（计算机科学与技术专业论文）基于xml主题地图的知识导航技术研究与实现.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 随着计算机网络的发展， 网络资源逐渐成为人们重要的知识来源， 语义 w e b 的提出为网络资源的知识化组织和机器自动处理提供了理论依据，使网络数据 组织形式有了根本的改变，从而也为网络知识导航脱离过去传统的以关键词为 中心的导航方式提供了数据基础。 本文在中南民族大学数字图书馆系统建设背景下，以 x m l t o p i c m a p s ( x t m) 作为语义 we b 的网络资源元数据表示模型， 提出了面向语义 we b的知 识导航系统，解决了现有知识导航系统基于关键字匹配导航检索错误率低、知 识构建单一、可扩展性差等问题。该系统主要由三个部分组成:元数据定制与 编码、本体知识体系构建管理、基于知识推理的导航。元数据定制提供了不同 格式资源的集成;本体知识体系构建则提供了进行知识和导航策略定制的功能， 这些知识是不同的领域知识但可以指向相同的网络资源;知识推理则是实现扩 展知识导航的关键。 在目前基于x t m的应用中， 本体构建和形式化逻辑计算能 力是研究的焦点，本文对此也作了重点分析和研究，提出了自己的逻辑映射体 系和基本实现。 通过在学科导航中的应用，解决了数字图书馆建设中现有学科导航存在的 问题:知识体系构建与领域专家知识相脱离、知识构建困难、数据集成度不足 等，为中南民族大学数字图书馆建设提供了重要支持。 关键词:语义 w e b ，知识导航，x t m ，知识推理 第 百 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 ab s t r a c t a l o n g w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f n e t w o r k a g e , t h e n e t w o r k r e s o u r c e s b e c o m e t h e m a i n s o u r c e o f k n o w l e d g e f o r e v e r y o n e . t h e t h e o r i e s o f s e m a n t i c w e b f i g u r e s o u t h o w t o o r g a n i z e t h e n e t w o r k r e s o u r c e s i n a f o r m o f k n o w l e d g e t h a t i s b o t h fl e x i b l e a n d u s e f u l f o r m a c h i n e - a u t o m a t e d p r o c e s s . f u rt h e r m o r e , t h e t h e o r i e s p r o v i d e d t h e f o u n d a t i o n f o r e x p l o r i n g a n e w t e c h n o l o g y o f k n o w l e d g e n a v i g a t i o n i n w h i c h t h e k e y w o r d i s n o t t h e c o r e o f t h e n a v i g a t i o n s o l u t i o n s a n y m o r e , b u t k n o w l e d g e d o e s . i n t h i s a r t i c l e , w e u s e t h e x ml t o p i c ma p s ( x t m) a s t h e m e t a d a t a m o d e l a n d e x p l o r e d t h e a r c h i t e c t u r e o f t h e k n o w l e d g e n a v i g a t i o n s y s t e m a n d t h e i m p l e m e n t a t i o n i n t h e s e m a n t i c w e b e n v i r o n m e n t . w e g i v e o u t a r e s o u l u t i o n t o im p r o v e s o m e l i m i t i a t i o n i n t h e n a v i g a t i o n s y s t e m w h i c h b a s e d o n k e y w o r d . i n t h i s a