基于本体的高血压电子病历知识库研究

1、 西安电子科技大学硕士学位论文基于本体的高血压电子病历知识库研究姓名:巩沐歌申请学位级别:硕士专业:情报学指导教师:温有奎20100101摘要捅要目前关于医学领域的本体理论研究日趋成熟,理论体系正在逐步完善。但是关于医学领域本体的应用研究国内外还处于不断发展阶段,国内外各研究机构都在积极地研究具有推理功能和智能检索功能的智能知识库系统,但是目前尚未出现可以应用的成熟产品。本文主要以高血压电子病历为例,将本体知识库与高血压电子病历中的诊断知识结合起来,构建基于本体的具有智能推理功能的高血压电子病历知识库,为医学领域专家建立可共享、可复用的电子病历知识库系统提供参考。首先,本文利用斯坦福大学开发的

2、工具构建电子病历本体模型,给出了电子病历的核心概念,实例及相关关系,实现了电子病历概念术语的统一;其次,使用语义规则语言建立高血压电子病历诊断规则库;最后,使用推理引擎实现高血压电子病历的诊断推理,建立基于本体的高血压电子病历知识库。关键词:本体知识库电子病历高血压语义规则语言, . . ,、析,. , ,. . .: 也西安电子科技大学学位论文创新性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,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中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或

3、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做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。本人签名:丝燃西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。保密的论文在解密后遵守此规定本学

4、位论文属于保密,在?年解密后适用本授权书。本人签名:导师签名:第一章绪论第一章绪论.问题的提出近年来,在世界范围内,电子病历的发展已成为大势所趋,在最早推行的美国,其发展历史已将近年。电子病历 ,最患者的电子化信息记录,它可以为医生诊疗提供参考依据。电子病历又称自动化病历 、电子化病历或无纸化病历 ,换言之,就是将纸本病历的形式转换成电子媒体。电子病历不同于以往的纸质病历,其不仅可以保存病人所有的临床相关资料,包括文字、表格、声音、图片、影像等多种介质的信息。而且具备准确、完整的以多媒体病历为核心的临床医疗数据库。可有效地进行病例对照研究、随机对照实验、病例报告或有缺点的临床实验及个人的临床经

5、验。为今后循征医学和临床路径方法更好地应用于临床,提供了最适合的诊断方法、最精确的预后估计及最安全有效的治疗方法并应用于病人。在国外,欧美等发达国家政府均大力推广、普及的应用。印第安那大学医学分校利用预测癌症早期病人的死亡;匹兹堡大学医学分校用系统研究医嘱和处方的准确性;波士顿协会正在研究通过传输急救病人的问题;日本东京东邦大学大桥医院已通过医院区域网的客户/务器系统实现了门诊病人的管理;日本医院信息管理系统协会正在致力于的安全性问题;英国已将的卡应用于孕妇孕期信息、产程启示和跟踪观察;荷兰阿姆斯特丹医学中心对肾病患者和器官移植病人使用提示病人透析情况,而且病人可持卡异地透析【】。同时这些国家

6、和地区已经成立了专门的研究机构,把作为一个重点课题研究,组织医疗单位实施和普及。国内电子病历始于年左右,经过多年的发展,我国医疗信息系统建设以初见成效,许多医院建立医院内部医疗信息网络,为我国的研究和应用奠定了坚实的基础。国内成立了专业委员会,对的发展起到了引导作用。但由于意识问题、投资太大、技术不成熟、法律问题等原因,国内真正使用结构化电子病历的医院并不多,并且使用的医院大部分把电子病历当成一个快速书写病历的工具,做到的只是对时间和书写格式的控制,并没有发挥电子病历强大的功能,所以国内电子病历的整体应用水平仍处于初级阶段【。随着电子病历应用的深入发展,电子病历的发展面临以下几个方面的问题:智

7、能化:目前进入应用的电子病历在智能化方面开发不足,这与目前的技术,特别是推理机、专家系统等人工智能技术的发展有关。计算机虽然不能取代基于本体的高血压电子病历知识库研究医生做出诊断,但却可以发挥计算机和网络的优势,为这一过程主动智能地提供充分有效的信息,辅助医生做出诊断。标准化:只有实现电子病历的标准化,才能实现所有不同平台的电子病历管理系统与医用仪器、设备的无缝连接和医学数据信息的无障碍交换,实现医院内部之间,医院之间,医院与相关机构之间的数据交换和资源共享。因此,随着使用电子病历部门的不断增多和信息共享、交互需求的不断增长,制定和采用公认的标准成为电子病历研究与开发的当务之急。本体和知识库技

