Ontology及其在知識(shí)組織中的應(yīng)用

摘要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，知識(shí)組織的技術(shù)手段也逐漸趨于豐富，Ontology就是一種新型的知識(shí)組織方法工具。對(duì)Ontology的概念、構(gòu)成和分類(lèi)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)它與傳統(tǒng)知識(shí)組織工具進(jìn)行了辨析，最后還具體分析了Ontology在知識(shí)組織中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Ontology 知識(shí)組織 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-291X（2011）27-0215-03

一、Ontology概述

1．Ontology的起源和概念。Ontology（本體）原本是一個(gè)哲學(xué)上的概念，是表述哲學(xué)理論的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，由希臘ontos（存在）與logos（學(xué)說(shuō)、言論）派生而來(lái)。在西方哲學(xué)史中，它被解釋為“關(guān)于存在及其本質(zhì)和規(guī)律的學(xué)說(shuō)、言論”。可以這樣理解，作為一個(gè)哲學(xué)概念，Ontology是對(duì)客觀世界的一個(gè)特定的分類(lèi)體系，這個(gè)體系不依賴(lài)于任何特定的描述語(yǔ)言。

近一二十年來(lái)，Ontology也逐漸受到計(jì)算機(jī)科學(xué)科學(xué)界的關(guān)注，從研究的情況可以看出，把現(xiàn)實(shí)世界的某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域抽象或概括成一組概念及概念間的關(guān)系，構(gòu)造這個(gè)領(lǐng)域的本體，會(huì)使計(jì)算機(jī)對(duì)該領(lǐng)域的知識(shí)的處理與組織大為方便。因此本體論現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用在知識(shí)工程、知識(shí)表示、信息檢索、信息摘要、知識(shí)管理等領(lǐng)域。

在知識(shí)工程領(lǐng)域，Neches等人最早給出了對(duì)于Ontology的定義，他認(rèn)為，“一個(gè)Ontology定義了組成相關(guān)領(lǐng)域詞匯的基本術(shù)語(yǔ)和關(guān)系，以及用于組合術(shù)語(yǔ)和關(guān)系以定義詞匯的外延的規(guī)則。”（Neches R，1991）

此后，很多學(xué)者都對(duì)ontology給出了自己的定義，但是始終沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。美國(guó)斯坦福大學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者Gruber指出，“An ontology is an explicit specification of a conceptualization”（Gruber，1993），即“本體是概念化的一個(gè)明確的規(guī)范說(shuō)明”，幾年后，學(xué)者Borst對(duì)這個(gè)定義作了進(jìn)一步的修改，認(rèn)為，“Anontology is a explicitly formal specification of shared conceptualization”（Borst，1997），即“本體是對(duì)共享概念模型的明確的形式化的規(guī)范說(shuō)明”。這兩個(gè)定義后來(lái)成為人們經(jīng)常引用的對(duì)于本體的定義。

其中，“明確（explicitly）”是指所用的概念的類(lèi)型及其約束都必須是明確定義的，“形式化（formal）”是指Ontology必須是計(jì)算機(jī)可讀的，“conceptualization”是指通過(guò)抽象客觀世界的概念而得到的一些概念模型，“共享（shared）則表示Ontology代表的是該領(lǐng)域所接受的共性知識(shí)，是公認(rèn)的概念集合。

2．Ontology的構(gòu)成。Ontology本身可以看作是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一種表示思想和方法，這種方法用本體的思想來(lái)分析該領(lǐng)域的概念集合，而后將這些概念集合使用一定的表示方法進(jìn)行組織。本體的研究方法認(rèn)為，本體表示一般具有以下共同的特征：該領(lǐng)域存在著對(duì)象（object）；對(duì)象具有屬性（property or attribute），屬性可以賦值（value）；對(duì)象可存在于不同關(guān)系（relation）之中；屬性和關(guān)系會(huì)隨時(shí)間的推移而變化；不同的時(shí)刻會(huì)有不同的事件（event）發(fā)生；在某一時(shí)刻存在著某一特定的過(guò)程（process），對(duì)象參與過(guò)程其中；領(lǐng)域及其對(duì)象處于不同的狀態(tài)（state）；某一事件能對(duì)其它事件和狀態(tài)產(chǎn)生影響（effect）；對(duì)象由部分（part）組成。