r c h i t e c t u r e , t h e r e a r e t h r e e i m p o r t a n t l a y e r s : m e t a d a t a d e s c r i p t i o n o f t h e n e t w o r k r e s o u r c e s , o n t o l o g y d e fi n i n g t h e t e r m s u s e d t o r e p r e s e n t a n a r e a o f k n o w l e d g e , f o r m a l l o g i c i n f e r e n c e . me t a d a t a p r o v i d e s a r e s o u l u t i o n f o r t h e i n t e g r a t i o n o f t h e r e s o u r c e s w i t h d i f f e r e n t f o r m a t . o n t o l o g y a n d l o g i c i n f e r e n c e d e v i s e d t h e w a y t h e s e m a n t i c we b s e r v i c e c a n p r o v i d e a n d t h e n a v i g a t i o n s o l u t i o n i n t h e k n o w l e d g e n a v i g a t i o n s y s t e m . i n o u r s t u d y , t h e l o g i c i n f e r e n c e l a y e r i s t h e m o s t i m p o rt a n t . w e r e f e r e n c e d s o m e r e s u l t o f t h e s t u d y a b o u t h o w t o m a p x t m t o t h e f o r m a l l o g i c , a n d p u t f o r w a r d a n e w w a y a n d t h e i m p l e m e n t a t i o n o f m a p p i n g o f x t m t o f o r m a l l o g i c . a c c o r d i n g l y , w e g i v e o u t t h e k n o w l e d g e n a v i g a t i o n s c h e m e . i n t h e e n d o f t h e a r t i c l e , w e i n t r o d u c e d h o w t o u s e o u r k n o w l e d g e n a v i g a t i o n t e c h n o l o g y t o t h e n a v i g a t i o n b y s u b j e c t s . w e f i g u r e s o u t h o w t o s o l v e t h e a c t u a l l y l i m i t a t i o n i n t h e d i g i t a l l i b r a r y : t h e s e p a r a t i o n o f t h e k n o w l e d g e c o n s t r u c t i o n w i t h t h e e x p e r t k n o w l e d g e , t h e d i f f i c u l t y o f t h e k n o w l e d g e o r g a n i z a t i o n , a n d t h e l a c k o f d a t a i n t e g r a t i o n . i n t h e d i g i t a l l i b r a r y c o n s t r u c t i o n o f s o u t h - c e n t r a l u n i v e r s i t y o f e t h n i c c o m m u n i t i e s , t h i s s t u d y m a k e a n o t e w o rt h y c o n t r i b u t i o n . k e y w o r d s : s e ma n t i c we b , k n o w l e d g e n a v i g a t i o n , x t m, kn o w l e d g e i n f e r e n c e 一一一 一 第 行 页 独创性声明 本人声明 所呈交的学位论文是我本人在导师 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 经发表和撰写 过的 研究 成 果， 也不 包含为 获得国防 科学 技术大学 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谢意。 