（国际贸易学专业论文）高等院校学科专业知识资源库的构建及应用.pdf

摘要 二十年来，随着i n t e r n e t 的迅猛发展，高等院校学科专业知识资源库的建 设已经成为当今高等院校教育的重要组成部分。虽然各个地区高校都在积极地 进行教育信息资源建设，然而由于网络资源应用标准不兼容、语义定义不严格、 知识网格的有效性和本体论结构化缺乏等问题，这些教育资源重复建设、数量 庞杂、良莠不齐，真正对学生和研究人员有价值、可以供给他们使用的却太少， 而且这些教育资源与使用者之间的智能化互动也难以实现，所以高等院校学科 专业知识资源库的建设问题出现了瓶颈。近几年，语义w e b 、本体论的相关理念 和网格技术的不断成熟，为突破该瓶颈提出了新的方法。本文的主要创新引入 学科专业知识本体论、学科专业知识网格技术和学科专业知识网格服务于本体 的概念，构建了高等院校学科专业知识资源库应用平台，并实现了高等院校学 科专业的知识信息检索、知识智能推荐和知识专业智能咨询功能。 本文运用比较研究的方法，对国内外大学学科专业智能导航相关研究成果进 行借鉴，从四个方面展研究： 1 学科专业知识资源库构建的基本理论和方法研究。从学科专业知识资源库 的基本原理出发，将语义网技术、网格技术加入到学科专业知识库的网络结构 中，并从知识库的角度出发提出了语义网格的知识模型，从而可以实现本体驱动 的网格知识管理。 2 学科专业知识资源库内涵分析。本体论是建立学科专业知识资源库的基 础，把学科专业知识资源库的概念引入，从而实现了学科专业知识资源库内容 构建模式。 3 学科专业知识资源库构建研究。提出了高等院校学科专业知识资源库的关 键技术，设计构建了针对关键技术的学科专业知识本体模型、学科专业知识网 格模型和学科专业知识网格服务本体模型，并利用三个模型构建了高等院校学 科专业知识资源库应用平台。 4 高等院校学科专业知识资源库的应用研究。分别应用于学科专业信息检索 系统、智能推荐系统和学科专业智能咨询系统三个方面。 本文构建了高等院校学科专业知识资源库应用平台，并对该平台的应用从学 科专业信息检索系统、智能推荐系统和学科专业智能咨询系统三个方面进行表 述，因此该平台具有一定的实用价值。 关键词：学科专业知识库，语义w e b ，学科专业本体论，学科专业知识网格 a b s t r a c t o v e rt h ep a s t2 0 y e a r s ，w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fi n t e m e t ，t h ec o n s t r u c t i o no n t h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s eo fu n i v e r s i t yd i s c i p i l i n ea n ds p e c i a l t yh a sa k e a d y b e c o m et h ei m p o r t a n tc o m p o n e n ti nu n i v e r s i t ye d u c a t e sn o w a d a y s t h o u g hu n i v e r s i t y i ne a c ha r e ab u i l de d u c a t i o n a li n f o r m a t i o nr o s o u r c e $ a c t i v e l y , b e c a n s eo fp r o b l e m s w h i c hn o n - c o m p a t i b l eo fs t a n d a r do ft h en e t w o r kr e s o u r c ea p p l i c a t i o n , s e m a n t i ci s d e f i n e dl a x l y , v a l i d i t yo ft h ek n o w l e d g eg r i d ，a n ds c a r c eo fo n t o l o g ys t r u c t u r i z a t i o n , e t e t h er e p e a t e dc o n s t r u c t i o n ，n u m e r o u sa n dd i f f e r e n to ft h ee d u c a t i o n a lr e s o u r c e s a r en o th a v er e a lv a l u et os t u d e n t sa n dr e s e a r c h e r s ，a n di n t e l l e c t u a li n t e r d y n a m i c b e t w e e nt h e s ee d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa n dm a k e r s s o ，t h eb o t t l e n e c kh a sa p p e a r e di n t h ec o n s t r u c t i o no nt