8、术的结合可以有效的解决电子病历这些问题,本体知识库不仅能使电子病历知识具有纵向的类和属性分类,确定电子病历领域共同认可的词汇,从而提供对电子病历知识的共同理解,还能通过本体术语间的关联关系揭示电子病历知识间的内在联系,从不同层次的形式化模式上给出这些词汇和词汇间相互关系的明确定义,从而避免来自不同数据源的信息的语义异构,有利于电子病历知识库系统的校核与检验,能有效提高电子病历知识库系统的共享与重用性。本体知识库系统,正是利用本体优势,构建连贯、完整、无冗余的知识库,在此基础上实现知识的推理应用,从而解决领域问题。.国内外研究现状.本体知识库在国内外的研究现状国内本体知识库的研究现状在我国,中国

9、科学院数学研究所于年开始,由陆汝铃院士承担了一项国家自然科学重点基金项目:常识知识的实用研究。研究的目的之一是研究常识知识本体论及其与人的智能的关系,提出和本体是常识知识库的两大支柱的观点。目的是建立一个大规模的常识知识库,探讨利用常识知识解决一些实际问题如自然语言理解等中涉及的常识问题,在此基础上进一步探讨一般的常识性知识的处理和实用研究。从文献上看,王听、熊光楞的“基于本体的设计原理信息提取【;吴文渊、曾振柄、符红光的“基于的平面几何知识库设计”等都是的应用。王听,熊光楞提出了一种基于本体的设计原理信息提取方法,该方法以设计原理的知识模型为基础,通过查询驱动的用户晃面,可以动态的预测设计人

10、员所关心的问题,并给出相应的回答。他们以铁路货车转向架设计为例说明了智能信息提取的实现。吴文渊,曾振柄,符红光给出了建模方法在平面几何知识库设计中的一个应用实例。朱承和张维明等在知识库系统建模框架的发展与现状中【】论述了的作用。他们认为:知识库系统开发经历了知识从“转换到“建模”和从“单层到“多层的转变。在知识库系统建模中,是实现知识共享机制的核心。第一章绪论国外本体知识库的研究现状美国国防部正在实施的大型研究项目:高性能知识库系统曲的核心就是本体知识库。的研究目标是使知识库系统的开发者能迅速地几个月内建立一个大容量的知识库。采用本体作为基本知识库的知识表示工具,使知识库具有良好的表达能力和可

11、重用性。它始于年,现在还正在研究中。系统是美国公司的研究项目。其目的是通过本体开发为常识推理提供基础。其规模有概念类型,公理。系统是加拿大多伦多大学的研究项目。其目的是企业建模,构造企业本体。可通过演绎推理实现对企业相关信息的问题求解。系统是英国爱丁堡大学人工智能应用研究所. 的研究项目。目的是通过一个集成框架来集成企业建模的方法和工具,以改进和代理现有的建模方法等。整体上来看,知识工程中对的研究还刚刚起步。尽管声称很多本体己被应用,但文献上并没有见到较详细的报道。就是,也未见到有关应用的情况【】。.医学领域本体在国内外的研究现状近年来,随着本体研究的逐渐成熟,本体技术被越来越多的研究领域所接

12、受,也已经成为医学领域整合和解释医学数据的重要工具。国内外图书馆情报学界、计算机界均展开了医学领域本体的研究。国内医学领域本体的研究现状年,中国科学院计算技术研究所博士生导师曹存根于年提出的一个具有基础性和前瞻性的课题一一国家基础知识设施,简称。医学知识库是的子集,课题组在的构建过程中研究了医学领域本体,研究了医学本体中的类结构设计、从文本知识中获取医学知识的方法以及从半结构化文本中自动获取知识的方法;建立了个医学概念类,整理出了种医学属性和条医学关系,并利用这些概念类获取到个临床检验指标的知识,以及个医学概念的知识,共计条医学知识。同时,获取了相应的医学公理共条,并用这些公理对医学知识进行一

13、致性分析和知识推理。中国科学技术信息研究所的庞景安和他的硕士李毅进行了基于多层次概念语义网络结构的中文医学信息语义标引体系和语义检索模型研究【】。这项研究主要进行多层次概念语义网络结构的理论性探讨。中文医学信息三层概念语义网络结构基于本体的高血压电子病历知识库研究的设计和各网络层次语义类型和语义关系的完善,语义标引体系的建立和语义标引方法的确定,语义检索模型的建立和不同检索方法检索效率的比较。国家科技部基础性工作?中医药一体化语言系统项目以中医药学科体系为主导,遵循中医药学科理论体系,旨在建立中国第一个计算机化的、可持续发展的、包含中医药学及其相关学科语言的中国医药学检索语言集成系统,形成中医

14、药学的语言系统平台。国外医学领域本体的研究现状年,美国国立医学图书馆主持了一项长期研究和开发计划,即统一医学语言系统,简称】。该研究计划目的是要升发机读的“知识资源,使许多不同的应用程序利用它来弥补不同机读资源的差异,以及用户在概念表达方式上的差异,从而识别与特定用户需求密切相关的信息资源;借助必要的电子通讯和查找方法,从这些信息资源中获取信息,使用户易于从电子病案系统、书目数据库、事实数据库、专家系统等信息资源中获取信息。由美国病理学家学会所属的编委会开发和推广标准医学参考术语的测试版包括了拥有各自编码,简称 ,的,个词条,每个词条都与一个概念相连接,概念的总数是,条,包括了,显式的关系,分