因此，按照上述方法分析，一個(gè)Ontology應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）該領(lǐng)域?qū)ο箢?lèi)的層次體系，即不同對(duì)象之間存在著is-a、kind-of、part-of的關(guān)系。根據(jù)上面的特征，這里的類(lèi)就是上述對(duì)象經(jīng)抽象加工后的集合。本體能夠通過(guò)這個(gè)層次體系將該領(lǐng)域的概念組織成一個(gè)樹(shù)形體系。（2）對(duì)象類(lèi)的屬性以及屬性的取值范圍。上面提到，屬性可以賦值，因此屬性的值存在取值范圍的問(wèn)題，而屬性及其取值范圍是由具體的對(duì)象決定的，并且這些屬性可以根據(jù)對(duì)象間等級(jí)關(guān)系繼承和改變。（3）對(duì)象之間除了層級(jí)關(guān)系之外的其他語(yǔ)義關(guān)系。對(duì)象除了屬性之外，還有相互之間的關(guān)系。除了一般的層次關(guān)系外，對(duì)象間還可能存在很多種關(guān)系，例如cause-by，result-in等等。語(yǔ)義關(guān)系廣泛的存在于知識(shí)本體當(dāng)中。（4）本體還包括一定的推理規(guī)則，也就是所謂的公理（axiom），這些公理代表永真的事實(shí)，再用本體的語(yǔ)義關(guān)系進(jìn)行邏輯推理時(shí)，可以起到很大的作用。

二、Ontology的分類(lèi)

根據(jù)描述對(duì)象的不同，可以將Ontology分為以下幾類(lèi)：（1）領(lǐng)域本體（Domain Ontology）：領(lǐng)域本體在一個(gè)特定的領(lǐng)域內(nèi)可重用，它們提供該特定領(lǐng)域的概念定義和概念之間的關(guān)系，提供該領(lǐng)域中發(fā)生的活動(dòng)以及該領(lǐng)域的主要理論和基本原理等。對(duì)特定領(lǐng)域的本體研究和開(kāi)發(fā)目前已涉及許多領(lǐng)域，包括企業(yè)本體、醫(yī)學(xué)概念本體、酶催化生物醫(yī)學(xué)本體、陶瓷材料機(jī)械屬性本體等等。（2）通用本體（Generic Ontology）：它覆蓋了若干個(gè)領(lǐng)域或者具有通用性，通常也叫作核心本體（Core Ontology）。它包括的是關(guān)于世界的一般性知識(shí)和概念，比如時(shí)間、空間、狀態(tài)等等。因此，通用本體可以跨學(xué)科領(lǐng)域使用。比較有代表性的通用本體當(dāng)屬CYC。（3）語(yǔ)言學(xué)本體（Terminological Ontology）：語(yǔ)言學(xué)本體，顧名思義是指關(guān)于語(yǔ)言、詞匯等的本體。典型的實(shí)例有GUM（generalized upper model）和WordNet。Wordnet是基于心理語(yǔ)言規(guī)則的英文詞典， 由Pronceton大學(xué)研制，它以synsets為單位組織信息，其中synsets是指特定的上下文環(huán)境中可互換的同義詞的集合。（4）知識(shí)表示本體（Representational Ontology）：并不將其本身限定于任何特定領(lǐng)域，這些Ontology規(guī)定實(shí)體的表示方式卻不規(guī)定什么應(yīng)該表示。一種眾所周知的表示Ontology就是框架Ontology，其中定義框架、槽、槽約束，并允許以面向?qū)ο蠡蚧诳蚣艿姆绞奖磉_(dá)知識(shí)。（5）任務(wù)本體（Task Ontology）或應(yīng)用本體（Application Ontology）：這是為某一特定的應(yīng)用而建立的本體。與上述本體所不同的是，任務(wù)本體主要涉及動(dòng)態(tài)知識(shí)，而不是靜態(tài)知識(shí)。比如，在某圖書(shū)館建立數(shù)字圖書(shū)館的過(guò)程中，可以建立該圖書(shū)館的數(shù)字資源的本體，應(yīng)用于該圖書(shū)館的信息表示與檢索中。

