基于知識圖譜的高校智慧圖書館建設(shè)研究

曹 亮，李湘麗＊，劉雙印，徐龍琴，尹 航，鄭建華

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣東 廣州 510225；2.廣東省高校智慧農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心/廣州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510225）

0 引言

高校圖書館是學(xué)校文獻(xiàn)信息資源中心，是師生教學(xué)、科研和創(chuàng)新的“動力池”，具有組織、存儲和傳遞教學(xué)科研文獻(xiàn)資源的重要作用，是校園與社會的文化樞紐，是推動圖書館全民閱讀推廣工作的有效手段。隨著信息技術(shù)快速發(fā)展，圖書館經(jīng)歷了從傳統(tǒng)手工操作方式→數(shù)字化分布式信息系統(tǒng)→信息流與物質(zhì)流并存復(fù)合圖書館→智慧圖書館模式[1]。然而，融合了現(xiàn)代信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧圖書館，雖然館藏信息資源量日益劇增，積累了大量的、形式復(fù)雜多樣的信息數(shù)據(jù)，但讀者和數(shù)據(jù)之間、不同類型數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)也存在著模糊地帶，海量的信息數(shù)據(jù)與用戶需求之間存在不確定性，延緩了智慧圖書館的建設(shè)進(jìn)度。

知識圖譜是一種知識管理技術(shù)，能讓海量的信息數(shù)據(jù)有效組合和應(yīng)用，可根據(jù)用戶需求提供個(gè)性化服務(wù)，與現(xiàn)代高校圖書館建設(shè)需求不謀而合。因此，將知識圖譜技術(shù)運(yùn)用到圖書館建設(shè)中，不僅可以滿足用戶個(gè)性化、多元化和主動性的信息服務(wù)需求，而且能讓讀者快速、有效從海量的文獻(xiàn)資源中搜索到高質(zhì)量的信息，快速提升圖書館的服務(wù)及管理水平。

1 知識圖譜

知識圖譜是一種輻射狀的圖形，揭示各領(lǐng)域?qū)嶓w之間關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)圖形。知識圖譜有四大特征：知識抽取、知識表示、知識融合和知識推理。其中，知識抽取是對大規(guī)模的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)體抽取、數(shù)據(jù)關(guān)系抽取和數(shù)據(jù)屬性抽取[2]；知識表示是把知識客體中的知識因子和知識通過各種模型關(guān)聯(lián)起來，如距離模型、矩陣分解模型、復(fù)雜關(guān)系模型等；知識融合是把來自于不同知識源的知識通過整合、去歧、關(guān)聯(lián)、驗(yàn)證、更新等達(dá)到與人的思維相融合的特需型知識庫；知識推理就是在原有知識庫中挖掘類似于人類思維的知識對象之間的層次關(guān)系。

2 高校智慧圖書館主要特點(diǎn)

高校智慧圖書館是伴隨智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)和智慧校園等發(fā)展起來的，具有多樣性特征，最主要特點(diǎn)是全面感知[3]，即感知知識、感知需求和感知存在。其中，感知知識表示知識的廣度和寬度，感知到知識的存在并讓知識有機(jī)的匯聚起來；感知需求表示知識的需求與被需求之間可以通過某種方式快速建立鏈接，進(jìn)而達(dá)到各方需求；感知存在就是通過微博、微信、移動圖書館等大數(shù)據(jù)讓你感知圖書館無處不在。高校智慧圖書館的“三感”特點(diǎn)，正契合了知識圖譜的技術(shù)優(yōu)勢：挖掘用戶行為數(shù)據(jù)間潛在關(guān)聯(lián)，主動推薦高價(jià)值信息，為讀者提供精準(zhǔn)服務(wù)。

3 知識圖譜在高校智慧圖書館中的應(yīng)用

3.1 高校智慧圖書館中的知識抽取

高校智慧圖書館知識抽取包括信息實(shí)體抽取、關(guān)系抽取和屬性抽取（見圖1）。（1）信息實(shí)體抽取即結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)實(shí)體抽取，主要是對圖書館文獻(xiàn)中的文獻(xiàn)名、姓名、地名、機(jī)構(gòu)名、時(shí)間、關(guān)鍵詞等信息實(shí)體進(jìn)行抽取，采用迭代方式對實(shí)體進(jìn)行聚類算法，抽取新的命名實(shí)體。（2）關(guān)系抽取即把實(shí)體間存在的顯式和隱式關(guān)系進(jìn)行抽取，再組織、定義。在高校智慧圖書館館藏資源中，文獻(xiàn)名和作者之間就是顯式關(guān)系，同一作者的文獻(xiàn)名之間的關(guān)系就是隱式關(guān)系，關(guān)系抽取采用馬爾可夫邏輯網(wǎng)聯(lián)合推理關(guān)系抽取方法。（3）屬性抽取即把實(shí)體本身的屬性、實(shí)體屬性與屬性之間、開放域數(shù)據(jù)集中屬性進(jìn)行提取，形成屬性對應(yīng)關(guān)系，再進(jìn)行抽取。

