（管理科学与工程专业论文）水利文本的形式化知识表示与管理研究.pdf

摘要 随着信息化的风起云涌和以技术为核心的竞争同益成为主导因素，知识经济 以一种崭新的模式登上了人类的历史舞台。在这些大量的知识中，有很多的知识 无法利用，同时这些知识的效用是比较低的。因此，如何快速、准确地从浩瀚的 信息资源中寻找所需的知识以及对这些知识进行表示和组织，成为困绕用户的难 题。此外，如何将己获得的知识表示为计算机能够理解和处理的形式，即带有语 义，涉及到本体等概念的理解。在知识的表示中，概念的表示尤为重要，w i l l e 教 授于1 9 8 2 年提出的形式概念分析中也涉及到概念的外延和内涵，从本质上描述了 对象和属性之间的联系。本体是共享概念模型的形式化规范说明，在层次本体系 统中知识库分类和存储，本体提供了通用的理解，便利了相关的特定领域特殊知 识的发现和运用。本文的主要工作如下： 1 概念图知识表示方法的研究 传统的知识表示方法有多种，每种方法都有其适用范围的局限性。我们运用 一种使用方便、易于理解知识的表示工具概念图。介绍了概念图的定义、语 法和语义，以及部分关系结点的使用和功能。关系结点用来对概念结点进行连接， 从而使其具有语义的功能。同时，举例说明了概念图所具有的推理机制，以及匹 配原则，从而发现知识库中的隐性知识。概念图的使用使文本到形式化知识的表 示问题得到解决，也为本体的形式化研究奠定了一定的基础。 2 领域本体的建立与形式化描述 本体的建立依据一定的原则，在充分了解了一些典型的本体构造方法的基础 上，我们采用了迭代循环的开发方法。运用此方法，可以及时地发现本体内外部 的问题，并做出相应的对策弥补存在的不足与漏洞、调整方案，通过一次又一次 的迭代成长，最后构建出符合需求的领域知识本体。本文以水利领域系统为应用 背景，结合相关文献，确定出水利领域的特定业务与本体的关系；从语义的层次 分析水利领域特定业务，使用本体给出水利领域中的类、关系和实例的一致性说 明。在以上工作的基础上，提出了实际问题的解决方案和实现方法，进一步完善 系统。 3 面向水利的知识库平台 随着科技的日新月异，网络资源的信息随着互联网的快速发展，网页的数据 和信息也以惊人地速度在增长，因而传统的知识管理模型已不能适应时代的需求。 本文提出了一种基于知识的w e b 水利信息智能平台，它的目的在于更有效地从庞 大的网页信息资源中提取有用的知识或信息来建立一个知识库，然后经过一系列 的分析处理最终提交给用户使用。本文详细讲解了w e b 水利信息智能平台的各个 模块的功能。随着时间的推移和本体的不断进化，知识库中的知识也是不断完善 和修复的。基于以上问题，我们提出了基于本体演化的时序知识表示模型，并确 定了时间本体的原子概念、关系和公理，以及检测知识一致性的算法，从而达到 领域知识库的一致性。 关键词：知识表示，概念图，形式化，知识管理，本体 a b s t r a c t a st h ei n f o r m a t i o ni sp r o g r e s s i n gl i k ear i s i n gw i n da n ds c u d d i n gc l o u d sa n dt h et e c h n o l o g y c e n t e r e dc o m p e t i t i o ni sp l a y i n gt h em a i nl e a d i n gr o l e ，k n o w l e d g ee c o n o m yi ss t e p p i n go n t ot h e s t a g e 舾ab r a n dn e wt y p e a m o n gt h eh u g ea m o u n tk n o w l e d g e 。m u c hi sn o tu s a b l eo rw i t hl o w u s a g ee f f i c i e n c y t h e r e f o r e ，h o wt of i n dt h ek n o w l e d g ey o u n e e da n dh o wt oo r g a n i z ea n dr e p r e s e n t i te f f i c i e n t l yi sa l w a y sap r o b l e mf o rau s e r m e a n w h i l e ，h o wt oc h a n g et h ea t t a i n e dk n o w l e d g ei n t o t h el a n g u a g eo rf o r ms ot h a tc a nb eu n d e r s t o o da n dp r o c e s s e db yac o m p u t e r ，i na n o t h e rw o r d ，f o r h a v i n gt h ec o n c e p t sl i k es e m a n t i c sa n do n t o l o g y i nk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n , t h ec o n c e p t r e p r e s e n t a t i o ni se s p e c i a l l yi m p o r t a n t , f o r m a lc o n c e p ta n a l y s i sp r e s e n t e db yp r o f e s s o rw i l l ei n19 8 2 h a di n v o l v e dc o n c e p te x t e n s i o na n di n t e n t i o n ，w h i c hh a sd e s c r i b e dt h er e l a t i o n sb e t w e e no b j e c ta n d a t t r i b u t e si ne s s e n c e o n t o l o g yi st h ef o r m a l i z e da n dn o r m a l i z e di l l u s t r a t eo fs h a r e dc o n c e p tm o d e l s ， i nc l a s s i f i c a t i o na n ds t o r a g eo fk n o w l e d g e ，t h eg e n e r a l i z e du n d e r s t a n d i n gc a p a c i t yp r o v i d e db y o n t o l o g yh a sg r e a t l yf a c i l i t a t e dt h ed i s c o v e r ya n da p p l i c a t i o no f t h er e l a t e da n ds p e c i f i e dk n o w l e d g e i np a r t i c u l a rf i e l d s o u rw o r ki nt h i sp a p e ri sm a i n l ya sf o l l o w i n g ： 1 r e s e a r c ho fm e t h o d sa p p l i c a t i o na b o u tc o n c e p tg r a p h t h et r a d i t i o n a lk n o w l e d g eh a sal o to fi l l u s t r a t ew a y s ，a n de a c hw a yh a si t so w nl i m i t s w eu s e o n ek i n do fc o n v e n i e n ta n da c c e s s i b l et o o l - c o n c e p tg r a p h t h ed e f i n i t i o n , g r a m m a ra n ds e m a n t i c s a r ea l li n t r o d u c e d ，嬲w e l la st h ep a r t i a lr e l a t i o nn o d e s ，t h e i ru s a g e sa n df u n c t i o n s t h er e l a t i o n n o d e sa r eu s e dt oc o n n e c tt h ec o n c e p t u a ln o d e st og i v et h e ms e m a n t i cf u n c t i o n s t h ee x a m p l e s a b o u tt h er e a s o n i n gs y s t e ma n dm a t c h i n gr u l e sf o rd i s c o v e r i n gt h eh i d d e nk n o w l e d g ei nr e p o s i t o r y a r ei l l u s t r a t e d t h ec o n c e p tm a p p i n gh a ss o l v e dt h ep r o b l e mo ft e x tf o r m a l i z a t i o na n df o r m e dt h e b e d r o c kf o ro n t o l o g yr e s e a r c h 2 t h ec o n s t r u c t i o no fd o m a i no n t o l o g ya n di t sf o r m a l i z a t i o nr e s e a r c h t h ee s t a b l i s h m e n to fo n t o l o g ya c c o r d st os o m ec e r t a i np r i n c i p l e s b a s e do ns o m ec l a s s i c e s t a b l i s h m