15、别组织在个不同的轴和章节中,它包括解剖学、形态学、正常与非正常的功能、症状及疾病体征、化学制品、药品、酶及其它体蛋白、活有机体、物理因素、空间关系、职业、社会环境、疾病/诊断和操作。.建立的人类发育解剖学本体是的有关人类解剖学数据库,分为标准解剖学和详细解剖学两个目录及小鼠和人类发育阶段的比较图谱。此外,还提供大量的有关人类胚胎发育和相关信息的网页。内容包括: , ,她【。年,基因本体联盟 ,开始进行基因本体,简称项目的研究。的目的是要创建一套动态的受控词表。旨在建立一个适用于各种物种的,对基因和蛋白功能进行限定和描述的,并能随着研究的不断深入而更新的语言词汇标准。.研究目的和意义.研究目的综

16、观国内外的研究现状,可以发现在医学领域和人工智能领域没有关于电子第一章绪论病历和本体知识库技术结合起来构建基于本体的具有智能推理功能的电子病历知识库的研究。本文的研究目的是以高血压电子病历为例,将本体知识库与高血压电子病历中的诊断知识结合起来,构建基于本体的具有智能推理功能的高血压电子病历知识库,为医学领域专家建立可共享、可复用的电子病历知识库系统提供参考。.研究意义本文的研究意义是:电子病历本体知识库建立了电子病历的本体结构,给出了电子病历的核心概念,实例及相关关系,实现了电子病历概念术语的统一。确定电子病历领域共同认可的词汇,从而使人们对电子病历知识有共同理解,有效地解决了医院间无障碍地数

17、据交换和资源共享,实现了电子病历的标准化。电子病历本体知识库可以帮助医生对电子病历的内容信息进行语义查询、病理分析和潜在病理的早期发现,辅助医生做出诊断。构建基于本体的电子病历知识库实现智能推理功能,这填补了医学领域和人工智能领域开展本体研究的空白,具有一定的创新性。研究基于本体的电子病历知识库推动本体方法在医学信息检索、医学专家系统、医学教育系统等领域的应用和发展。.论文的研究内容本课题所研究对象是第四军医大学提供的电子病历,为了实现基于本体的电子病历本体知识库系统的构建,本文的研究内容如下:采用将骨架法和七步法结合起来的本体构建方法,利用斯坦福大学开发的工具构建电子病历本体模型,给出了电子

18、病历的核心概念,实例及相关关系,实现了各种概念术语的统一;使用语义规则语言也建立高血压电子病历诊断规则库;使用推理引擎实现高血压电子病历的诊断推理,建立基于本体的高血压电子病历知识库。.论文的组织结构第一章:绪论。本章介绍了选题的来源,国内外研究现状,并阐述了选题的研究目的和意义以及论文的组织结构。第二章本体知识库的相关理论。本章首先是对本体的综述,包括本体的定义和分类、本体的组成和功能、本体的应用以及几种描述语言。然后介绍构建领域本体的方法,接下来依次介绍了知识库、本体知识库和本体在知识库的作用。第三章:高血压电子病历本体库的构建。本章采用将骨架法和七步法结合起基于本体的高血压电子病历知识库

19、研究来的本体构建方法,利用斯坦福大学开发的工具构建高血压电子病历本体模型,实现了电子病历术语的统一,使用清晰的表达电子病历本体中各术语的含义及其之间的关系。第四章:高血压电子病历规则库的建立。本章主要介绍了语义规则语言也,然后介绍了可以方便编辑规则并与进行互操作的工具。最后,在高血压电子病历本体模型基础上,使用语义规则语言建立高血压电子病历规则库。第五章:高血压电子病历本体知识库的实现。本章分析己有的对推理解析的原理,针对推理引擎,来建立相应的解析器。利用推理引擎实现高血压电子病历的诊断推理,建立基于本体的高血压电子病历知识库。第六章:小结与展望。总结本文的全部研究工作并对将来的进一步研究工作

20、提出设想和展望。第二章本体知识库的相关理论第二章本体知识库的相关理论.本体的综述.本体的定义和分类.本体的定义本体论原是哲学的一个分支,研究客观存在的本质,即“世界的本原。它所要回答的问题是客观世界的本质是什么。自年代以来,本体论在计算机领域得到广泛的应用,用于知识表达、知识共享及重用。学术界对于本体的定义有很多,下面列举几个具有代表性的定义:本体是共享概念的显式形式化说明【。.本体是用来说明一个形式化词汇表内在含义的逻辑理论【。.,本体是用来描述一个特定领域中的知识的形式化语割。.,本体是一个特定领域结构的显示说明,这个领域结构包括一个描述领域的词汇表,以及一些用来约束领域词汇头系的一组逻辑