学 位 论文 题目 :蒸于x m l 主 题 地图 的 知 识 导 航 技 术 研究 与 实 现 学位论文作者签名 日 期 : 2 弓 年 ， b 月 6 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了 解国防科学技术大学有关保留、 使用学位论文的规定。 本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子 文档，允许论文 被查阅和借阅;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。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。 ) 学位论文题目: 学位论文作者签名: 作者指导教师签名: 国防科学技术大学研究生院学位论文 图索引 图2 . 1语义 we b体系结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 图2 .2 t o p i c m a p s 模型组成. . t . ， . . . . . ， ， . . . . . . . . ， . . ， ， . . . 8 图2 . 3基于t o p i c m a p 规范的语义w e b 体系. ， . . . . . . . . . . . . ， 二 ， . . . 1 3 图3 . 1元数据管理分系统体系结构 . . . . ， . ， . ， ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 图3 .2 知 识 管 理 分 系 统 结 构 . . . . . ， . ， . . . 一 1 9 图 3 .3 导 航 管 理 分 系 统 结 构 ，. ，. ， ，二 ，. ，. ， . . . . .:.2 1 图5 . 1中南民族大学数字图书馆现有数字化体系， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 图5 . 2 x t m学科导航系统核心结构二 ， . . . . . . . . . . ， ， . . . ， . . . . . . . . . . . . . . 3 5 图5 .3 元 数 据 定 制 与 集 成 ，. . . . . . . . .3 6 图 5 . 4基于 h o r n子句的知识推理类结构设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 第 川页 国防科学技术大学研究生院学位论文 第一章 引言 1 . 1 知识导航技术现状 知识导航是提供信息获取和基于知识的信息引导和浏览服务， 它的实现包括两种 主要方式: 搜索与浏览。 在信息化网络化时代， 知识导航与网络信息技术所提供的数 据组织方式息息相关，信息技术的发展在很大程度上决定了知识导航能够采用的方 式。本文研究的就是在语义w e b 技术条件下，新的知识导航体系的构建。 目前网络知识导航和检索技术主要有三种: 基于关键字的检索技术、 基于分类目 录导航与检索技术、 基于概念检索导航技术。 g o o g l e搜索引擎是关键字检索技术的 代表， y a h o 。 搜索与 分类导 航则 是 分类目 录导航技 术的 代表， o i n g 。 搜索引 擎、 首 信 公司的“ 倚天”内 容导航系统则是采用概念检索导航技术的代表。 就目 前来看， 三种 检索导航技术的实现都没有离开关键词， 不同的只是在于关键词的使用方式和检索算 法 上: g o o g l e 采用p a g e r a n k 技 术 通过对关 键词 检索结 果认同 程度的 统计为 用户提供 尽可能 满意的 结果 i 1 ; y a h o o 最 近宣 布 采用i n k t o m i 技术实 现分布式 导航和检索， 但 依然没有离开关键词这个最基本的元素: 概念检索技术是一个全新的更接近于人类思 维的知识导航理念， 它提出了在概念表示、 语义理解和本体计算层次上的知识扩展检 索 导 航机 制 2 1 ， 但目 前 的o i n g o 和“ 倚天” 都 致力 于 开 发 检 索 词 专 用 词 典， 依 然 没 有 脱离关键词的约束。 