h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s eo f u n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h eg r a d u a lr i p eo ft h er e l e v a n ti d e a so ft h es e m a n t i cw e b ，a n d g r i dt e c h n o l o g y , h a sp u tf o r w a r dt h en e wm e t h o dt ob r e a kt h r o u g ht h i sb o t t l e n e c k t h em a i ni n n o v a t i o no f t h i st h e s i si st oi n t r o d u c et h eo n t o l o g y , g r i dt e c h n o l o g yo f t h e p r o f e s s i o n a lk n o w l e d g eo fd i s c i p l i n e ，a n d t h ec o n c e p tt h a tt h e p r o f e s s i o n a l k n o w l e d g e 鲥do fd i s c i p l i n es e r v e st h eo n t o l o g y , a n dc o n s t r u c ta p p l i c a t i o no ft h e k n o w l e d g er e s o u r c eb a s eo fu n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y , a n dr e a l i z et h e f u n c t i o nt h a tt h ei n f o r m a t i o nr e t r i e v a lo fk n o w l e d g eo fu n i v e r s i t yd i s c i t l i n ea n d s p e c i a l t y , i n t e l l e c t u a lr e c o m m e n d a t i o no f k n o w l e d g e ，a n di n t e l l e c t u a lc o n s u l t a t i o n t h i st h e s i su s e st h em e t h o do ft h ec o m p a r e ，d r a w sl e s s o n sf r o mt h er e l e v a n t r e s e a r c hr e s u l t sa b o u td i s c i p l i n ep r o f e s s i o ni n t e l l e c t u a ln a v i g a t i o ni nd o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lu n i v e r s i t y , s t u d i e sf r o mf o u rr e s p e c t s ： 1 b a s i ct h e o r i e sa n dr e s e a r c ha p p r o a c ho ft h ec o n s t r u c t i o no nt h ek n o w l e d g e r e s o u r c eb a s eo f u n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y b a s e do nb a s i c p r i n c i p l eo f t h e k n o w l e d g er e s o u r c eb a s eo fu n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y , a d ds e m a n t i c t e c h n o l o g y , g r i dt e c h n o l o g yi n t og r i ds t r u c t u r eo ft h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s eo f u n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y , a n dp r o p o s ek n o w l e d g em o d e l so ft h es e m a n t i c g r i df o r mt h er e s p e c to fk n o w l e d g eb a s e ，t h u sc a nr e a l i z et h eg r i di n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t