e n tm e t h o d so fo n t o l o g y ，w ea d o p tt h em e t h o do fr e c u r s i o na n dc y c l i n g u s i n gt h e m e t h o d ，w ec a nd i s c o v e rt h ep r o b l e m si n s i d ea n do u t s i d eo n t o l o g yw i t ht h ee n c o u n t e rs o l u t i o n st o c o m p l e m e n tt h es h o r t c o m i n g s b ya d j u s t i n gt h ea p p r o a c ha n dr e c u r s i o ns t e pb ys t e p ，t h ed o m a i n o n t o l o g ym e e t i n gt h en e e d sc a nb ee s t a b l i s h e d o n ew a t e rp r o j o c ta p p l i c a t i o ns y s t e mi st a k e na st h e b a c k g r o u n d ，c o m b i n e dw i t ht h er e l a t e dm a t e r i a l s ，t h er e l a t i o n sb e t w e e n t h es p e c i f i e do p e r a t i o n sa n d o n t o l o g ya l ed e f i n e di nt h ew a t e re n v i r o n m e n td o m a i n ，a n dt h ec o n s i s t e n ti n s t r u c t i o n sa b o u tc l a s s e s ， r e l a t i o n sa n de x a m p l e sa l eg i v e n b a s e do nt h a tw o r k , w ep r o p o s e dt h es o l u t i o n st op r a c t i c a l p r o b l e m sa n da p p r o a c h e st oi m p l e m e n t t oi m p r o v et h es y s t e m 3 w a t e rp r o j e c to r i e n t e dr e p o s i t o r yp l a t f o r m a ss c i e n c ea n dt e c h n o l o g yh a sb e e nr o a r i n gd a yb yd a y ，t h ed a t aa m o u n to n l i n ei s a l s o i n c r e a s i n gw i t ha ni n c r e d i b l es p e e d t h et r a d i t i o n a lk n o w l e d g em a n a g e m e n tm o d e lc a nn o ta d a p tt o t h er e q u e s to ft h et i m e s h e r e ，w ep r e s e n taw a t e rp r o j e c ti n f o r m a t i o ni n t e l l i g e n tp l a t f o r mb a s eo n k n o w l e d g em a n a g e m e n t i t sp u r p o s ei s t oe s t a b l i s har e p o s i t o r yw i t ht h eu s e f u lk n o w l e d g e a b s t r a c t e df o r mt h eh u g ea m o u n td a t ao n l i n e ，t h e n ，i ti sh a n d e dt ot h eu s e r sa f t e ras e r i e so fa n a l y s e s a n dp r o c e s s e s e a c hi n t e l l i g e n t - m o d u l ef u n c t i o no ft h ew a t e rp r o j e c ti n f o r m a t i o np l a t f o r mi s d e m o n s t r a t e di nd e t a i l t h er e p o s i t o r yi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep e r f e c tw i t ht h en e v e