21、声明】。,虽然本体还没有一个明确的定义,触领域比较普遍认同美国斯坦福大学知识系统实验室的于年指出的概念:本体是共享概念的显式形式化说明【】。该定义包含四层含义:概念模型、明确、形式化和共享。“概念模型指通过抽象出客观世界中一些现象的相关概念而得到的模型,“明确”指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。“形式化指本体是计算机可读的即能被计算机处理。“共享”指本体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。直观地讲,本体是一个实体,是对某一领域应用本体的方法分析、建模的结果,即将现实世界中的某个领域抽象为一组概念及概念之间的关系。本体总是以某种方式与表示共享知识的知识库相关联

22、,我们可以通过定义描述性的术语来描述应用的本体。在人工智能领域,本体是一种工程产品,由一个用于描述某种现实情况的特定术语集和一组显式定义的公理集组成。对于本文要研究的“领域知识库来说,这里的本体是描述某一领域内的领域共享概念模型的明确的形式化规范说明。这里的领域共享概念模型是对某一领域内的“领域知识的概念化,即对某领域“领域知识的抽象和简化。.本体的分类目前关于本体的研究非常广泛,尤其是在国外,许多研究组织和机构都研究基于本体的高血压电子病历知识库研究建立了各种各具特色的本体。针对目前出现的各种各样的本体,也出现了不同的分类方法,以下三种分类方法使用最为广泛【:.根据本体应用主题,将这些为数众

23、多的本体划分为五种类型:领域本体:领域本体在一个特定的领域中可重用,它们提供该领域特定的概念定义和概念之间的关系,提供该领域中发生的活动以及该领域的主要理论和基本原理等。对特定领域的本体研究和开发目前己涉及许多领域,包括企业本体、医学概念本体、酶催化生物学本体等。通用或常识本体:关注于常识知识的使用。通用知识本体的研究包括著名的公司的本体,最新版包括个概念和个关于这些概念的声明包括概念间的关系、对概念的限制等,另外还包括一个基于本体论的常识推理机。知识本体:它的研究重点是语言对知识的表达能力。典型的有斯坦福大学知识系统实验室提供的一种称为知识交换格式的知识描述语言,以及可以在线将各种知识转换为

24、的本体服务器。目前普遍认为,所有其它的知识表示形式都可以转换为的形式。语言学本体:是指关于语言、词汇等的本体。典型的实例有。和普林斯顿大学研制的任务本体:也称为方法本体,任务本体是本体研究的另一个分支,主要研究可共享的问题求解方法,这里的推理方法与领域无关,任务本体主要涉及动态知识,而不是静态知识。任务本体的研究以等人的关于任务和问题求解方法本体的研究为代表。任务本体中经常描述的要素包括:任务目标、任务数据、执行状态等等。具体的研究主题包括:通用任务、与任务相关的体系结构、任务方法结构、推理结构和任务结构等。.根据本体表示的形式化程度,将本体分为四种类型:完全非形式化:完全采用自然语言进行表示

25、,结构非常松散,典型的如术语列表。结构非形式化:采用受限的或结构化的自然语言进行表示,能有效提高本体论的清晰度,减少二义性。如: 的文本版本。半形式化:采用一种人工定义的形式化语言进行表示,目前己有许多研究机构开发制定了这类形式化本体论表示语言,许多采用描述的本体都属于这一类。完全形式化:所有属于都具有形式化的语义,并能在某种程度上证明包括一致性和完整性等方面的属性。在实际应用中,这几种表示方式各有所长。如果本体论的应用目的是为了加强人与人之间的交流,则非形式化的本体论将更为适用,如果对本体论的处理需第二章本体知识库的相关理论要由机器自动完成,则其形式化程度越高越好,在有些情况下,需要将非形式

26、化和形式化两种方式组合起来使用。.根据本体的研究层次,将本体分为四种类型:顶层本体:主要研究非常通用的概念,如空间、时间、对象、事件、行为等,他们完全独立于特定的问题或领域。因此可以说顶层本体可以在一个很大的范围内共享。领域本体:研究与一个特定领域相关的术语或词汇,如医学、企业模拟等。任务本体:定义通用任务或推理活动,如诊断等。它们都可以应用顶层本体中定义的词汇来描述自己的词汇。任务本体和领域本体处于同一个研究和开发层次。应用本体:描述特定的应用,它既可以应用特定的领域本体中的概念,又可以引出现在任务本体中的概念。.本体的组成和功能.本体的组成本体论研究的是实体存在的本质,一个本体就是某个领域

