建设本体? 如何集成现有的不同本体? 如何维护本体及 其进化过程? 等等，这一系列的问题都需要方法论作为指导，目前恢领域研究还 处于探索阶段，没有形成成熟的方法论，是一个有价值的研究方向。 笋汹 第2 章本体研究综述 ( 3 ) 本体建设。 本体建设不仅需要理论上的探讨和研究，还必须实实在在的构建出本体。从 人员上来看，本体建设的工作主要是领域专家和知识工人来做，这是一项非常费 时、费力又易于出错的工作，也是导致目前大规模建设本体的项目比较少的直接 原因。 如何能利用软件系统辅助人们构建本体? 这些软件能在哪些方面自动化或 者半自动化的发挥作用? 本体开发过程中如何支持协同工作? 不同软件开发的 本体如何集成? 等等也成为该领域亟待解决的问题。 ( 4 ) 本体应用 。 本体建设的目的是应用，这方面的研究遍布人工智能、信息管理、知识管理 相关的各个领域，典型的应用是：基于语义的信息检索，特别是网络搜索引擎和 数字化图书馆【1 0 1 。基于本体的数据集成、机器学习等【l 。领域本体的应用。比 如，在生物信息学中已建成的g e n e o n t o l o g y ，尽管只包括t p a r t o r 等简单的关系， 但是对生物信息学界已经有巨大的影响【1 2 】。语义w 曲服判1 3 1 ，在线元数据管理和 自动信息发布【1 4 1 。 2 3 本体描述语言 自上个世纪9 0 年代以来，一些基于a i 的本体实现语言陆续被提出，如k i f 、 o n t o l i n g u a 、c y c l 、l o o m ，o c m l ，f l o g i c 。后来，随着w 曲的发展，又出现了 一系列基于w e b 的本体语言，也叫做本体标记语言，如s h o e 、x o l 、r d f 、r d f s 、 o i l 、d a m l 、d a m l + 0 i l 、o w l 。 2 3 1 基于a i 的本体描述语言 ( 1 ) k i f k i f ( k n o w l e d g ei n t e r c h a n g e f o r m a o 是由斯坦福大学开发的。它是一种在不 同k r 系统问交换知识的格式，是基于一阶逻辑的语言【1 5 1 。其特点是： 有公开的语义：它不再需要专门的解释器。 在逻辑上是全面的：它可以对任意的逻辑语句进行表达。 提供对元知识的表现。 ( 2 ) o n t o l i n g u a o n t o l i n g u a 是一种基于k i f ( k n o w l e d g ei n t e r c h a n g ef o r m a t ) 的，提供统一的规 范格式来构建o n t o l o g y 的语割1 6 】。其特点是：为构造和维护o n t o l o g y ，提供了统 一的、计算机可读的方式；由其构造的o n t o l o g y 可以方便地转换到各种知识表示 北京工业大学管理学硕士学位论文 和推理系统( p r o l o g 、c o r b a 的i d l 、c l i p s 、l o o m 、e p i k i t 、a l g e r n o n 和k i f ) ， 从而将o n t o l o g y 的维护与使用它的目标系统分离。 ( 3 ) c y c l c y c l 是c y c 系统的描述语言，一种体系庞大而非常灵活的知识描述语言【1 7 1 。 其特点是：在一阶谓词演算的基础上扩充了等价推理、缺省推理等功能；具备一 些二阶谓词演算的能力：其语言环境中配有功能很强的可进行推理的推理机。 ( 4 ) l o o m l o o m 是一种基于一阶谓词逻辑的高级编程语言，属于描述逻辑体系【1 s l 。其 特点是：提供表达能力强、声明性的规范说明语言；该语言后来发展成为 p o w c r l o o m 语言p o w c r l o o m 是k i f 的变体，它是基于逻辑的，具备很强的表达能 力，采用前后链规则( b a c k w a r da n df o r w a r dc h a i n c r ) 作为推理机制。 ( 5 ) o c m l o c m l ( o p e r a t i o n a lc o n c e p t u a lm o d e l l i n gl a n g u a g e ) 是由英国o p e nu n i v e r s i t y 的k m i ( k n o w l e d g em e d i ai n s t i t u t e ) 实验室开发的【1 9 1 。它被称为一种“可操作的 o n t o l i n g u a 肚。实际上，o c m l 中的定义类似于o n t o l i n g u a ，另外，它还可以定义 用于推理的规则，还可以为函数进行可操作的定义。k m i 的w e b o n t o 编辑器就是 基于o c m l 的。 ( 6 ) f l o g i c f l o g i c ( f r a m el o g i c ) 是卡尔斯鲁厄大学开发的，是基于框架逻辑和一阶逻 辑的【2 0 1 。它可以表示概念，概念分类，二元关系，函数，实例，公理和规则。