r - s t o pt i m e a n dt h ee v o l v e m e n to ft h eo n t o l o g y f o rt h e s ep r o b l e m s ，w ep r e s e n tt h ed e m o n s t r a t i o nm o d e lo ft h e t i m es e q u e n c ek n o w l e d g et a b l eb a s e do no n t o l o g ye v o l v e m e n t w ea l s od e f i n et h ec o n c e p t sl i k e a t o m ，r e l a t i o n ，a n dw ed e v e l o pt h er e l a t e dt h e o r i e sg r o u n d e do i lt i m eo n t o l o g y ，a sw e l la st h e k n o w l e d g ec o n s i s t e n c yt e s t i n ga l g o r i t h mt oc h e c kd o m a i nr e p o s r o r yc o n s i s t e n c y k e y w o r d s ：k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n , c o n c e p t u a lg r a p h , f o r m a l i z a t i o n , k n o w l e d g e m a n a g e m e n t , o n t o l o g y 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导f 独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做, l i j , 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：啻小垫， 签字日期： 1 1 0 l o 年，月7 0 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络 向社会公众提供信息服务。 学位论文作者签名：舌小挠 导师签名： 签字日期：w 佃年夕月确 专不j 签字嗍垆朋伽日 刘小燕：水利文本的形式化知识表示与管理研究 1 绪论 1 1 选题背景及研究意义 在经济全球化和信息技术迅速发展的今天，竞争变得越来越激烈，各种各样 的知识【1 】应运而生，知识己成为最重要的战略资源。而互联网的广泛性和开放性， 使得因特网成为人们获取知识的重要途径。在这些大量的知识中有很多的知识是 无法利用的，同时这些知识的效用也比较低。因此，如何快速、准确地从浩瀚的 信息资源中寻找所需的知识以及对这些知识进行表示和组织，成为困绕用户的难 题。 从知识的层次看，水利领域是一个具有丰富知识的研究领域，因此水利领域 中包含有大量的数据、事实和信息。同时，水利领域中既有与时间无关的、明确 的知识，也有与时间相关的、模糊的知识。如何获取和描述某个领域中的一般性 知识呢? 怎样才能找到一个具体的、统一的领域建模形式化基础? 知识表示是将 已获得的知识以计算机内部代码形式加以合理的描述和存储，以便有效的利用知 识。把知识表示为计算机能够理解和处理的形式，即带有语义，则涉及到本体和 知识管理等概念。知识表示的目的是为了给用户提供一种有利于进行逻辑推理， 能够充分表示领域知识以及便于高效率进行程序设计。本文旨在描述水利领域中 的丰富知识，实现成机器可访问的形式，通过应用程序对显式表示的知识进行推 理，从而获得隐性的知识。 1 1 1 选题背景 知识表示代表了一种很好的思路，知识表示蕴藏着重要的应用前景。知识与 人类认知的密切相关性，决定了知识管理定位在错综复杂的结构化内容处理上。 在知识的表示中，概念的表示尤为重要。传统的知识表示方法如谓词逻辑、产生 式规则等，这些方法各有其优缺点，分别用于描述特定领域的问题。概念结构理 论的出现为知识表示的研究带来了新的活力。w i u e 教授于1 9 8 2 年提出了形式概 念分析，将概念区分为外延和内涵，从本质上描述了对象和属性之间的联系，表 明了概念之间的泛化和特化的关系1 2 。概念结构1 3 j 己被b j g a r n e t 与e t s u i 等人从 理论上证明优于其它传统的知识表达方法，它在一定程度上是对客观世界的高度 简化的描述形式。概念图最初作为数据库自然语言界面的一种语义模型提出，引 起了国内外广泛的关注。在美国，概念结构的研究取得很高的评价，i b m 公司投 2 扬州大学硕士学位论文 入大量的人力和物力进行了研究。同时，加拿大、澳大利亚有些学者也进行了更 深的探讨和研究。国内，西北大学李学良教授与荷兰t w e n t e 大学c h o e d e 教授 共同指导的指示图研究小组，为此领域注入了新的血液。