在当前信息泛滥的网 络时代， 基于关键词的导航和检索在正确性和可扩展性方面 都存在着严重的不足，用户对不同的导航检索平台获得的结果有不同的喜好和取舍。 究其根源， 应该归咎于网络信息的无结构性和语义无关性， 企业数据、 网络信息对于 计 算 机来 说实 际 上 都 是 无 意 义的 数 据 而已 ， 只 有当 它 呈 现给 用 户 时 才 表 现为 信息 ， 为 人们实际使用时才表现为知识， 数据的语义无关性、 知识的机器不可知性和不可管理 性，是知识导航效率低下的根源。 近几年里， 人们在知识管理与网络信息管理领域提出了许多新的思想和方法， 语 义 ( s e m a n t i c ) 、 语境 ( c o n t e x t ) 、 模型( m o d e l ) 成为 现 代知识 领域研究的 重点。 其中， c o m m o n k a d s ( 通用知识分析与设计方法系统) 提出了 知识工程的结构化建模方法， 为 知 识 工 程 的 发 展 提 供了 一 种 全 新的 开 发 思 路 13 1 ; o n t o lo g y ( 本 体 ) 对 于 领 域 知 识 表 示 和 第 1 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 知识交换 ( k n o w le d g e i n t e r c h a n g e f o r m a t , k i f ) 提供了一个新的模型机制4 1 ; w e b 的 创始人t i m $ e r n e r s - l e 。 更是提出了 语义w e b 的体系结构。 当 前， 在语义w e b 体系中， 为了解决网络数据的语义无关性和数据资源的结构化编码， 现阶段已经有两个可用的 标准: x m l t o p i c m a p s ( x m l 主题地图， x t m) 和r e s o u r c e d e s c r i p t i o n f r a m e w o r k ( 资源描述框架， r d f ) o 在语义 w e b 体系结构中， 信息不再是完全语义无关的 单纯的机器数据，而成为 机器可以处理的知识，它将为知识导航技术提供了更广阔的发展空间: 一、 语义性知识表达: 为用户提供相关知识提示， 对于那些初次涉及某一领域的 用户提供知识引导和提示。 二、 知识表达的差异性处理: 在信息时代的今天， 根据不同的国家语言和不同的 领域知识， 对知识的理解和表述存在众多的差异， 提供一个恰当的知识描述模型， 而 不仅仅是一个基于检索词组织分类的知识库，在知识描述模型基础上建立知识系统， 支持不同的知识描述体系， 保持知识描述上的多维性， 从而实现多维知识的综合和语 义互操作，实现可扩展的开放式的多维网络知识导航。 三、 知识推理和计算: 在已 经建立的知识体系中， 通过知识推理和计算， 获得新 的知识，为用户提供扩展性导航。 如何在网络数据的语义知识表达技术基础上， 实现真正意义的概念化、 智能化知 识导航， 以更加知识化、 人性化的方式为用户提供准确有效的服务?这就是本文所要 研究的。 1 . 2 研究目 标及论文组织 1 、研究目 标 语义w e b 是未来网络信息工程发展的 趋势， 本论文将深入分析语义w e b 技术特 征，探讨在语义 w e b框架下网络信息语义结构化、语义互操作的基本技术构成。我 们将分析和研究语义 w e b技术能够给网络知识导航带来哪些新的服务方式，以及在 语义w e b 环境下实现知识导航的基本要素。 x m l t o p i c m a p ( x t m) 是一种语义w e b 知识描述模型， 本文将采用x t m作为 语义 w e b构建模型，并作为所研究的知识导航技术的基础组成部分. 研究如何通过 x t m建立语义w e b 体系，以及其与r d f , o i l技术的比较与分析。我们还将研究基 第 2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 于 x t m 的知识导航系统构建模型，探讨有效的实现方式。其中着重研究了x t m知 识模型向 一阶逻辑运算体系的映射机制和形式化过程，以 及通过数据库和s q l语言 实现逻辑推理的查询方式。 在中南民族大学数字图书馆建设中， 过去几年积累了丰富的电子化信息资源， 如 何有效地组织和利用成为数字图书馆建设和革新的重点， 我们采用x t m知识导航技 术搭建了学科导航系统，通过它实现了资源集成和知识构建，以及基于知识的导航， 并详细研究了系统各部分的实现。 2 、论文组织 论文第二章全面分析和介绍了语义we b 和x t m的技术基础， 以语义表达和+ e b 语义互操作为中心，阐述了元数据、本体、逻辑在语义 we b体系中的重要性及其层 次关系。 同时阐述了 语义w e b 下网络知识导航应该具有的 特征。 