知识表示之六——基于本体的知识表示方法

  本体是对领域实体存在本质的抽象,他强调实体间的关联,并通过多种知识表示元素将这些关联表达和反映出来,这些知识表示元素也被称为元本体,主要包括:

  1. 概念——表示领域知识元,包括一般意义上的概念以及任务、功能、策略、行为、过程等,在本体的实现中,概念通常用类(class)来定义,而且通常具有一定的分类层次关系;
  2. 属性——描述概念的性质,是一个概念区别于其他概念的特征,通常用槽(slot)或者类的属性(Properties)来定义;
  3. 关系——表示概念之间的关联,例如一些常用的关联:父关系、子关系、相等关系;
  4. 函数——表示一类特殊的关系,即由前n-1个要素来唯一决定第n个要素,如:长方形的长和宽唯一决定其面积;
  5. 公理——表示永真式,在本体论中,对于属性、关系和函数都具有一定的关联和约束,这些约束就是公理,公理一般用槽的侧面(facet)来定义;
  6. 实例——表示某个概念类的具体实体。

  本体的每一个知识表示元素也可以被看作一个知识片,每一个知识片都包含名称、定义和文档说明。

  总的来说,构造本体的目的都是为了实现某种程度的知识共享和重用。从广义来讲,本体的作用主要有以下两方面:

  1. 本体的分析澄清了领域知识的结构,从而为知识表示打好基础。本体可以重用,从而避免重复的领域知识分析;
  2. 统一的术语和概念使知识共享成为可能。

  较为具体来讲,本体的作用包括三个方面:即交流(communication)、互操作(inter-operability)和系统工程(system engineering):

  1. 交流:主要为人与人之间或组织与组织之间的交流提供共同的词汇;
  2. 互操作:在不同的建模方式、范式、语言和软件工具之间进行翻译和映射,以实现不同系统之间的互操作和集成;
  3. 系统工程:本体分析能够为系统工程提供以下方面的好处:重用(reusability):本体是领域内重要实体、属性、工程及其相互关系形式化描述的基础。这种形式化描述可成为软件系统中可重用和共享的组件;知识获取(knowledge acquisition):当构造基于知识的系统时,用已有的本体作为起点和基础来指导知识的获取,可以提高其速度和可靠性;可靠性(reliabililty):形式化的表达使得自动的一致性检查成为可能,从而提高了软件的可靠性:规范描述(specification):本体分析有助于确定IT系统(如知识库)的需求和规范。

  

  本体作为一种知识表示方法,与谓词逻辑、框架等其他方法的区别在于他们属于不同层次的知识表示方法,本体表达了概念的结构、概念之间的关系等领域中实体的固有特征,即“共享概念化”,而其他的知识表示方法如语义网络等,可以表达某个体对实体的认识,不一定是实体的固有特征。这正是本体层与其它层的知识表示方法的本质区别。

  知识工程师将本体概念引入知识工程,详细说明模型中涵盖的概念。实例、关系和公理等实体,并以此建立本体。通过使用元属性对属性进行分析,并对属性提出了一种针对本体建模概念化分析的形式化方法,解决了知识共享中的一些问题,有效地促进了来自不同领域的研究人员和组织间的交流。显而易见,基于本体的知识表示法在知识表示方面有很大的潜力。

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