同时，我国学者近期在 概念图研究领域获得的成果包括：张蕾，一个用概念结构表示的专家系统开发工 具；于力杨，研发的专家数据库系统等等。 1 9 7 7 年，知识工程的鼻祖f e i g e n b a u m 提出的“知识工程”这个概念后，对 基于信息技术和人工智能对知识的理解、抽取、表示及应用一直是相关领域的研 究重点。知识管理【4 】【5 】有助于将所得到的各种来源的信息转换为知识，并将之与人、 现实联系起来，帮助人们根据拥有的知识进行反思，促进人们之间的交流。知识 管理，是指通过管理的手段，使知识的获取、存储、分析、应用、传递和共享更 合理、优化【6 1 ；使知识更充分地发挥创造价值的作用，最大限度地利用知识。2 0 世纪8 0 年代至9 0 年代初，哲学领域的概念“o n t o l o g y 被a i 领域借鉴，初步建 立了本体的建模方法，本体论把知识工程中的知识向更深的方向推进。近年来， 国外对本体建模进行了大量的研究并将其运用于知识工程领域，包括：w 3 c 的研 究、a i f b 的研究、k s l 的研究等。国内对本体的研究大约始于2 0 世纪9 0 年代。 中国科学院自1 9 9 8 年开始从事本体领域的研究，走在最前沿的是管理决策与信息 系统开放实验室、数学与系统科学研究院和知识处理与人机交互实验室，代表人 物是陈汝铃院士、曹存根等人。1 9 9 9 年至今，哈工大计算机科学与工程系的研究 人员一直致力于企业本体系统法的创建和相关理论的研究，代表人物是王念滨博 士。以高济为代表的浙大人工智能研究所在技术的运用以及在本体的研究中处于 国内领先水平。 本体【7 】【8 删指导人们正确认识和理解事物，有良好的概念层次结构和对逻辑推 理的有效支持，并且能从语义和知识层次上描述信息系统的概念模型。使用本体 来表示知识可以在语义的表现、挖掘隐含的信息方面有很大的改善，使得知识表 示能够全面、准确和深入，也更加丰富化。本体【l o 】的核心概念是知识的共享，本 体的描述提供了一个统一的规范模型，使得持有不同背景、不同观点的理解和交 流成为可能，保持了语义的一致性。 1 1 2 研究意义 在信息迅速膨胀的今天，计算机技术的触角已经伸向社会的每个角落，充分 展示出人类建设信息社会的美好前景。同时，也存在着数据丰富而知识缺乏的现 刘小燕：水利文本的形式化知识表示与管理研究 3 状，如何有效、快速的从海量的数据里提取有用的信息，如何更方便地传递、交 流、获取信息，从而达到知识共享的效果。在水利领域也存在着庞大的知识和信 息，如何让这些知识采用适当的模式存储在计算机中? 如何去构建种知识平台， 通过其中的本体知识库进行知识的推理? 如何将隐性知识显性化，以及使得知识 的上下文时效性得以体现? 如何挖掘大量有价值的知识和信息，为人们所利用? 知识难以共享常常是因为大家对同一个事物采用不同的术语来表达。如果能找出 事物的本质，并以此统一知识的组织和知识的表达，使之成为大家普遍接受的规 范，就有可能解决知识共享中的问题。对某个领域进行通用概念上的描述，回答 该领域有什么样的对象( 如过程，属性和关系) ，它们之间有什么样的相互依赖 关系【8 1 ，本体论的思想应运而生。近年来，本体是对某领域应用本体论的方法分 析、建模的结果，应用于计算机知识工程等领域。本体是对客观世界的存在进行 系统化描述，抽象为一组概念及概念之间的联系，方便知识的重用和交互【l 。 美国的j o h nf s o w a 提出的概念结构，是一种以语言学、心理学、哲学、逻辑 学和数学为基础的新的知识表示方法，己被从理论上证明优于其它传统的知识表 达方法【1 2 】【13 1 。它的具体模型是概念图，它是一种新的知识表示方法，有效的弥补 了传统知识表示方法的不足。与传统的数据库系统相比，知识管理更强调对数据 的分析和利用，还涉及数据挖掘、文本聚类、数据库与文档管理等问题。随着信 息科学的飞速发展，本体己被应用于知识工程、信息系统、信息检索、知识管理 等多个领域。由于人们认识的局限性，必然使得对知识的认识存在一定的误差； 并且随着时间的推移和本体的不断进化，知识库中的知识也是不断完善和修复的。 因此，合理的知识表示以及对知识的管理方法显得尤为重要，对本体的完善和修 复工作也提上日程。 本文就本体在水利领域的运用进行了展开，通过建立领域知识库，并对其进 行形式化研究，达到知识共享的效果。即如何描述水利领域中的知识，实现成机 器可访问的形式，然后通过应用程序对显式表示的知识进行推理获得隐含的知识。 知识库的构造使得其中的知识在被使用的过程中能够有效地存取和搜索，库中的 知识能方便地修改和编辑。同时，对知识库中知识的一致性和完备性能够进行检 验。另外提出了基于本体演化的时序知识表示模型，并确定了时间本体的原子概 念、关系和公理，给出了检测知识致性的算法，从而达到领域知识库的一致性， 充分发挥了本体的巨大作用。知识共享的重要价值在于：在适当的时间将适当的 4 扬州大学硕士学位论文 知识传递给适当的人，体现了它具有一定的科学性。 1 2 本文的主要工作和创新点 1 2 1 本文的主要工作 综合上述内容，本文开展了基于概念图的知识表示与知识管理的研究，涉及 到本体的构建及维护等相关工作。以及如何更合理地对水利领域的知识进行形式 化描述，通过应用程序对显式表示的知识进行推理获得隐含的知识，为隐性知识 的显性化作了一个良好的开端。