深入分析了t o p i c m a p 的 组成 及其在语义 w e b体系 作为 元数 据表示 和本体 描述的 作 用， 给出了 签于 t o 声 c m a p 的 语义w e b 框架，并与r d f . o i l . d a m l 进行了比 较。 第荞章分析给出了基于x t m的知识导航系统功能模型， 研究了: t ,飞 一 l 实玩欠 识导航中必须解决的问题以及基本解决方法和实现策略。 从整体框架层面详细分析了 如何创建x t m的基本要素，以及如何使用x t m基木要素实现导航。 第四章详细研究了x t m对知识推理的支持与实现，提出了一种新的, ta 知. u 推 理 机 制， 阐 述 了 相 应 的x m l t o p ic m a p s 向 形 式 化 逻 辑 体 系 的 映 射 机 制 ， : 给 出 了 以 数据库为基础的映射和计算模型，以及以x t m语法构成为主的扩展逻t r t 公理体系， 最后用s q l 与查询原语实现了 基本的知识推理导航。 第 五 章 详 细 分 析了 在 中 南民 族 大 学 数 字 图 书 馆 建 设 项目 中 ， 使 用 该 技 术 实 现 的 学 科t fk 系 统， 给出 了 基 于x m l t o p i c m a p s 的 学 科 知 识 导 航 系 统 框 架 棋型 ， 乡 沁 于 别 详 细描述了各个部分需要处理的问题和具体实现。 - 第六章对全文进行总结，展望了未来的进一步研究工作。 第 3 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 第二章 语义we b与x t m技术概述 2 . 1语义w e b 技术概述 语义we b 技术是 1 9 9 8 年t i m b e r n e r s - l e e 提出的:将各种电子设备纳入we b 数 据的使用和理解上来，使得机器可以直接或间接地以语义的方式对 w e b数据进行处 理， 其 体 系 结 构 如图2 . 1 所 示 16 1 图2 . 1语义we b 体系结构 在元数据描述基础上， 实现知识的表示， 进行形式化本体知识描述和提供推理机 制， 并开 发相 应的w e b 服务 17 1 ， 这就 是语义w e b 的 基本思路: . x m l是w e b 数 据交 换和结 构 化文 档的 通用 格式 ( 8 1 . w e b 语义的 表达都 将以 x m l文档的形式给出，无论是r d f 、还是x t m都以x m l 作为文档创建的 基本格式。 . r d f 提供了以元数据形式定义w e b 文档语义的机制， 它定义了一个通用的数 据模型:谓词、 主题、 对象， 使得w e b 文档语义的机器解释成为可能。 它是 一个资源描述模型。 . o n t o lo g y ( 本 体) 则 确切 定 义 某 一 领域 知 识的 通 用 术 语 和词 汇， 它定 义了 一 个概念集合，包括概念以及它们之间的关系 ( r e l a t i o n ) 。在 w e b中本体的互 操作需要一个通用的框架来建立和共享w e b 本体。 . l o g ic 层提 供形式 化语义， 是 机器可自 动处 理的 关 键要素。 形式 化的 语义表 示 是逻辑运算和逻辑推理的基础。 第4页 国防科学技术大学研究生院学位论文 在词体系结构中，元数据表示模型和本体知识定义与推理是语义 we b体系中最 重要的两个部分，也是本论文研究实现的核心，下面分别介绍它们的研究现状。 2 . 1 . 1 we b 语义的元数据表示 元数据是有关数据的数据9 1 ， 是用来标示、 描述和定位网络电 子资源的， 有人甚 至认为可以用它描述任何资源类型.在语义 w e b中，元数据被用来作为本体和知识 描述的基本形式。当前主要的元数据集有d u b l i n c o r e , w a r w i c k 框架、 r d f( 资源描 述框架) 。 d u b l i n c o r e元数据元素集合描述的对象被限定在文档类对象 ( d o c u m e n t - l i k e o b j e c t s , d l o s ) 0 1 ， 它 类 似于 传 统印 刷材 料的 编目 信息 元 素。 与d u b li n c o r e 单 一 元 素 集 合 不 同 ， w a r w ic k 框 架 的 设 计 提 供 了 模 块 化 的 支 持 1 1 ， 力 求 实 现 不 同 元 数 据 模 式 的互操作，解决d u b l i n c o r e 与其他元数据标准的互用问题。通过将不同的元数据分 离到不同 包 ( p a c k a g e ) 中， 用一个容器 ( c o n t a in e r ) 进行管理， w a r w i c k 框架允许多 种元数据集合在一个单一文档中共存， 并通过统一的管理和应用平台实现不同元数据 之间的互用。