27、或一个领域的某个方面实体的存在本质。对于实体的存在,在知识工程领域的本体论研究中,更确切地说,在“领域概念化的显示表示中,蕴涵在实体存在本质这个抽象概念之后的,实际上是一种对事物或领域的认识观。这种认识观归纳起来包括:强调实体存在于与它关联的其他实体之间,存在于它自身的变化之间;具体的实体与它们之间的关联一起构成具体的存在,对具体的存在进行总的概括,产生抽象的存在:这些实体及其之间的关联形成事物或领域的一个概念化。形式地说,一个本体可由概念类、关系、函数、公理和实例等种元素组成:本体中的概念是广义上的概念,它除了可以是一般意义上的概念以外,也可以是任务、功能、行为、策略、推理过程等等。本体中的

28、这些概念通常构成一个分类层次。本体中的关系表示概念之间的一类关联,典型的二元关联如子类关系形成概念类的层次结构,一般情况下用:?表示概念类,、?。之间存在元关系。函数是一种特殊的关系,其中的第个元素相对于前面.个元素是唯一的,一般情况下,函数用:?.表示。公理用于表示一些永真式。更具体地说,在许多领域中,函数之间或关联之间也存在着关联或约束。基于本体的高血压电子病历知识库研究实例是指属于某概念类的基本元素,即某概念类所指的具体实体,特定领域的所有实例构成领域概念在该领域中的指称域。另外,从语义上讲,基本的关系共有种如表.:表.本体的基本关系关系名 关系描述表达概念之间部分与整体的关系.表达概念

29、之间的继承关系,类似于面向对象中父类与子类之间的关系表达概念的实例与概念之间的关系,类似于面向对象中的对象和类之间的关系表达某个概念是另一个概念的属性。如“高”是桌子的属性在实际建模过程中,概念之间的关系不限于上面列出的四种基本关系,可以根据领域的具体情况定义相应的关系。在本体建模的最初阶段就必须详细说明模型中涵盖的概念、实例、关系和公理等实体,至少是初步认定描述这些实体的绝大部分词汇。.本体的功能现在己经有相当多的文献给出了本体的描述和本体的使用目的。大多数的应用实例都是为了实现“重用”。其中的一些应用实例对本体的各种解释是并不太明确。另外也有实例,比如软件工程中的应用,因为应用背景上的区别

30、也有很多不同。不过它们在本体应用上都是把本体论当作构建知识的一种方式或者当作知识库的一部分。另一个重要的用途是信息集成。这种方式主要体现在商业事务的集成,分布式多代理系统和并发处理工程的设计上。因此,我们把本体的使用功能如图.粗略地划分为以下三种:信息交流本体的核心概念是知识共享。通过减少概念和术语上的歧义,本体描述为某一组织或是工作小组提供了一个统一框架或是规范模型,使得来自不同背景,持不同观点和目的的人员之间的理解和交流成为可能,并保持语义上的一致性。互操作绝大多数应用程序使用本体实现不同系统之间的互操作,即不同系统或是工具之间的数据传输。这种应用还可以细分为两类:轻量级和重量级。基于本体

31、的轻量级应用是一种完全面向语法形式化和转换的本体使用。它只能保证人们使用相同的词汇,但不能保证他们对相同词汇有相同的解释和理解。因此,这种应用中本体不包含语义信息,或者说是一种较低层次的本体应用,比如语言中。而基于本体的重量级应用是一种对知识表示语言中的建构和约束作普通的语义解释的使用方式,目的是支持本体的不同使用者第二章本体知识库的相关理论之间进行语义层面的信息共享和互操作。本体共享的数据交换的关键是本体的知识表示语言必须保证对本体一致无歧义的解释。而这类本体应用中的本体还支持另外一些功能服务,比如支持推理的查询、更新和一致性检查功能。这些是由本体的知识表示语言所采用的推理机制所决定的。系统

32、工程 本体还可以应用到软件系统的设计和实现上。在软件开发的详细说明,本体论通过对需要解决的问题和任务的理解描述,可以帮助我们在需求分析,信息获取中提高明确性,减小分析代价。同时,本体可以作为需求分析基础上软件设计时的基础,以自动或是半自动的方式检查它们之间的一致性,从而提高软件系统的可靠性。本体还可以通过对系统内部各个功能模块之间的联系做详细描述达到软件的重用性。交流 互操作组织与人之间 在系统之间一 一一可靠性 重用性详细说明书系统工程图.本体的使用功能图.本体的应用由于本体有着非常广阔的应用领域,因而实际中的应用程度也不同,可分为几个级别讨论【】:第一级:在分布代理中本体作为代理间相互通讯

33、的共同词汇。第二级:在关系数据库中,本体作为概念层数据表,其中结构化的概念和关系使用了本体概念。第三级:在某些知识库中,本体被用来组织信息主干。第四级:本体能回答有关其本身性能的问题。第五级:本体的标准化。.术语标准化属第一级别:.概念含义的标准化:.目标对象的组件标准化即领域本体的标准化、任务组件标准化。第六级:在不同的概念层数据表间进行数据转换,不仅是结构上的转换,也是语义上的转换。基于本体的高血压电子病历知识库研究第七级:在知识库中,本体用于知识重用。第八级:本体能用于本体的重组。目前,本体成功地运用于知识工程,知识表示,定性建模,语言工程,数据库设计,信息建模,信息集成,面向对象分析,