t h a tt h eo n t o l o g yd r i v e 2 i n t e n s i o na n a l y s i so ft h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s eo fu n i v e r s i t yd i s c i f l l i n e a n ds p e c i a l t y o n t o l o g yi saf o u n d a t i o no fs e t t i n gu pt h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s e o f u n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y , i n t r o d u c e t h ec o n c e p tt h ek n o w l e d g e r e s o u r c eb a s eo fu n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y , a n dt h u sr e a l i z et h ec o n t e n t c o n s t r u c t i o nm o d e lo ft h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s eo fu n i v e r s i t yd i s c i l l i n ea n d s p e c i a l t y 3 s t u d yo ft h ec o n s t r u c t i o no ft h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s eo fu n i v e r s i t y d i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y p r o p o s et h ek e yt e c h n o l o g yo ft h ek n o w l e d g er e s o u r c e b a s eo fu n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y , d e s i g na n dc o n s t r u c to n t o l o g ym o d e l ， g r i dm o d e l ，鲥ds e r v i c eo n t o l o g ym o d e lo ft h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s e o f u n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t yt h ed i s c i p l i n ep r o f e s s i o n a lk n o w l e d g ed i r e c t e d a g a i n s tk e yt e c h n o l o g y , a n dc o n s t r u c ta p p l i c a t i o np l a t f o r mo ft h ek n o w l e d g e r e s o u r c eb a s eo f u n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t yb yu t i l i z i n gt h r e em o d e l s 4 a p p l i c a t i o nr e s e a r c h o ft h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s eo fu n i v e r s i t y d i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y a p p l yt o t h er e t r i e v a ls y s t e mo fi n f o r m a t i o no fd i s c i p l i n e a n ds p e c i a l t y , o fi n t e l l e c t u a lr e c o m m e n d a t i o no fk n o w l e d g e ，a n do fi n t e l l e c t u a l c o n s u l t a t i o n t h et h e s i sc o n s t r u c t st h ea p p l i c a t i o np l a t f o r mo ft h ek n o w l e d g er e s o u r c eb a s e o fu n i v e r s i t yd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y , a n dd e s c r i b e st h i sp l a t f o r mf r o mi n f o r m a t i o n r e t r i e v a lo fk n o w l e d g ei n t e l l e c t u a lr e c o m m e n d a t i o no fk n o w l e d g e ，a n di n t e l l e c t u a l c o n s u l t a t i o n s ot h i sp l a t f o r mh a sc e r t a i np r a c t i c a lv a l u e k e y w o r d s ：k n o w l e d g eb a s eo fd i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y , s e m a n t i cw e b ，o n t o l o g y o f d i s c i p h n ea n ds p e c i a l t y , k n o w l e d g eg r i do f d i s c i p l i n ea n ds p e c i a l t y i 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。据 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，也不包含为获得武汉理工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了谢意。 研究生签名：l 菱尘垂生季日期三坐泄 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，a l 】- 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) 研究生签名： 武汉理i ：人学硕士学位论文 1 1 选题目的与意义 第1 章绪论 进入2 1 世纪，我国高等教育实现了历史性的跨越，使我国高等教育进入国 际公认的大众化教育阶段。开展面向构建“多目标高校学科专业智能推荐专家 导航系统”展开科学研究，是与高等院校正在开展的创建精品课程、品牌专业 和名牌学校相一致，为学生和社会提供教育品牌服务相协调。 开展高等院校学科专业智能推荐专家导航系统研究有利于为学生提供一体 化的全程品牌服务。从新生入学乃至学生高考报考阶段开始，到走进大学，从 本科、硕士到博士各个学段，甚至进入社会终身都有对高校学科专业相关性知 识研究的需求。本课题的研究在理论方面，涉及大学所有学科专业领域，需要 有完整的学科专业知识体系作为支撑，在技术方面涉及知识工程、知识推理和 网络计算和网络数据库等多项技术应用。本项研究充分挖掘高校学科专业知识 资源，通过计算机网络、多媒体和智能专家系统方式广泛地服务于社会和学生， 具有很强的前瞻性、创新性、系统性和实用性，具有重要的理论意义和实际意 义。 课题的研究始终以使用主体的需求为导向，以优质品牌教育服务为宗旨，积 极开展大学学科专业国际先进水平的智能导航系统前沿技术的研发。本课题研 究需要研究构建校级高等院校学科专业信息资源库、城市级高等院校学科专业 信息资源库、区域级高等院校学科专业信息资源库、国家级高等院校学科专业 信息资源库，旨在为构建以高校学科专业信息平台和高校学科专业专家信息系 统为基础的网络服务空间的，多目标高校学科专业智能导航专家信息服务体系 奠定扎实的理论基础和应用基础，为后工程实施阶段作好前期的准备工作。本 项研究通过前瞻性、创新性、系统性和实用性研究充分挖掘高校学科专业知识 资源，通过计算机网络、多媒体和智能专家系统方式广泛地服务于社会和学生， 整合高校优质资源，为社会教育进步提供引导性知识服务。 武汉理下大学硕士学位论文 1 2 研究现状分析 很多高等学校在专业课程体系里面增加的专业导论课程，一般为1 6 个学时， 新生入学后进行讲授，主要是向学生介绍本专业的培养目标，专业特色，课程 体系，学习方法、与相关专业的关系，个人专业发展规划和个人职业生涯学习 规划的指导，这种做法有一定的效果，其缺点是新生接受性不好，可持续性差， 受到教师水平和精力的制约，尽管授课教师基本上都是本专业的学科带头人， 但仍然缺乏对本专业及其相关专业的深入广泛研究，一般很难达到专业领域专 家的最高水准，课程缺乏统一的规范原则，随意性大，调查发现，教与学存在 着许多困惑。 我国目前在部分大学，随着数字图书馆馆藏资源的迅速丰富，图书信息资源 规模呈集合级数增长，近年开，国内外纷纷开始了面向重点学科和学科群的专 业导航研究，其特点是利用领域专家的智慧和现代知识工程和知识推理技术， 为创新研究者提供深入和全面的服务，其显著特点是将学科专业导航与图书资 源系统进行集成，通过知识挖掘和知识推荐为客户提供权威的专业化服务。 关于大学学科专业导航系统的研究呈现以下几个发展趋势：从服务对象和服 务水平来看，服务对象更加广泛，服务层次呈现多元化，服务深度更加深入化， 始终以客户需求为导向，优质服务为宗旨，在高等教育领域树立良好的品牌形 象和信誉；从导航系统的技术使用来看，呈现出w e b 技术、网络数据库技术、 知识挖掘技术、知识工程技术、人工智能技术、系统集成技术的综合开发利用； 从应用的角度看，更加注重通过信息系统集成实现网络互联户通和资源的共享。 