最后，由于本体模型知识库中的知识不断进化， 在上述模型的基础之上，我们给出了基于本体演化的时序知识表示模型，并确定 了时间本体的原子概念、关系和公理，以及检测知识一致性的算法。 1 2 1 1 概念图知识表示方法的研究 传统知识表示方法都有其适用范围的局限性，分别应用于不同的领域。本文 介绍了概念图的定义、语法和语义，并详细讲解了重要关系结点的使用和功能。 关系结点用来对概念结点进行连接，从而使其具有相关的语义。同时举例说明了 概念图所具有的推理机制以及匹配原则，从而发现知识库中的隐性知识。概念图 的使用为本体的形式化研究奠定了一定的基础。 1 2 1 2 领域本体的建立与形式化描述 水利领域从知识的层次分析，是一个具有丰富知识的研究领域，即其中包含 大量的数据、事实和信息。如何描述水利领域中的知识，实现成机器可访问的形 式，然后通过应用程序对显式表示的知识进行推理获得隐含的知识。 本体的建立依据一定的原则，在充分了解了一些典型的本体构造方法的基础 上，总结了迭代循环的开发方法。采用此方法，可以及时地发现本体内外部的问 题，并做出相应的对策弥补存在的不足与漏洞、调整方案，通过一次又一次的迭 代循环，最后构建出符合需求的领域知识本体。本文以水利领域为应用背景，结 合相关文献，确定了水利领域的特定业务与本体的关系：从语义的层次分析水利 领域特定业务，使用本体给出水利领域中的类、关系和实例的一致性说明。在以 上工作的基础上，提出实际问题的解决方案和实现方法，进一步完善系统。 1 2 1 3 面向水利的知识库平台 随着科技的日新月异，网页的数据和信息也以惊人的速度在增长。传统的知 识管理模型已经不能适应时代的需求。我们提出了一种基于知识的w e b 水利信息 智能平台，目的在于更有效地从庞大的网页信息资源中提取有用的知识或信息来 刘小燕：水利文本的形式化知识表示与管理研究 5 建立知识库，经过一系列的分析处理最终提交给用户使用。本文分析了w e b 水利 信息智能平台各个模块的功能。由于随着时间的推移和本体的不断进化，知识库 中的知识也是需要不断完善和修复的。基于以上问题，提出了基于本体演化的时 序知识表示模型，并确定了时间本体的原子概念、关系和公理，以及检测知识一 致性的算法。 1 2 2 本文的创新性 信息资源的发展面临着一系列的挑战。多个机构构建的本体问存在一定的差 异，如何提出一种方法来对多个本体进行合并或者映射，达到异构本体的共享和 重用。以及本体在进化的过程中，概念的不确定性以及模糊性，如何将粗糙集与 模糊集相结合，来处理知识的不精确性和不完全性，这些都是我们有待解决的问 题。本文的创新点归纳为以下几个方面： 1 针对传统的知识管理模型已经不能适应时代的需求。我们提出了一种基于 知识管理的w e b 水利信息智能平台，并在充分考虑了知识具有实时性和语义性的 基础上，研究了基于本体的时序知识表示模型，从而提高了知识的精度和效用。 2 着重讲解了水利特定文本的形式化描述。以水利领域系统为应用背景，结 合相关文献，确定出水利领域的特定业务；从语义的层次分析水利领域特定业务， 使用本体给出水利领域中的类、关系和实例的一致性说明。并为发现知识库中的 隐性知识做了一定的准备。 3 结合构建本体的准则和方法，合理利用循环迭代的本体构造方法，构建了 部分水利领域领本体。采用这种方法，能及时地发现本体内外部的问题，并做出 相应的对策弥补存在的不足与漏洞、调整方案，通过一次次的迭代成长，最后构 建出符合需求的领域知识本体。采用概念图知识表示工具来表示领域知识，区别 于传统的知识表示工具，并探讨了概念图中的推理机制。 1 3 论文组织 从知识表示角度考虑，本体和知识库有类似之处，都是对一个具体或抽象领 域中包含的知识的定义、表示和组织。本文着重采用一种新的知识表示工具概念 图，从而创建领域知识库，并对其进行相关的形式化推理研究。内容如下： 第一章引言。本章首先分析了本课题的研究背景与研究意义，然后具体介绍 了本文的主要工作和创新性，最后介绍了本文的组织结构。 第二章知识表示与知识管理的相关概念。首先概述了知识、知识表示和管理 6 扬州大学硕十学位论文 的相关概念与研究，然后介绍了本体的定义、分类和国内外重要的本体系统，最 后论述了本体在知识管理中的重大作用。 第三章介绍了概念图的语法、语义表示和概念格的相关理论，以及格理论在 概念图中的研究，讲解了概念图中关系结点的详细用法，以及基于概念图的推理 研究，并举例说明。 第四章领域知识库的建立与形式化研究。以水利系统为应用背景，结合相关 文献及资料，确定了水利领域的特定业务；从语义的层次分析水利领域特定业务， 使用本体给出水利领域中的类、关系和实例的一致性说明；结合构建本体的准则 和方法，合理使用了循环迭代的构建领域知识库的建模方法。 第五章面向w e b 水利信息智能平台的提出。为了适应w e b 知识的迅猛发展， 提出了一个面向水利的知识库平台系统。本文具体分析了它的各个功能模块，同 时给出了基于本体演化的时序知识表示模型，并确定了时间本体的原子概念、关 系和公理，以及检测知识一致性的算法。 第六章总结与展望。对本文的研究工作进行了总结，介绍了作者的研究结论 和主要贡献；展望了下一步的研究课题和方向。 