34、信息检索与抽取,知识管理和组织,基于代理的系统分析。本体论更广泛地用于企业信息集成,自然语言翻译,医学领域,机械工程,知识标准化,电子商务,地理信息系统,生物信息系统。.本体的几种描述语言世纪年代初,基于灿的本体描述语言被提出,代表性的有、等。其中,是基于一阶逻辑的,、和是基于框架和一阶逻辑的,而是基于描述逻辑的。随着的发展,出现了一系列基于的表示语言,如、,为在语义研究领域的发展注入了活力。应用需通用的标准语言来表示,先后推荐了,和作为本体描述语言标准。的合称。其是 和简单的模型可表示任意类型数据。数据类型由节点和节点之间带有标记的连接弧组成。节点表示资源,弧表示资源属性。模型可方便描述对象

35、及,是语义曲的基础。已有的许多语言,如,和,都是对的扩展。 / 是在欧洲的项目中提出的。它以为起点,用丰富的建模原语对进行扩充。将框架系统、描述逻辑和标准和这三个不同领域的优点结合起来,提供了通用的语义标记语言。基于框架的语言在中有很长历史,中心建模元语是类称为框架和属性称为槽。描述逻辑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。是计划第一阶段所创建的一种语言。扩展了,增加了更多的更复杂的类、属性等定义。直到的研究者和的研究者开始合作,推出了语言,成为研究语义中描述语言的起点,并成为标准。本文将采用本体描述语言来描述高血压电子病历本体,下面将详细介绍。【全称曲

36、,是推荐的语义网中本体描述第二章本体知识库的相芙理论语言的标准。它是从一种结合性的描述语言发展起来的.建立在基础上,以为书写工具,主要用来表达需要计算机应用程序来处理的文件中的知识信息,而不是呈递给人的知识,能清晰的表达词衷中各词条的含义及其之间的关系,相对、和 拥有更多的机制来表达语义,从而超越了、和仅仅能够表达网上机器可读的文档内容的能力。其中来自美国的提案?,来自欧洲的一种本体描述语言。在提出的本体语言栈中处于最上层,见图。 圈 丰体语言栈结构化文档的表层语法,对文档没有任何语义约束。定义文档的结构约束的语言。对象或者资源以及它们之间关系的数据模型,为数据模型提供了简单的语义,这些数据模

37、型能够用语法进行表达。描述资源的的属性和类型的词汇表,提供了对这些属性和类型的普遍层次的语义。添加了更多的用于描述属性和类型的词汇,例如类型之间的不相交性画基数等价性,属性的更丰富的类型,属性特征例如对称性,以及枝举类型叩岫啪把 髑】。有三个子语言:、和。其中,用于提供给那些只需要一个分类层次和简单属性约柬的用户。推理系统能够保证计算完备性即所有的结论都能被计算出来和可判定性即所有计算都在有限时间完成。? ,描述逻辑将可判定推理能力和较强表达能力作为首要目标,而忽略了对的兼容性。支持那些需要在没有计算保证的语法自由的上进行最大程度表达的用户,它允许在一个在预定义的、词汇表上增加词汇。下表中是的

38、三种子语言基于本体的高血压电子病历知识库研究特点:表. 三种子语言特点表子语言 描述 描述限制用于提供给那些只需要一个分类层次和简单的属性约 支持基数,只允许基、札束的用户。 数为或支持那些需要在推理系统上进行最大程度表达的用户, 当一个类可以是多个这里的推理系统能够保证计算完全性和可判定性。它包 类的一个子类时,它括了语言的所有约束,但是可以被仅仅置于特定 被约束不能是另外一的约束下。 个类的实例。支持那些需要在没有计算保证的语法自由的上进 一个类可以被同时表行最大程度表达的用户。它允许在一个本体在预定义的 达为许多个体的一个、礼集合以及这个集合中,词汇表上增加词汇,从而任何推理软件均不能支

39、持 的所有特性。 的一个个体。这三种语言存在着一种包含关系,这三种子语言之间的关系是:每个合法的 都是一个合法的 ;每个合法的 都是一个合法的 ;结论;每个有效的 结论都是一个有效的每个有效的 结论都是一个有效的 结论。因此,用户在具体应用中应该选择适合具体情况的语言,用户在选择使用哪种语言时的主要考虑是:选择 还是 主要取决于用户需要整个语言在多大程度上给出了约束的可表达性;选择 还是 主要取决于用户在多大程度上需要的元模型机制如定义类型的类型以及为类型赋予属性;在使用 而不是 时,推理的支持不可预测,因为目前还没有完全的 的实现。.构建领域本体的方法构建本体的方法是当前研究中的热点问题之一