开展高等院校学科专业智能推荐专家导航系统研究正是顺应了这一发展趋势， 将对前沿教育思想和前沿关键技术进行研究和开发，本课题研究将体现开放性、 个性化、标准化、可持续发展、多目标、多层次、自主性和智能化等重要特点。 学科专业知识资源的构建与开发涉及到多个领域的知识，以下从本体论、网 格技术、知识库，检索和导航四个方面来介绍国内外研究情况。 ( 1 ) 基于本体论的研究 从西方哲学史来看，本体论作为一门学问起源于对万物本原的追问。本体论 这个词早在1 7 世纪就已诞生，其派生于希腊语的“o n t o ”( “存在”) 和“l o g i a ” ( “箴言录”) ，是一个哲学术语。从哲学意义上看，本体论关注的是“存在”， 即世界在本质上有什么样的东西存在，或者世界存在哪些类别的实体。后来， 2 武汉理工大学硕士学位论文 伴随近代科技革命的出现，m e t a p h y s i c s 逐渐包纳更多的研究领域( 如意识、事 实、价值等) ，而本体论继续承担哲学中对世界“存在”的研究，成为现代哲 学体系的根基。 正如本体论的诞生与哲学早期的发展密切相关一样，在过去的数十年中，本 体论在计算机科学领域的发展也与人工智能和信息技术的起步和发展密不可 分。 在人工智能领域，经历了2 0 世纪6 0 年代通用问题求解方法研究的困境， 学者们开始研究通过专门领域的知识表达来支持自动推理。以d e n d r a l 为代 表的知识库系统的成功确立了知识在解决人工智能问题方面的重要地位，作为 研究知识库和知识系统构建技术的学科“知识工程”( k n o w l e d g ee n 舀n e e f i n g ) 发 展起来。为了减少构建知识库的代价，避免每次都从头开始，越来越有必要考 虑知识的复用问题。通过复用，系统开发者可以在已有知识基础上更加专注于 特定领域的知识构建，并且新系统可以利用所复用的知识与现存的其他系统进 行交互。这样，描述性的知识、问题解决方法以及推理服务都可在系统间实现 共享，从而可以方便地构建出更大、更好的知识库。因此，必须考虑在一个领 域中哪些知识是可以复用的或共享的，以及怎样获取和描述一个领域中的一般 性知识等问题。 同时，数据库管理系统( d b m s ) 研究领域也逐步发现，虽然数据库技术已经 成熟，但概念模型的一些隐蔽的、更为重要的问题依然存在。早期数据库的概 念模型以专门化和不一致为明显特征，导致了后来数据库集成方面的许多实际 问题。 另外，伴随蓿面向对象技术的兴起，软件工程研究领域也开始认识领域建模 ( d o m a i nm o d e l i n g ) 的重要性，因为在软件变得日益庞大和复杂的时候，必须面 对程序维护和重用性的问题。也就是要对应用程序中的过程或者功能进行陈述 性表达，以便让其他应用程序重用。但是，这个问题也因缺乏具体、统一的领 域建模形式化基础而没有得到很好的解决。 以上3 个方面的发展都面对了同一个类似问题，即需要对某个领域进行通用 概念上的描述。因此，必须回答这样的问题：对于某个领域，本质上有些什么样 的对象、过程、属性和关系。什么是一项事务、一个人以及一个组织? 它们之 间的相互依赖关系如何，这正是本体论所研究的内容。 ( 2 ) 基于网格技术的研究 武汉理工大学硕十学位论文 目前，国外的网格研究主要在美国和欧洲。英国已投资l 亿英镑用来研制“英 国国家网格( u kn a t i o n a lg r i d ) 。美国政府用于网格技术基础研究经费则已达 5 亿美元。美国军方正规划实施一个宏大的网格计划，叫估妒全球信息网格( g l o b a l i n f o r m a t i o ng r i d ) ，预计在2 0 2 0 年完成。还有近年来美国大力发展的一项信息 领域基础设施工程一“先进计算基础设施工程”，又称a c i 工程( a d v a n c e d c o m p u t a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ) ，它把分布在不同地理位置的高性能计算机、贵重 仪器、数据库等资源用高速网络连接在一起，使这些资源看起来就像一台单一 映像的虚拟机器，用户通过a c i 共享资源、建立虚拟实验室、共同讨论以及合 作开展科研项目。最著名的网格计算研究是美国的g l o b u s 项目。该项目的主要 研究目标有两个：其一是网格技术的研究：其二是相应软件的开发和标准的制 定。同时，g l o b u s 项目还涉及到网格应用的开发及试验床的建立。 国内来看，国家高性能计算环境( n a t i o n a lh i 班p e r f o r m a n c ec o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ，简称n h p c e ，亦称国家计算网格) 是国家级高性能计算和信息服务 的战略性基础设施，由中科院计算所联合国内十几家科研单位，共同承担的 “8 6 3 ”重点项目，简称“织女星网格”( v e g a g r i d ) 。