但是，w a r w i c k 框架还存在某些问 题没有能够解决， 它们主要包括: . 语义重叠 ( s e m a n t i c o v e r l a p ) :不同元数据集合可能存在的语义重叠应该如 何解释和避免冲突。 . 语法互操作问题:wa r w i c k框架是语法无关的，这使得它比较灵活，但是在 不同元数据之间的互操作过程中需要语法上的协议支持。 . 元数据类型的确定: 要正确地解释一个包中的元数据， 就必须知道包的类型， 当融合新的元数据标准到这个框架的时候，需要大量的工作来定义和更新处 理软件如何理解新的元数据标准 . 效率:w a r w i c k框架固有的分布特性，决定了它可能导致低效率、缓慢的响 应以及查询操作的复杂度。 r d f提供了一个数据模型和语法进行元数据编码来实 现信息的 机器处理 1 2 1 ， 提 供了在 w e b的应用中进行机器可理解信息交换的互操作特性，它可能会被认为是 w a r w i c k 框架的一 个实 现 1 1 3 1 ， 但是r d f 提出 了 解决w a r w i c k 框架遗留问 题的 方案。 r d f并不是定义一个元数据集合，而是定义一个其他元数据集合可以共享使用的数 据模型和语法， 这解决了w a r w i c k 框架语法互操作问 题， 使不同 元数据集合之间的 互 第 5页 国防科学技术大学研究生院学位论文 用和互访变得更加方便、 容易。 通过x m l n a m e s p a c e 的 使用， r d f 避免了 相同 术语 定义之f s 1 的语义冲突。r d f s c h e m a 可以声明某一元数据元素以及它的含义，这种含 义通过术语间的关联来确定，这使得元数据类型的确定更加方便自 然。 在以元数据框架表示作为 r d f设计主要思想的同时，知识表示 ( k n o w l e d g e r e p r e s e n t )理论也深刻影响了 r d f ，可以认为它就是一个简单的基于框架 ( f r a m e - b a s e d )的知识表示系统。 但是， 研究表明，r d f作为本体知识表示语言在 表达能力 和基本逻辑运算等方面， 又存在着许多 不足 1 4 1 5 1 ， 下面我们就 从知识 表示 和推理的角度进一步分析语义w e b 中知识的机器可知性和自 动处理的实现。 2 . 1 .2 o n t o l o g y 知 识表示与 推理 k r领域的 核心就是解决如何进行信息的编码并以 推理计算模型加以 利用11 6 1 ， 考 虑如何表示知识交给机器使用 ( 而不是让人自己转化为知识) ，实现知识的机器可读 和自 动化处理。w e b 信息资源的语义化就是要使得 w e b页面数据的语义知识能够以 元数据的形式表示出来，并使机器能够以智能的方式加以利用。 有专 家 认为k r由 三 个 主 要部 分 组 成: 逻 辑、 本 体 和 计 算 1 17 1 。 逻 辑 提 供了 通 过 逻 辑运算从现有知识演绎出新的逻辑描述的功能; 计算则是指确定一个描述是否能够从 给定描述演绎得出的过程。 不同的k r语言计算能力是不同的， 这种不同主要是依赖 于语言的表达能力不同， 一种k r语言表达能力越强进行正确推理计算就越困难。 一 阶逻辑 ( f o l ) 具有高度的表达能力， 而众所周知， f o l的推理也因此具有不可判定 性并 难于 处理。 l e v e s q u e 以 及主题的 “ 出现o c c u r r e n c e ( 页码、或者位 置描述) 。 与书后索引相比， t m更加一般化，以 此满足更加广阔的数字信息领域的需要， 它定义了一个数据模型，并基于该模型描述底层信息内在的知识结构，用语境范畴 s c o p e 来确定描述的领域， 为 用户绘制了 一副相关论题简明而富有指导价值的整体蓝 图， 并以 知识的方式组织和管理相关的w e b 信息资源。 换句话说， t m提供了一个可 自 定义的信息路由策略， 来帮助用户有效地操纵数字资源， 而信息路由策略则体现了 内涵于信息中的知识。 p c c u r r e n c e . 图2 .2 : t o p i c m a p s 模 型 组 成 与此同时， 主题地图并不包含在所描述的信息当中， 它是与信息无关的独立导航 第吕页 国防科学技术大学研究生院学位论文 层， 对于相同的底层资源， 我们可以应用不同的主题地图来动态地改变信息路由策略， 也就是说用不同的知识看待相同的问题， 这i ft ,治反映了不同知识结构的人看待相同的 资源所表现出来的不同视角。 2 .2 . 1 x ml t o p i c ma p s 基本元素 构造一 个x t m我们必须考虑回答三方面的问 题2 4 1 2 s 1 , ( 1 ) 要讨论什么专家知识，涉及到哪些概念或者实体。这是设计一个主题地图 首先应该明确并规划的内 容， x t m中用 来标记整个主题地图 讨论的问 题， 用 来 表示要 涉及的 那些 概念和实 体。 “ 主 题” 可以 是 一个人、 一个实 体、 一 个 概念、 任何能够被通过某种方式描述或者构思出 来的东西。 也就是说， 无论它是否存 在或者有什么特殊的属性， 只要是可以 通过任何方式声明的任何东西， 都可以 被描述 为 一 个t o p ic . ( 2 ) 如何描述主题的属性。 一个t o p i c 的描述申 明是 通过它的属性描述实现的， t o p i c 的属性主要包括以 下几个方面: . t o p i c t y p e :任何t o p i c 都是。 个或多个其他t o p i 。 的实例 ( i n s t a n c e ) , , 这一 特征描述了现实世界中固 有的分类继承关系。 . t o p i c n a m e : 通常 每 个t o p i 。 都 有一 个确切的 名 称， 用b a s e n a m e 来定 义， 可 以是任意形式， x t m还提供了v a ri a n t s 根据不同的语境定义不同的名称。 名 称的定义关键的问题就是“ 命名约束” ， 也就是说， 在同一范畴中不允许两个 主题拥有相同的b a s e n a m e . . 此外， 与t o p i c 对 应的o c c u r r e n c e 以 及其 在某个关 联 ( as s o c i a t i o n ) 中的 所扮 演的角色 ( r o l e )也是它的一种属性。 ( 3 ) 确定主题间的关联描述， 单个的t o p ic 描述无法构成一个m a p . a s s o c i a t i o n 是构建一个真正有用的知识地图的关键。 分: a s s o c i a t i o n的描述同 样有几个重要组成部 . a s s o c i a t i o n t y p e s : 和t o p i c t y p e 一样可以 实现对a s s o c i a t i o n 的分类组织， 这 种分类组织特性对于导航系统的分类导航来说是尤为重要的。 . a s s o c ia t io n r o le : 它 表 示了 在一 个a s s o c ia t io n 中t o p ic s 所 扮演的 关 联 角 色， 是实现知识表达和推理的关键。 第9 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 ( 4 ) 确定相关资源描述， 资源描述和定位是x t m在语义 we b 系统的最终目的， 与前面的t o p i c 以 及其属性的描述相结合， o c c u r r e n c e 可以 实现对所有网络资源进行 有效的结构化编码并与实际资源对应，完成信息资源的组织。o c c u r r e n c e同样也有 t y p e 类型的分类来增加它的表述能力。 ( 5 ) 确定主题的语境。 对一个主题地图， 不是所有人对所有主题都感兴趣， x t m 的作者也可以为这些主题( 或者说对应的信息资源) 设置一定的访问 权限。 也就是说， 在构建主题地图 过 程中， 应该 标明 对某个t o p i 。 或者资 源( o c c u r r e n c e ) 以 及关联进 行 讨论时所处的语境。 最普通的例子就是不同国家语言问题， 某个主题在不同的语言下 名称不同， 同一主题不同的主题名称的 使用就是根据语境来确定的。 x t m用 : 规 定 替 代 名 称 的 语 境 : 指向 已 经定 义的 被当 前t o p i 。 具 体 化的“ 主 题” : 指向 当 前t o p i c 所 属 的 类 二 被 认 为 是 一 个“ 出 现， 的 资 源 定 义 r e s o u r c e r e fl : 指向 对 应的 资 源 第 1 0页 国防科学技术大学研究生院学位论文 : 资源数据容器 : t o p i c s 关 联的定 义 t o p i c r e fl: 指向 一个t o p i c 元素 : 指向 一 个“ 主 题” 标示 : 定义a s s o c i a t i o n 中的成员 : 指向 在a s s o c i a t i o n 中 扮演 该成员 角 色的t o p i c 二 与 其他t o p i c m a p 合并 标示 完整描述整个主题地图的过程， 就是构建和描述特定的领域知识框架、 构建信息 与知识桥梁的过程。 2 . 2 . 2 x t m 与语义 we b 在语义we b中，t m首先可以被作为一种元数据描述框架语言，它和r d f一样 给出了一个数据模型， 允许使用各种元数据标准对网络资源进行编码， 并实现不同标 准间数据的互用。 