40、。由于本体的构建多是面向特定领域,如果没有好的方法路线指导,就难以在不同领域本体的构建中保持一致,也不利于本体的规模化和规范建设。因此,关于本体构建方法的研究对于本体的应用具有至关重要的作用。以下介绍六种主要的本体构建方法。第二章本体知识库的相关理论 . 的“骨架法“骨架法最初研究的是企业本体的建立过程,但对于其它本体的建立也有定启发如图.。图.骨架流程图确定本体应用的目的和范围:根据所研究的领域或任务,建立相应的领域本体或过程本体,领域越大,所建本体越大,因此需要限制本体的领域范围。本体分析:定义本体内所有术语的意义及术语之间的关系,该步骤需学科专家的参与,对该领域了解得越多,所建本体就越完

41、善。本体表示:一般用语义模型表示本体。本体的评价:建立本体的评价标准是清晰性、一致性、完善性、可扩展性。清晰性就是本体中的术语应被无歧义的定义。一致性是指术语之间关系逻辑上应一致。完整性,本体中的概念及关系应是完整的,应包括该领域内所有概念,虽然很难达到,但应不断完善。可扩展性,本体应用能够扩展,在该领域发展过程中能加入新的概念。本体的建立:对所有本体按中的标准进行检验,符合要求的以文件的形式存放,否则转回,如此循环往复,直至对所有步骤的检验结果均达到要求为。.的“评价法“评价法【】是项目中开发出来的方法如图.。非形式 形式化将规则定义应他的系 形式化 豹系统 调整解用和解 形式化统钷力 能力

42、术语 决矗案公理决方案问题 趱图.“”流程图定义直接可能的应用和所有解决方案。提供潜在的非形式化的对象和关系的语义表示。将系统“能够回答的问题作为约束条件,包括系统能解决什么问题和如 基于本体的高血压电子病历知识库研究何解决。这里的问题用术语表示,答案用公理和形式化定义回答,由于是在本体没有形式化之前进行的,所以又被称为非形式化的系统能力问题。术语的形式化:从非形式化系统能力问题中提取非形式化的术语,然后用本体形式化语言进行定义。形式化的系统能力问题:一旦本体内的概念得到了定义,系统能力问题就脱离了非形式化,演变为形式化的能力问题。将规则形式化为公理:术语定义所遵循的公理用一阶谓词逻辑表示,包

43、括定义的语义或解释。调整问题的解决方案,从而使本体趋于完备。.工程法工程法是基于项目而产生的。具体开发过程如下:应用说明:提供应用的上下文和应用模型所需的组件。相关本体范畴的初步设计:搜索已存在的本体,进行提炼、扩充。本体的构造:用最小关联原则来确保模型既相互依赖,又尽可能一致,以达到最大限度的系统同构。. 法法】在马德里大学人工智能图书馆的开发项目中使用。它分为以下阶段:管理阶段:这一阶段的系统规划包括任务的进展情况、需要的资源、如何保证质量等问题。开发阶段:分为规范说明、概念化、形式化、执行以及维护五个步骤。维护阶段:包括知识获取、系统集成、评价、文档说明、配置管理五个步骤。. 法方法【是

44、信息科学研究所自然语言组开发的。具体过程如下:定义“叶子术语暂时还不属于本体的术语。用手工方法把叶子术语和术语相连。找出叶子节点到根节点的“路径。增加和本体中的域相关但是还未出现在本体中的概念。用启发式思维找出全部特定域的术语:某些有两条以上的路经过的节点必是一棵子树的父节点,那么这棵子树上的所有节点都和该域相关,是要增加的术第二章本体知识库的相关理论 语。对于高层节点则通常有多条路径经过。.七步法七步法【】是斯坦福大学医学院开发的。具体步骤如下:.确定本体专业领域和范畴确定专业领域和范畴作为开发领域本体的起点。首先,要明确构建的本体将覆盖的专业领域、应用本体的目的、本体应该能回答哪些类型的问

45、题以及它的系统维护者与应用对象。这些问题可以随时调整,但是由于它们限制模型的范畴,所以需要相对稳定。确定本体范围的方法之一是列出基于本体的知识库能够回答的问题清单 。通过这些问题可以得到对这个本体是否包含回答这些类型问题的足够的信息、问题的答案是否需要特定层次的详细信息或特定专业领域的表达法、这些问题是否保留成为提纲形式,而不需要细化等的解释。.复用现有的本体如果系统需要和其它的应用平台进行互操作,而这个应用平台又与特定的本体或受控词表连锁在一起,那么复用现有的本体是行之有效的方法。许多现成的本体,例如:的本体文库、的本体文库、和等,可以导入到本体开发系统中,本体的格式转换也并不困难。.列出本