该项目的目标是建立一个 计算资源广域分布、支持异构特性的计算网格示范系统，它把我国的8 个高性 能计算中心通过i n t e r n e t 连接起来，进行统一的资源管理、信息管理和用户管 理，并在此基础上开发了多个需要高性能计算能力的网格应用系统，已取得了 一系列研究成果。“先进计算基础设施北京上海试点工程( 简称清华a c i 系统) ” 由清华大学计算机系承担的。该项目可以实现让用户方便地使用高性能计算机， 并通过在网络上共享资源，建立虚拟实验室进而促进跨学科、跨地区的联合任 务研究等功能。飞梭信息网格( d a r t g r i d ) 是浙江大学网格计算实验室研究开发 的基于语义的数据库网格系统，它的总研制目标是：通过定义和实现一个基于语 义的虚拟组织模型，提供一整套在网格环境下构建支持大规模数据库资源的共 享和管理的解决方案。重点支持数据库资源的动态化的语义注册、分布式的语 义查询与知识级的语义浏览。 作为下一代i n t e r n e t 的关键技术，网格另一类研究的侧重点是智能信息处 理，它与网格研究的共同点是如何消除信息孤岛和知识孤岛，实现信息资源和 知识资源的智能共享。 ( 3 ) 基于知识库的研究 知识库是人工智能和数据库结合的产物，是一门正在形成和发展的新兴学 4 武汉理工大学硕七学位论文 科。知识库是在人工智能的基础上发展起来的。在过去的二十多年里，数据库 系统和人工智能的理论与应用，分别作为计算机科学与技术的两个不同领域， 获得了很大发展近年来围绕信息智能处理这一方向，它们的结合更为密切。在 数据库技术确定巨大成功的同时，研究者也看到了传统技术的局限性。随着计 算机技术在各个领域的推广和深入，对信息管理的要求也随之迫切起来。传统 的数据库技术的局限性也更加明显。在新的应用需求中，首先被注意到的是非 商业应用系统的需求。这些应用中有一个共同的特点就是结构复杂( 层次、嵌套、 递归) ：对管理( 如更新、查询) 有特殊要求，因此产生了面向对象数据库( o o k b ) 和知识库( k b ) 。知识库技术是知识型人工智能应用系统的基础，它使计算机应 用系统有了更多的智能，如智能搜索引擎的开发。而将本体论应用于知识库系 统中，可以对知识进行较好的表示，同时揭示知识之间的关系。 一方面，随着数据库理论的深入研究，为了克服传统据库模型在表达能力方 面的不足，加强语义知识成分，使数据库具有推理能力，己经提出了若干更高 抽象层次的概念模型，有的己利用了相应的知识表示方式这和从人工智能角度 提出的若干知识表示方式十分相似。另一方面，无论是人工智能理论本身，还 是人工智能的技术和应用，都有一个以知识来描述完成智力行为的能力的问题， 即如何建立知识库的问题。在这样的前提下，数据库系统和人工智能的研究， 包括形式语言、自然语言处理方面的概念和技术的进步，汇聚到一点：就是知识 库系统的研究、开发与应用。目前，知识库系统已在决策支持系统、专家系统、 c a d 办公室自动化等方面取得了很好的应用可以预见其旺盛的生命力和美好前 景。 本体论是对领域知识概念的抽象和描述，如何更好地引用先验知识，促进知 识获取的智能化发展，不断扩大本体论的应用领域是我们研究的方向和任务。 ( 4 ) 基于检索及导航的研究 学科专业知识资源库的一个很重要的应用就是大学学科专业导航系统的研 究。很多高等学校在专业课程体系里面增加的专业导论课程，一般为1 6 个学时， 新生入学后进行讲授，主要是向学生介绍本专业的培养目标，专业特色，课程 体系，学习方法、与相关专业的关系，个人专业发展规划和个人职业生涯学习 规划的指导，这种做法有一定的效果，其缺点是新生接受性不好，可持续性差， 受到教师水平和精力的制约，尽管授课教师基本上都是本专业的学科带头人， 但仍然缺乏对本专业及其相关专业的深入广泛研究，一般很难达到专业领域专 武汉理工大学硕七学位论文 家的最高水准，课程缺乏统一的规范原则，随意性大，调查发现，教与学存在 着许多困惑。 许多高校更普遍的做法是借助i n t e r a c t 网络系统，建立基于w e b 的专业介绍 与简介，其特点是简单明了，单向信息发布，但存在着服务目标单一性，缺乏 互动、自主和专家级的咨询服务，没有形成专业知识链、专业课程链和学科专 业链，更谈不上学科发展链，从专业知识学习角度看达不到指导的效果，更谈 不上帮助上网者进行创新性研究学习。我们利用g o o g l e 等检索工具在因特网络 资源的检索表明，国内高校学科专业导航研究与实践还处在为学生提供初级服 务阶段，大多只涉及单个学科或专业，提专业供介绍性的信息，缺乏总体集成 和全面深入规划，应用层次和水平较低。国外发达国家的学科专业导航性的网 站也越来越多，特点是除了专业介绍信息发布外，还增加了许多e 1 e a r n i n g 。 1 3 研究内容与论文结构 ( 1 ) 研究内容 为了将本体技术，网格技术等应用到信息存储和检索领域，使信息检索系统 语义化、知识化，更方便用户对信息的检索和推荐，并且提出学科专业只能咨 询。从而提高信息检索系统的查准率和查全率。本文对以下关键问题进行了研 究： 将本体论、网格技术等应用到学科专业知识库主体构建。 总结知识库系统开发原理和方法的演变，阐述了学科专业知识库系统建模 框架的基本结构及其应用。 建立一个基于本体和网格技术的高校学科专业知识库模型。