圖1 高校智慧圖書館知識抽取關(guān)系

基于知識圖譜的智慧圖書館就是從不同來源、不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中進(jìn)行抽取，形成數(shù)據(jù)知識存入到知識圖譜庫中[4]。

3.2 高校智慧圖書館中的知識表示

知識表示有分布式表示、三元組表示、復(fù)雜關(guān)系表示。通常是以三元組方式進(jìn)行知識表示，可以直接表示實(shí)體、關(guān)系和其之間的復(fù)雜語義關(guān)聯(lián)。高校智慧圖書館中，實(shí)體之間的關(guān)系、關(guān)系之間的關(guān)系存在著復(fù)雜的交叉關(guān)系，例如：作者之間、讀者之間、文章之間、作者和文章之間、讀者和文章之間的關(guān)系等，都存在著交叉關(guān)系。

通過知識圖譜的知識表示，就可有效把高校智慧圖書館多源信息表示出來，給人以清晰和明確的認(rèn)識和理解。

3.3 高校智慧圖書館中的知識融合

知識圖譜中的知識融合可讓高校智慧圖書館中多樣性、多源性和重復(fù)性的知識數(shù)據(jù)有效聚合。通過在同一規(guī)范下進(jìn)行實(shí)體對齊、實(shí)體鏈接和關(guān)系推演等操作，把不同來源的知識進(jìn)行融合。高校智慧圖書館知識融合技術(shù)流程如圖2所示。

圖2 高校智慧圖書館知識融合技術(shù)流程

首先，對目標(biāo)讀者和所需數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除無用信息后用Hash函數(shù)進(jìn)行分塊處理；其次，把原數(shù)據(jù)信息和目標(biāo)數(shù)據(jù)信息相對應(yīng)，根據(jù)對應(yīng)的復(fù)雜度確定是否進(jìn)行四層負(fù)載均衡處理；再次，把原數(shù)據(jù)信息和目標(biāo)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行屬性相似度和實(shí)體相似度計(jì)算，并給出相對應(yīng)鏈接；最后，對知識融合的結(jié)果進(jìn)行反饋評估參數(shù)校正，最終輸出正確結(jié)果或反饋原因。

通過知識圖譜的知識融合將智慧圖書館中數(shù)量龐大、種類繁多和關(guān)系復(fù)雜的資源數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合處理，揭示館藏資源的潛在知識關(guān)聯(lián)規(guī)律，為研究數(shù)據(jù)價(jià)值提供參考。

3.4 高校智慧圖書館中的知識推理

高校智慧圖書館中的知識推理就是將館藏資源實(shí)體知識經(jīng)過推理，挖掘出隱含的關(guān)聯(lián)信息和知識點(diǎn)。其中，實(shí)體知識包括實(shí)體及其屬性，已知或是推理出的實(shí)體間關(guān)系可以再次作為新實(shí)體知識被推理，如此循環(huán)可反復(fù)挖掘出有價(jià)值信息。知識推理方法主要有基于邏輯的推理和基于圖的推理，邏輯推理最基本的架構(gòu)為：A通過關(guān)系a推出B，B通過關(guān)系a推出C，由此可推理出A通過關(guān)系a推出C。基于圖的推理相對復(fù)雜些，一般用圖來表示，可以方便地表示結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)間多重關(guān)系路徑，體現(xiàn)出關(guān)系的多樣性，得到更多信息，推理的范圍更加廣泛。

高校智慧圖書館海量的、復(fù)雜的館藏資源，采用知識推理可以有效挖掘和推理出潛在的關(guān)系信息，通過提供接近“專、精、深”的搜索查詢功能，為用戶提供“懂需求”的智能服務(wù)，達(dá)到精準(zhǔn)推送。

4 結(jié)語

知識圖譜在高校智慧圖書館建設(shè)中提供精準(zhǔn)的上傳下達(dá)服務(wù)，為知識的大數(shù)據(jù)化合理利用提供優(yōu)質(zhì)路徑，為讀者與高校智慧圖書館之間建立起了網(wǎng)絡(luò)紐帶。預(yù)期在不久將來，基于知識圖譜的高校智慧圖書館結(jié)合人工智能技術(shù)，將會把書、人、時(shí)間和空間有效融合為一個(gè)知識生態(tài)有機(jī)體，通過對讀者各種行為數(shù)據(jù)分析，主動推薦圖書、推送資源，構(gòu)建“會猜想、懂（你）心思”的現(xiàn)代智慧圖書館，實(shí)現(xiàn)無障礙、橫跨時(shí)空的資源共享，資源利用的最大化，為讀者帶來便捷、生動、有趣和智能的閱讀體會。