与 前面的几种语言相比，它是唯一没有采用类似l i s p 语法的语言。 2 3 2 基于w e b 的本体描述语言 图2 2 给出了基于w e b 的本体描述语言的发展历程和相互关系。 图2 2 基于w e b 的本体描述语言的发展 d i a g r a m 2 2o n t o l o g yb a s e dw e bd e v e l o p m e n t 第2 章本体研究综述 ( 1 ) s h o e s h o e ( s i m p l eh t m lo n t o l o g ye x t e n s i o n s ) 作为h t m l 的扩展，是马里兰 大学开发的本体工具【1 8 】。它是基于框架和规则的。它使用不同于h t m l 的一些 标记，使得可以在h t m l 文档中插入本体。当x m l 产生并成为w e b 上交换信 息的标准后，s h o e 的语法被修改为基于x m l 。目前，马里兰大学已经停止研 究s h o e ，他们有关本体的研究项目开始使用o w l 和d a m l + o i l 作为本体的 描述语言。 ( 2 ) x o l x o l ( o n t o l o g ye x c h a n g el a n g u a g e ) 是s r ii n t e r n a t i o n a l 的人工智能中心 ( a i c ) 删t 2 1 1 。它是一种简单通用的定义本体的方法。其目的是在不同的数据 库、本体开发工具、或者其他应用程序之间交换本体。x o l 设计之初是为生物信 息学领域本体的交换，但是它可以应用于各种领域。 ( 3 ) r d f ，r d f s r d f ( 资源描述框架，r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 、r d f s ( r d f s c h e m a ) ，是w 3 c 在x m l 的基础上推荐的一种标准，用于表示任何的资源信息。 r d f 提出了一个简单的模型用来表示任意类型的数据1 2 1 1 。这个数据类型由节点和 节点之间带有标记的连接弧组成。节点用来表示w e b 上的资源，弧用来表示这些 资源的属性。因此，这个数据模型可以方便的描述对象( 或者资源) 以及它们之 间的关系。r d f 的数据模型实质上是一种二元关系的表达，由于任何复杂的关系 都可以分解为多个简单的二元关系，因此r d f 的数据模型可以作为其他任何复 杂关系模型的基础模型。r d fs c h e m a 为r d f 资源的属性和类型提供定义良好的 词汇表。w 3 c 推荐以r d f r d f s 标准来解决x m l 的语义局限。 ( 4 ) o i l o i l ( 本体推理层本体交换语言，o n t o l o g yi n f e r e n c el a y e r o n t o l o g y i n t e r c h a n g el a n g u a g e ) 是在欧洲的i s t 项目o n t o k n o w l e d g e 中开发的【2 2 1 。o i l 以r d fs c h e m a 为起点，用更为丰富的o n t o l o g y 建模原语对r d fs c h e m a 进行扩 充。o i l 将框架系统、描述逻辑和w e b 标准( x m l 和r d f ) 这三个不同领域的 优点 结合起来，提供了一种通用的语义w e b 的标记语言。其中，基于框架的语言在 a i 中有很长的历史，它们的中心建模元语是类( 称为框架) 和属性( 称为槽) 。 描述逻辑( d l ) 通过概念( 对应于类或者框架) 和角色( 对应于槽) 描述知识， 具有良好的语义和有效的推理。 o i l 的使用比较广泛，支持o i l 的工具也很多，最著名的有o i l e d ，是一个 基于o i l 的本体编辑器。其他一些工具，比如o n t o e d i t 、t h ef a c t ( f a s t c l a s s i f i c a t i o no f t e r m i n o l o g i e s ) s y s t e m 等也都支持o i l 。 北京工业大学管理学硕士学位论文 ( 5 ) d a m l d a m l ( d a r p a a g e n tm a r k u pl a n g u a g e ) 是d a r p a 计划第一阶段所创建的 一种语言1 2 3 1 。d a k p a ( a g e n tm a r k u pl a n g u a g e ) 项目始于2 0 0 0 年8 月，由美国 政府支持，目标是开发一种语言和一组工具，为语义w e b 提供支持。m a r kg r e a v e s 是该项目的领导者。d a m l 形成于d a m l = o n t ( 种本体语言) 和 d a m l - l o g i c ( - - 种表达公理和规则的语言) 。 d a m l 扩展了r d f ，增加了更多更复杂的类、属性等定义。它一度很流行， 成为网上很多本体的描述语言，直到d a m l 的研究者和o