通过该技术的 应用可以实现学科知识的智能存储，自动分类，用户的查询扩展，从而提高了 系统的运作效率和质量。 ( 2 ) 论文结构 第1 章：绪论。简单介绍了高等院校学科专业知识库建立的必要性、研究现 状和本文所要做的工作。 第2 章：对语义网、本体论和网格技术进行分析和研究。介绍了本体的概念， 网格技术的概念，并对本体论和网格技术构建方法进行详细研究。 第3 章：对领域知识库，学科专业知识库进行研究。着重描述介绍学科专业 6 武汉理工大学硕士学位论文 知识库的构建方法和作用。 第4 章：对构建学科专业知识库的关键技术进行详细描述分析，利用这些关 键技术构建学科专业知识库平台并且构建模型。 第5 章：对高等院校学科专业知识库进行研究后，利用该系统对智能检索、 智能推荐和学科专业智能咨询进行介绍。 7 武汉理【大学硕士学位论文 第2 章语义网、网格及本体论的研究 2 1 语义网 近几年来，语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 研究逐渐引起知识表示、逻辑编程、 信息系统、w e b 开发等各个领域的广泛关注。语义w e b 的研究将对传统w e b 上信 息的发布、存储和处理方式产生一场变革。万维网的创始人t i mb e r n e r s l e e 将万维网的演化分为两个阶段 1 1 ：第一个阶段，万维网是有利于人们交流的强大 工具，其发展的最初十年它基本上完成了这样的目标，即利用h t m l 的网页形式 向人们提供大量信息。到第二阶段，万维网的参与者多了一个，即用来存储、 下载和浏览那些网络信息的机器，即链接到网络上的机器要能够分析网络信息 一包括这些信息的内容、链接以及于人之间的互动交流。然而，正如论文在第 一章中所阐述了，由于h t m l 固有的对信息内容表达不足的缺陷以及当前检索工 具效果的不尽人意，导致要实现语义网提出的第二个日标显得尤为艰难。虽然 人们曾经尝试过用自然语一言处理( n l p ) 和机器学习的方式来丰富和加强机器 对文本信息内容的理解，但是始终收效甚微，语义网的表达方法和实现技术研 究成为了国际学术界新的热点和焦点。而随着x m l 语言的出现和不断扩充，人 们似乎找到未来语义网发展的光明大道。下面分析了语义w e b 的起源、概念和 技术框架，并总结了语义w e b 及其相关研究应用的现状。 2 1 1 “语义网”的概念 针对语义网的定义而言，当前学术界并没有形成完全统一的定义，因此语义 w e b 的理解表述也不尽相同。如语义网是“第三代w 曲，其目标是实现机器自动 处理信息，它提供诸如信息代理、搜索代理、信息过滤等智能服务”【2 j 。语义w e b “不同于现存的万维网，其数据主要供人类使用，新一代、 r 、 n 7 l ，中将提供也能为 计算机所处理的数据，这将使得大量的智能服务成为可能”。p j 语义w e b 研究活 动的目标是“开发一系列计算机可理解和处理的表达语义信息的语一言和技术， 以支持网络环境下广泛有效的自动推理”【4 j 。语义w e b 的创始人1 铀b c r n v r s l e e 对语义w e b 也没有给出严格的定义，只是做了这样的描述垆j 。“语义w e b 是一个 武汉理工大学硕士学位论文 网，它不是一个孤立的网络，而是对当前万维网的扩展，包含了文档或文档的 一部分，描述了事物间的明显关系，且包含语义信息，以利于机器的自动处理”1 6 l 1 7 】。由此看出，语义网想用一两句活就定义或者阐述清楚目前还有困难。尽管如 此我们仍能从这些描述与理解中看出语义w e b 的一些基本特征【引。 ( 1 ) 语义w e b 不同于现在w w w ，它是现有w w w 的扩展与延伸； ( 2 ) 现有的w w w 是面向文档而语义w e b 则面向文档所表示的数据； ( 3 ) 语义w e b 将更利于计算机“理解与处理”，并将具有一定的判断、推理能 力。 语义网是下一代万维网的发展趋势必然结果，语义网上的信息不仅是人们理 解的，而且是机器可以理解，即具有“语义”。服务于语义网的网络服务器不仅是 一个知识库，而且还要具有知识推理能力，这样才能完成所谓的“人机智能互动”。 2 1 2 语义网的功能及其构成 语义w e b 的知识表示具有创建上的分散性，同时又具有应用上的通用性，所 以需要一个统一的框架，这个框架能够满足这种分散性以及由这种分散性所带 来的安全性，满足这些知识跨应用、跨领域的可操作性，从而使这些信息容易 被计算机所自动处理。对语义的描述就是元数据，通过添加元数据，w e b 为各种 智能和自动化的w e b 应用奠定了基础。语义w e b 主要功能可以从四个方面进行 表述：嘲 ( 1 ) 表达意义：将w e b 资源的含义以一种结构化的形式表达出来，改变目前 w e b 内容面向人工处理的表示方式，使计算机能自动处理w e b 的语义，理解其 含义，能代替人类自动处理信息，从这个角度看，语义w e b 集成了w e b 的普遍 性和尽可能分散的特点： ( 2 ) 知识表示：与人工智能中的知识表示有联系也有很大的区别，其中重要的 不同点是传统知识表示是集中式控制的，也即概念定义是全局的，这种方式无 法适应w e b 高度分布式的结构。