除此之外，還有人根據(jù)Ontology對(duì)概念意義說(shuō)明的形式化程度對(duì)其進(jìn)行了分類(lèi)，具體的將本體劃分為以下幾種：（1）完全非形式化的（highly informal）： 完全采用自然語(yǔ)言表示的本體。（2）結(jié)構(gòu)非形式化 （structred informal）： 采用受限的或結(jié)構(gòu)化的自然語(yǔ)言表示，以減少二義性。比如Enterprise ontology文字版本。（3）半形式化的（half informal）：這是一種用人工定義的形式語(yǔ)言表達(dá)本體。比如Enterprise ontology的Ontolingua版本。（4）嚴(yán)格形式化的（rigorously informal）：在這種本體中，所有術(shù)語(yǔ)都具有形式化的語(yǔ)義，并能在某種程度上證明包括一致性和完整性等方面的屬性。比如:TOVE（T Oronto Virtual Enterprise）。

三、知識(shí)本體與傳統(tǒng)知識(shí)組織工具的關(guān)系

知識(shí)本體作為一種知識(shí)組織工具，與傳統(tǒng)的知識(shí)組織工具——敘詞表，分類(lèi)法似乎有著很大的相同之處。但是，知識(shí)本體又不同于敘詞表和分類(lèi)法，具體的講，知識(shí)本體與傳統(tǒng)的知識(shí)組織工具有著以下的區(qū)別和聯(lián)系：（1）傳統(tǒng)的知識(shí)組織工具中的術(shù)語(yǔ)均是規(guī)范的科學(xué)語(yǔ)言，而Ontology中的概念、術(shù)語(yǔ)可以用自然語(yǔ)言和半自然語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。這是兩者在邏輯表達(dá)形式上的區(qū)別。（2） 分類(lèi)法、敘此表中確實(shí)反映了術(shù)語(yǔ)之間的一些語(yǔ)義關(guān)聯(lián)，但是Ontology包含的術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)系更為豐富、深入、全面和細(xì)致，也正是因?yàn)檫@些關(guān)系，才使我們能夠無(wú)需借助專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域術(shù)語(yǔ)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義檢索以及對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的自然、半自然語(yǔ)言表達(dá)。（3）傳統(tǒng)知識(shí)組織工具中，知識(shí)點(diǎn)的組織分布一般是線(xiàn)性的、一維的，而Ontology中的知識(shí)點(diǎn)、概念分布是網(wǎng)狀的，它不單純是一張平面的網(wǎng)格，而是一個(gè)在四維空間中伸縮動(dòng)態(tài)的、跨時(shí)空的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（4）Ontology是一個(gè)開(kāi)放集成的體系，它的底層知識(shí)庫(kù)與概念集可以隨著學(xué)科領(lǐng)域的更新和發(fā)展隨時(shí)進(jìn)行修正和更新，在這一點(diǎn)上，傳統(tǒng)知識(shí)組織工具“望塵莫及”。（5）傳統(tǒng)知識(shí)組織工具相對(duì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)保守而單一，不可能經(jīng)常修訂。而Ontology的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一個(gè)基于XML的開(kāi)放體系，可以被復(fù)用，可以增加或減少枝節(jié)，可以對(duì)每個(gè)枝節(jié)處進(jìn)行修改和校驗(yàn)，可以對(duì)原有的模式進(jìn)行保存。 而且，將概念內(nèi)容掏空后的框架skeleton又可以用作其它領(lǐng)域本體的框架。譬如，花卉學(xué)本體一旦構(gòu)建完成，如果將其中的木本植物分類(lèi)部分去掉，就變成為“草本花卉本體”；如果將植物分類(lèi)樹(shù)的其它不屬于觀賞植物的部分添加完整，那么就可以成為一個(gè)完整的植物學(xué)本體；再將植物學(xué)本體推而廣之，添加上分類(lèi)體系框架相同的微生物學(xué)和動(dòng)物學(xué)的知識(shí)與術(shù)語(yǔ)詞匯，就會(huì)成為完整的宏觀生物學(xué)本體。