46、体中重要的术语列出一份所有术语的清单,这上面的术语是需要声明或解释的。首先,需要一份最全的术语清单,而不要担心概念间会有属性及表达上的重复。.定义类和类的等级建立一个等级体系有几种可行的方法。自顶向下法:由某一领域中最大的概念开始,而后再通过添加子类将这些概念细化。自底向上法:由最底层、最细小的类的定义开始,然后将这些细化的类组织在更加综合的概念之下。综合法:首先定义很多非常显而易见的概念,然后分别将它们进行恰当地归纳和细化。从一些顶层概念着手,将它们与一些中级概念关联起来。采取什么方法主要依赖于开发人员对专业领域的个人观点。由于“中级概念在领域的概念中更具代表性,所以综合法对本体开发者而言最

47、便捷。如果想要收集到更多更广泛的实例,那么自底向上的方法更加适合。无论选择哪种方法,都要从定义类开始。选择描述独立存在的对象的术语,作为本体中的类,而且嵌入分类等级体系中。也可以视类为一阶谓词逻辑结构即只含有一个自变量的提问式。如果类是类的母类,那么中的每一个实例也是中的实例。换言之,类代表类中的一个“,的概念。.定义类的属性插件基于本体的高血压电子病历知识库研究除了定义类外,还必须描绘概念间的内在结构。例如,确定哪条术语是描述哪个类的属性。这些属性会成为依附于类的属性插件。通常“内在的属性“外在的”属性 都能成为本体中的属性插件。如果对象是结构化的,那么它的一部分,可以是具体的或抽象的元素。

48、同时也要描述类中的个体成员与其它类之间的关系。除了最初确定的一些属性之外,还需要添加一些其他的属性插件。任意类的所有子类都继承了该类的属性插件。一个属性插件应该被附加在拥有该属性的最大的类上。.定义属性的插件分面。属性插件可以有不同的分面来描述赋值类型、允许的赋值以及赋值的基数,属性插件可以接受的赋值的其它特征。属性插件的基数定义了一个属性插件可以有几个赋值。有些系统仅仅能够区分单一基数只允许有一个赋值和多元基数允许有任何数量的赋值。通过最大与最小基数的规范说明来描述属性插件赋值的个数,使描述更加精确。最小基数是指一个属性插件至少有个赋值。将最大基数定义为表示某一子类的属性插件不能有任何赋值。

49、赋值类型.的分面描述了某一属性插件的赋值类型。赋值类是象名称这样的最简单的赋值类型;数值型型主要有字符型只包含浮点数和整数;布尔型是某个属性插件的赋值清单;实有单纯的.标记;枚举型例型允许定义个体间的关系。当某一属性插件被添加在一个特定的类时,允许限制属性插件的范围。一个属性插件所隶属的类集合,称为这个属性插件的域。确定一个属性插件的域或范围的规则通常是相同的:在为一个属性插件确定它的域时,找出最大的类或是分别能成为这个属性插件的域或范围的类。不要定义太过通用的域和范围。如果定义某个属性插件的范围或域的类列表清单包含了某个类以及它的子类,那么将子类去掉,因为它的存在并不会增加新的信息。如果定义

50、某个属性插件域或范围的类清单包含类中的所有子类,但是未包含类本身,那么这一范围应该只包含类,而不是类的那些子类。如果该清单几乎包含了类中的所有子类,仅有少数几个子类未包含在内,那么应该考虑是否需要重新调整类的范围。.创建实例定义某个类的实例需要首先确定一个类,接下来创建类的一个实例,并依次给这个类所有属性插件赋值。第二章本体知识库的相关理论 .知识库是知识工程中结构化,易操作,易利用,全面有组知识库织的知识集群,是针对某一或某些领域问题求解的需要,采用某种或若干知识表示方式在计算机存储器中存储、组织、管理和使用的互相联系的知识片集合。这些知识片包括与领域相关的理论知识、事实数据,由专家经验得到

51、的启发式知识,如某领域内有关的定义、定理和运算法则以及常识性知识等。知识库是对领域信息的模型化表示。知识库是将传统的数据库技术和人工智能技术相结合的产物【】。和技术都是计算机科学两个十分重要的领域,它们各自独立发展已有几十年的历史,并在各自的领域取得了突出的成绩并得到广泛的应用。然而,它们都存在十分突出的问题和矛盾。一方面,现有的系统如专家系统可以使用成百上千条基于规则的知识去进行启发式搜索与推理,但没有高效检索、访问现存数据库和管理海量数据的能力;另一方面,现在的虽已优化到可以处理海量数据和事务的水平,但无力表达和处理基于规则的知识。因此,将两者结合起来建立和实现新一代的知识表示、存储系统的知识库,它是合理组织的关于某一特定领域的陈述性知识和过程性知识的集合。知识库由事实、概念和规则组成。事实是对基本信息的描述,它处于不断的变化之中:规则是从专家的经验中抽取出来的知识,是长期信息。本体支持生成专门领域的参考知识储存?领域知识库,供人和应用程序之间传输和共享这些知识。.本体知识库对知识库而