刘小燕：水利文本的形式化知识表示与管理研究 7 2 知识表示与知识管理相关概念 2 1 知识的概念和分类 知识是人类在改造客观世界的实践中所获得的认识和经验的总和，具有抽象 性、普遍性和规律性，也是人们指导自己行为的准则【l4 1 。人类的智能活动过程主 要是一个获得知识并运用知识的过程，知识是智能的基础。知识【l5 】是命题、规则 的结合，一般分为说明性知识、过程性知识和控制性知识。说明性知识提供概念 和事实，如一个智能检索系统中，说明性知识包括具体事实的数据库内容；用规 则表示问题的知识称作过程性知识，在智能信息检索系统中一般利用过程性知识 处理说明性知识；用控制策略表示问题的知识称为控制性知识，控制性知识包含 有关各种处理过程、策略和结构的知识，常用来协调整个问题求解的过程。 知识直接与真实或抽象世界的不同分类模式联系在一起，任何客观的事物， 都可由一些知识来描述。根据事物的不同属性和特征，对他们进行分类，知识就 有了粒度。知识是对事物的分类能力及知识的分类能力可用系统的集合表达形式 来描述。知识都有强调信息、组织文化和人在知识管理过程中的不同角色。技术 对于有效实施知识管理很重要，但是技术本身绝不是知识管理。例如在一个专家 系统中，知识按某种规则存放在知识库中，在推理求解时供推理机查询，提供了 重要的依据。 定义：( 知识和概念) 设u 是我们感兴趣的对象组成的非空有限集合，称为一 个论域。论域u 的任何一个子集x - c u ，称为论域u 的一个概念或者范畴。论域u 中 的任何一个子集簇( 概念簇) 称为关于u 的抽象知识，简称知识。论域中的每一个 概念( 子集) 表示它的一个信息粒i l 引。 从不同的领域对知识进行展开： ( 1 ) 知识库的观点。知识是某领域所涉及对象有关方面、状态的一种符号表 示，是对事实和规则的一种描述。 ( 2 ) 信息论的观点。知识是以各种方式把一个或多个信息关联在一起的信息 结构，是信息通过加工、整理、解释、挑选和改造形成，也是对客观世界规律性 的总结。 ( 3 ) 认识论的观点。知识是人类在长期的生活、实践、科学研究及实验中积 累起来对客观世界的认识和经验的总结。 8 扬州人学硕士学位论文 ( 4 ) 人工智能的观点。计算机所能处理的知识，只是部分的现实世界，区别 于数据挖掘中对数据的处理。 了解知识的概念及其在知识工程等领域的作用和地位，可从知识在人工智能 的不同角度进行简单的分类： ( 1 ) 作用。分为描述性知识、启发式知识、过程性知识。 ( 2 ) 地位。分为对象级知识、事件级知识、性能级知识、元级知识。 ( 3 ) 知识表示。把知识分为事实性知识、过程性知识、实例性知识、行为性 知识、类比知识、元知识。 1 9 6 6 年，m i c h a e lp o l a n y i 教授提出的将知识区分为显性知识和隐形知识，是一 个重要的分类方式。新知识是通过不同属性的知识( 隐性和显性) 和拥有不同知 识内容的个人相互作用而产生的。如图2 1 体现了人类知识之间的关系。 f 昨募荽二匝丽亡完蒌芝阿 图2 1 人类知识之间的关系 一般认为，知识有以下几个属性【1 6 1 ：真伪性、相对性、不完全性、不确定性、 可表示性、可存储性、可传递性和可处理性。 2 2 知识表示 2 2 1 基本概念 w 3 c 论坛的主席b e m e r s l e e 1 。7 】指出，知识表示代表了一种很好的思路，知识 表示蕴藏着重要的应用前景。在人工智能领域中，知识表示是研究的重要课题， 无论解决何种问题，首先遇到的就是各类知识如何表示。知识是人类在实践的基 础上产生又经过实践检验的对客观实际的可靠的反映。人类的智能活动过程主要 是一个获得知识并运用知识的过程，知识是智能的基础。合理的知识表示，可以 使问题的求解变得容易，并且有较高的求解效率。研究知识表示的主要目的是为 用户提供一种有利于进行逻辑推理，能够充分表示领域知识、便于高效率进行程 序设计的知识表示。知识的表示方法是至关重要的，它不仅决定了知识应用的形 式，而且也决定了知识处理效率和实现领域空间的大小。 2 2 2 知识表示方法和原理 知识表示是对知识的一种描述，或者说是一种约定，是一种计算机可以接受 的、用于描述知识的数据结构，对知识进行表示就是把知识表示成便于计算机存 刘小燕：水利文本的形式化知识表示与管理研究 9 储和利用的某种数据结构。 知识表示方法从广义上分为非形式化( 自然语言描述) 和形式化。按照描述 知识的方式不同，也可分为：符号叙述型( 利用叙述性的结构组织知识描述符号) 、 符号连接型( 着重概念或个体之间的关系) 和集成型。分类见图2 2 所示。 图2 - 2 知识表示方式的分类( 按描述方式分类) ( 1 ) 符号叙述型 它利用叙述性的结构组织知识描述符号，优点是表示直观、维护较容易、推 理能力强等特点，但不能适应复杂的情况。它分为i l 2 j ： 谓词逻辑表示法【1 8 】。一阶谓词逻辑的表示元素为谓词公式、联结符( 与、 或、非、蕴涵) 和量词( 全称和存在) ，基于这种表达方法的归结定理证明方法 能适用于各种应用领域。 产生式规则。产生式规则利用“条件动作形式的规则驱动各种启发 式知识以指示事物间的经验性关联，广泛用于专家系统的设计中。 