四、Ontology對(duì)于知識(shí)組織的作用及未來(lái)發(fā)展方向

從前面的介紹我們可以看出，Ontology對(duì)于知識(shí)組織而言，可以作為一個(gè)較有效的組織工具。尤其是Ontology所建立起來(lái)的概念體系，往往是進(jìn)行知識(shí)組織的基礎(chǔ)。它在思維、信息傳播、組織和檢索中都到了十分關(guān)鍵的作用。總的來(lái)說(shuō)，ontology對(duì)知識(shí)組織而言具有以下幾個(gè)方面的作用（Dagobert Soergel，1999）：（1）為各個(gè)領(lǐng)域以及領(lǐng)域間的關(guān)系提供了一種語(yǔ)義路徑圖，因此可以在組織知識(shí)時(shí)提供方向性的指引或者作為一種參考工具。具體的，包括以下幾項(xiàng)具體的功能：1）將概念和術(shù)語(yǔ)進(jìn)行聯(lián)系并提供定義；2）在分類(lèi)/本體的體系環(huán)境下對(duì)概念進(jìn)行闡述與解釋?zhuān)?）有助于跨學(xué)科、跨語(yǔ)言和跨文化的概念、術(shù)語(yǔ)建立關(guān)聯(lián)。（2）促進(jìn)交流與學(xué)習(xí)。通過(guò)提供概念體系結(jié)構(gòu)，來(lái)幫助作者和讀者；支持各種學(xué)習(xí)過(guò)程和培訓(xùn)資料的開(kāi)發(fā)，并可以激勵(lì)學(xué)生去創(chuàng)造新的概念結(jié)構(gòu)。（3）為研究項(xiàng)目和實(shí)施方案的設(shè)計(jì)提供概念基礎(chǔ)：幫助研究者和實(shí)施人員了解該研究項(xiàng)目、政策、計(jì)劃或?qū)嵤┓桨傅母拍钫Z(yǔ)境，并將問(wèn)題結(jié)構(gòu)化；為更多類(lèi)似的、長(zhǎng)期性的研究及成果中所涉及的變量和指標(biāo)提供一致的定義。（4）為各種活動(dòng)提供分類(lèi)指南：例如對(duì)疾病診斷的分類(lèi)，用來(lái)安排任務(wù)的員工技能分類(lèi)表以及供顧客使用的商品分類(lèi)表等。（5）支持情報(bào)檢索：為終端用戶(hù)檢索（end-user searching）提供基于知識(shí)的支持（例如，目錄樹(shù)、搜索主題的指南性分類(lèi)，為了找到檢索概念而對(duì)分層或概念圖進(jìn)行的瀏覽，將用戶(hù)提問(wèn)術(shù)語(yǔ)映射為數(shù)據(jù)庫(kù)中使用的標(biāo)識(shí)符或是自由文本索引中使用的多種自然語(yǔ)言的表達(dá)式）；支持等級(jí)式擴(kuò)展檢索；支持檢索結(jié)果的結(jié)構(gòu)化顯示；為標(biāo)引提供工具（詞表控制，面向用戶(hù)或問(wèn)題的標(biāo)引）。

另外，知識(shí)本體還可以為KBS（知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)）提供概念基礎(chǔ)；為軟件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)共享的定義和對(duì)象層次提供概念基礎(chǔ)；可以跨學(xué)科、跨語(yǔ)言、跨文化的進(jìn)行上述工作；可以作為單語(yǔ)、雙語(yǔ)或多語(yǔ)種字典供人們使用，并且可以作為自然語(yǔ)言處理的字典/知識(shí)庫(kù)—對(duì)數(shù)據(jù)抽取和自動(dòng)摘要/標(biāo)引進(jìn)行機(jī)器翻譯和自然語(yǔ)言理解。

從知識(shí)組織的角度來(lái)看，知識(shí)本體的確比傳統(tǒng)的知識(shí)組織工具更適合于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的知識(shí)組織與表達(dá)，但是不管怎樣，其目的都是為了有助于信息檢索和溝通，因而如何將本體這一知識(shí)組織工具的研究繼續(xù)深入下去，實(shí)現(xiàn)信息的智能化檢索以及語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)這一第三代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將是知識(shí)組織專(zhuān)家未來(lái)的研究方向。

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[責(zé)任編輯 吳迪]