语义w e b 针对w e b 的特点提出了基于o n t o l o g y 的知识表示，能很好的支持高度分布式应用如w e b 服务描述与发现； ( 3 ) 本体( o n t o l o g y ) ：本体是语义w e b 的基础，它是用来描述语义信息的元数 据。在语义w e b 中，人们都可以定义自己的语义表述，但是在与其它服务交互 时需要有一种机制声明所定义的概念，否则就不可能解释元数据的含义。本体 论定义了对象的类以及这些类间的关系，还定义了推理规则，以文档的形式随 9 武汉理t 大学硕士学位论文 语义描述一起发布，已经发布的本体论语言标准是0 w l ； ( 4 ) 知识的演化：语义w e b 中人们可以很方便的根据自身需要定义概念知识， 而语义w e b 规定了统一的语义标记语言，可以将这些层出不穷的概念组织在一 起，大大加快w e b 知识的优化和更新。 目前w e b 所面临的问题主要是元数据信息的处理及语义的缺乏，导致了w e b 的信息只是机器可读的，而不是机器可理解的。语义w e b 的目的就是要提供一 种具有语义支持的计算平台，这样可以以一种机器可以处理的方式来表示和处 理信息。语义w e b 是一种逻辑上一致的数据，是一种体系结构，图2 1 是语义 w e b 的体系结构： t r u s t r u l e s p r o o f d a t a d i g l l a l d ( i a l o g i c s l g n a l d a t a o n t o l o g y t u r e i r d f + r d fs c h e m a x m l + n s + x m l s c h e m a u n i c o d eu r i s 图2 - 1 语义w e b 的体系结构 在语义化w e b 的体系结构中，u n i c o d e 和u r i 是整个语义化w e b 的语法表示 基础。u n i c o d e 是一个字符集，可以表示6 5 5 3 6 个字符，并且提供了资源编码， 它的好处是支持世界上所有主要语言的混合，并且可以同时进行检索； u r i s ( u n i f o r mr e s o u r c ei d e n t i f i e r s ) 是该层语义w e b 的基础。用于唯一标识 网络上的一个概念或资源，负责处理资源的编码和资源的标识；第二层 x m l + 】( m 卜n s + x m l s 提供了表示数据内容和结构的语法，正是由于x m l 灵活的结构 性、由u r i s 索引的n s 而带来的数据可确定性以及) ( m ls c h e m a 所提供的多种数 据类型及检验机制，使其成为语义w e b 体系结构的重要组成部分。该层负责语 法上表示数据的内容和结构，通过使用标准的语言将网络信息的表现形式、数 t o 武汉理工大学硕士学位论文 据结构和内容分离；第三到第五层是语义化w e b 提供语义交互支持的核心，其 中r d f + r d f s 提供了描述w e b 资源的数据模型及类型原语，这样可以表示论断、 定义模式，而o n t o l o g y 层是在r d f s 基础上定义的概念和关系抽象描述，用于 描述应用领域的知识，而第五层主要定义逻辑描述原语，为更高层的逻辑推理 提供语义上的支持。第六和第七层主要是在下面各层提供的功能基础上进行逻 辑推理、证明等操作。 其中，x m l 继承了s g m l 具有的可扩展性、结构性及可校验性。在每个x m l 文档的片段中都用结构化的方式来表示，从逻辑上，文档由声明、文档类型定 义、元素、注释、字符引用或者处理指令组成。一个简单的x m l 文件如下： 李华名字 河北叫籍贯 l8 东区8 栋2 0 6 室叫寝室 张三吲名字 北京叫籍贯 1 7 东区3 栋3 0 3 室叫寝室 叫学生 刮学生花名册 x m l 文档的基本构成单元是元素，它的语法格式为： 文本内容 每个x m l 文档包含一个根元素和其他多个子元素，子元素可以相互嵌套。 每个元素都有一个名字标识的类型，说明该元素的名称。同时元素可以有一个 属性值说明集，每个属性值说明中都有一个名字和值，常常称之为名称一值对。 武汉理t 大学硕士学位论文 另外，在最丌头的一行称为处理指令，说明了两个属性。其中，属性“v e r s i o n ” 是版本属性，将告诉x m l 处理程序，该x m l 文档遵循1 0 版本的规范要求： 另一属性“e n c o d i n g 将通知处理程序该x m l 文档的编码格式是u t f 8 。 文档类型定义d t d ( d o c u m e n t t y p ed e f i n e ) 是用来描述x m l 文档结构的， 也就是描述元素和属性是如何联系在一起的。通过d t d 文件可以检测x m l 文档的结构是否正确，但建立x m l 文档并不一定需要d t d 吱件。最简单的 使用d t d 的方法是在x m l 文件的序言部分加入一个d t d 描述，加入的位置是 紧接在x m l 处理指示之后。一个包含d t d 的x m l 文件的结构为： 文件体 这样，我们就定义了一个文件，它以d o c t y p e 中规定的根元素名作为其根 元素的名字。如果为每一个x m l 文件加入一段d t d 定义，是相当繁琐的。而 且，更多的情况下，我们会为一批x m l 文件定义一个相同的d t d 。例如，对 于报社