框架表示法。1 9 7 5 年，美国著名人工智能学者明斯基首先提出框架理论。 是一种结构化表示方法，框架系统使用一组s l o t s 集中表示概念或个体事物的内部结 构，每个槽拥有若干个侧面，而每个侧面又可拥有若干个值，描述了概念或个体 1 0 扬州大学硕士学位论文 事物的所有属性和关系。 描述逻辑。描述逻辑【1 9 】基本组成部分是概念、角色和实例，特别适用于表 达结构化和半结构化数据之间具有层次、多重继承、聚合及其组合的情况。 脚本表示法，是i 妇r o g e r c s c h a n k 提出的。结构类似于框架，脚本形式比框 架形式应用范围窄，一般用于特定的知识。 过程表示法。 ( 2 ) 符号连接型 它通过直观形象的方式表达知识资源中的各种概念和关联关系，可以有效地 表达结构复杂的知识，并有助于知识的理解。它包括： 语义网络表示法，1 9 6 8 年奎廉最先提出的，它是一种概念及其语义关系表 示知识的网络。语义网络是一个带有标志的有向图，一个成功的例子是w o r d n e t 2 0 1 ， 它是英语的一个词典数据库。 神经网络。神经网络从模拟人脑的感知行为出发，基于神经元间的连接来 实现感知信息的大规模并行、分布式存储和处理。 本体和语义w e b 建模，本体描述深层次的语义信息，达到知识的共享和重用， 语义w e b 以本体作为核心和基础，开发了许多建模语言，如r d f r d f s ， d a m l + o i l ，o w l 等。 概念刚2 1 】包括四个图表特征：概念、命题、交叉连接和层级结构，具有节 点粒度小，维护简单等优点。 t o p i cm a p s ，具有主题图、关联和资源指引，具有良好的扩展性和自我描 述能力，用于描述知识结构并可将之与信息资源有效关联在一起，适合于信息资 源的导航和互联。 ( 3 ) 集成型 它通过统一的描述方式集成上述两种方法的优点，例如：c o m m o n k a d s 提出 的“知识模型的结构定义了技能模型、解释模型和任务模型等重要概念。i o a n n i s 等人提出了一个集成产生式规则，神经网络和实例知识的表达模型【2 2 1 ，不仅提高 了产生式规则的推理效率，还增加了知识模型的自学习能力。 不同的知识类型使用不同的表示方法，如规则适宜用产生式表示法，实验过 程宜用过程表示法，概念特征适宜用面向对象表示法，概念之间的关系适宜用语 义网络表示法。知识表示方法各有其优缺点，应用于不同的领域。 刘小燕：水利文本的形式化知识表示与管理研究 1 1 知识表示方法应该具备以下的性质： 表达充分性。能够将问题求解所需的知识正确有效的表达出来，即具备表 达有关领域中各种知识的能力。 推理有效性。能够与高效的推理机制相结合，支持系统的控制策略。 操作维护性。便于实现模块化，并检测出矛盾及冗余的知识，便于知识更 新和知识库的维护。 理解透明性。知识表示易于人理解，易读、易懂，便于知识的获取。 良好访问性。能够很好的接受访问，并有效的利用所访问的知识对其进行 有效的利用。 另外，有关模糊技术的知识表示方法的研究。在各种实际领域中，严格精确 与确定的知识并不多见，大量知识带有一定的模糊性和不确定性。因此，智能系 统能力的提升更能体现在模糊理论 1 3 1 1 2 4 1 的研究上。目前，常用的应用于知识表示 的模糊理论主要有：基于可信度的不确定理论是肖特里菲( e h s h o r t l i f f e ) 等人在 确定性理论基础上提出的，因其直观、可信度的计算比较简便，而得到广泛应用； 基于概率论经典理论的知识表示，但它要求直接给出知识的概率，因此其应用受 到限制；基于扎德提出的模糊集合论、模糊逻辑和可能性推理的模糊元图、模糊 关系矩阵等都取得了很好的应用。 在知识研究领域，r a n d a l l d a v i s 、h o w a r ds e h r o b e 和p e t e rs z o l o v i t s - - 个专家曾 对知识表示原理进行过严格的分析及总结【2 5 】，归纳如下： a 知识表示是一个本体论集合。本体论的研究对象是客观存在的事物，对于一 个数据库或知识库，本体论决定着一个具体应用领域中存在或可能存在的事物种 类。 b 知识表示是一个智能推理理论。在一个应用领域中，为了更有效的对事物进 行推理，知识表示可以描述它们的行为及其相互作用。这些描述组成了应用领域 理论。此理论可能被定义成准确的公理，或者被编译成可执行的程序。 c 知识表示是人们进行有效表达的一个方法。一个好的知识表示语言应在知识 工程师和领域专家之间有效的地传达信息。在知识工程师写下定义和规则的同时， 领域专家必须验证它们的正确性，是否与现实相符合。 2 3 知识管理 随着信息化的风起云涌和以技术为核心的竞争同益成为主导因素，知识经济 1 2 扬州大学硕七学位论文 以一种崭新的模式登上了人类的历史舞台。知识管理就是在知识经济的大背景下 凸现发展的【2 6 1 。知识经济更加依赖于知识的积累、扩散和应用，更加强调创新的 作用，只有不断创新，才能获得持续的竞争优势，弥补资源和资本的不足。 上个世纪8 0 年代初，计算机科学界对知识管理的实践起始于对基于知识问题 求解的智能化软件系统