语义重叠、 语法互操作以及元数据类型确定等问题， 在t m中同样 得到了 很好的 解决2 6 从 上 面的x m l t o p i c m a p 简单 构 成我 们 也 可以 看 到 它 提 供的 也 是 一 个本 体 描 述 框架， 与本体定义 方式完全 吻 合， 用t o p i c 描述各 种 概念术 语， 用a s s o c i a t i o n 表示它 们之间的关系特性，我们还可以通过各种 a s s o c i a ti o n关联特性的定义来扩展t m的 本体描述能力。 与r d f 相比， 我们可以 认为r d f 是一个面向信息资源的模型， 而t m是真正的 面向 本体的知识模型， t m在语义上的表现力是r d f无法包容代替的，由以 下三个 方面反映出来 ( 也是r d f 和t m之间的区别所在) : . 在t m中， “ 关系”是双向的， 这种特性在t m的关联机制中是内在的、 很好 地反映了 现实实体的关系 特性。而这是 r d f的属性一 值对无法做到的，哪怕 用另一个属性一 值对来反映这种双向关系， 但它不是一种内 在自 然的关系表 达。 . 另外一个比较微妙的区别就在于: 在r d f 描述中， 我们无法分辨什么时候它 描述的是两个抽象事物的关系， 什么时候描述的是一个抽象事物与实际信息 资源的关系， 甚至哪一个是抽象事物， 除非通过字面上的定义区分。 而在t m 第 1 1 页 一一一一一一一一一(a m 4 * ij 7 k j : p 6) f 5l t ia * l i i 3 2 一一一 中我们可以轻松地完成这样的描述。 . 语 境( c o n t e x t ) 的 表 达， r d f几乎 没有 提 供 任何 机 制， 即 使通 过 属 性 . 值对 提供也比 较牵强和笨拙。 而t m通过s c o p e 很好地确定了问 题讨论的语境， 这对于如同w e b 一样复杂的分布式系统信息组织来说是至关重要的。 此外， 如果用r d f 来实现语义w e b 要重写所有的现有资源 ( 网页) ， 而x t m则 不然，只需在上面再套接独立的知识表示层即可。我们并不是说r d f非常不可取， 磨灭r d f的用途，可以说r d f 在以“ 资源为中心”的应用方面是最好的，但同时， 在知识结构描述并将知识与信息资源链接方面，t m更为出色一些。 作为本体描述框架， t o p ic m a p s 本身同 样不具备形式化表达和对推理的支持， 如 同r d f 需要o i l 来实现形式化逻辑映射来支持推理服务一样， x t m也需要构建匹配 的形式化逻辑映射机制， 进行形式化知识的转化， 并依据相应的逻辑系统确定对应的 推理机制。 为此x t m构建了一整套的规范体系来实现， 其中最为重要的有两个t mc l ( t m约束语言) 和t mq l ( t m查询语言) : t m c l 规 范 是 用 来 为 特 定 应 用 定 义t o p ic m a p ， 模 式 的 ， 以 实 现 语 义 有 效 性 约 束 和 t o p ic m a p 。 文 档 编 辑 规 范 化 为 目 的 ， 它 提 供 了 方 便 的 t o p ic m a p ， 的 构 建 模 型 ， 并 保 证了t o p i c m a p s 之间 合并 过程中 语义的一 致 性。 t m q l 规范则是用来实 现t o p i c m a p s 查询的， 如同s q l 在r d b m s 系统中的 作 用一样， 在数据基础上， 提供了一个建立、 管理、 维护和使用t m的接口，它主要包 括两 个部分: 定 义如何建 立 和更 新当 前t o p ic m a p s ; 定义如 何实 现各 种查询 操作。 其 中查询操作的实现包括了 如何将 t m 向 逻辑系统进行转化并提供给应用实现知识的 机 器自 动处理。 当 前， t m q l 正 处 在实际开发 研究中， 最为 突出 的 就是t o l o g ， 它是 一 个符合t m q l 要求的t m查 询 语言， 并 被广 泛采用， o n t o p i a o m n i g a t o : 就是采用 的t o lo g 语言进行t m管 理、 查 询和导 航的。 t o l o g 很 大程 度上是 基于p r o l o g 的， 知 识表示及推理机制基本类似。 但是我们也应该看到， 基于x t m的本体知识表示与逻辑推理支持的研究才刚刚 起步， 各种研究成果都不是很成熟， 还存在巨大的研究与开发空间。 本文在后续章节 中以x t m逻辑推理支持为研究中心， 提出当前存在的问题， 并给出相应的研究方案， 以及实现的方式及其效果。 图2 . 3 直观显示了， 基于t o p i c m a p 规范集的语义w e b 系统结构。 第 1 2页 国防科学技术大学研究生院学位论文 图2 . 3荃于t o p i c m a p 规范的 语义we b 体系 有人认为，掌握r d f , t o p i c m a p s , o wl 、以 及t m q l 就将掌握网 络信息产业 的未来。