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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 基于Protégé的领域本体构建研究 作者：朱丹翔 王璐 郝孝倞 潘宽 来源：《软件工程师》2013年第08期 摘 要：介绍了领域本体构建的基本流程，目的是为了更好地服务于语义web以及搜索引擎等。主要内容包括本体的概念、分类、功能及本体构建的方法、语言和工具，并以Java领域本体库的构建为例详细阐述了本体的构建过程。 关 键 词：领域本体；Protégé；OWL；本体构建；语义Web 1.引言 近年来，基于语义的搜索引擎异常火热，而本体作为语义搜索引擎的基石已成为研究热点。本体是现实世界的模型，构建的本体需要能客观反映现实世界。因此，本体的开发流程应该是一个不断反复迭代的过程，这个反复迭代的过程作用于本体的整个生命周期。 2.本体简介 本体最早起源于哲学，其所研究的是世界万物的本源，即所有事物的客观，真实的存在[1]。在计算机领域有许多对本体这个名词不同的解释， 其中比较有代表性的定义是：“本体是共享概念模型明确的形式化规范说明”。其中，“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”指本体中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，即本体针对的是团体而非个体的共识[2]。 本体根据不同的属性，可以将其进行不同的分类。根据领域依赖程度，可以把本体分为顶级、领域、任务、应用四类。 由于本体功能的强大，目前本体已运用到许多的计算机领域，其中比较突出的是应用于语义网。本体的功能可以总结为三类： （1）作为知识表示方法，主要应用于知识工程和知识管理等[3]。 （2）作为系统分析方法，应用于信息建模、面向对象分析和数据库设计等[4]。 （3）作为信息语义的形式化表示方法，应用于异构信息集成、多智能体系统、语义Web等。 3.本体建模 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 本体建模是一个复杂的过程，涉及了多个学科的知识，包括哲学、逻辑学、知识工程等，目前还没有通用的工程化方法。 本体建模工具主要使用Protégé。Protégé是斯坦福大学基于Java语言开发的本体编辑和知识获取软件，或者说是本体开发工具，它提供了大量的知识模型架构与动作，用于创建、可视化、操纵各种表现形式的本体。 本体描述语言使用OWL（Web Ontology Language）。OWL是W3C开发的一种网络本体语言，用于对本体进行语义描述，有三种子语言，即OWL Lite、OWL DL和OWL Full，而且每个子语言的表达能力递增。 （1）OWL Lite语言，它属于OWL DL语言，主要提供给分类层次比较单一和属性约束比较简单的使用者。 （2）OWL DL语言，它涵盖了OWL语言的所有语言成分，但使用时必须符合一定的约束，受到一定的限制。OWL DL提供了描述逻辑的推理功能，描述逻辑是OWL的形式化基础。 （3）OWL Full语言，它包含OWL的所有语言成分并取消了OWL DL中的使用约束，它将RDFS扩展成为一个完备的本体语言，支持那些无计算性保证但需要非常强表达能力和无使用限制的用户。 4.领域本体构建实例 为了能更好的阐述本体的构建流程，下面以Java领域本体的构建过程为例描述本体构建的基本方法。学科知识可划分成多个知识点， 知识点是系统处理的单元。知识点的大小是根据一定的教学策略或经验、教学目的和教学对象等确定的， 其大小相差可能很悬殊[5]。本文使用的建模工具是Protégé4.2，选择的本体描述语言是OWL Full。本体构建过程主要分为以下八步，具体如图1所示。 （1）确定本体的领域和范围。本实例构建的本体是针对Java领域，所以将Java的所有知识点收集全是本体构建的基础。 （2）领域信息的收集和分析。确定好范围后就可以收集目标领域的概念及信息，例如Java的知识点有“封装”“继承”“多态”“线程”等。 （3）重点概念和关系的确定。确定各个知识点之间的关系，最普通的关系可以是part-of，其他的关系也可以自己定义。每个关系还可以定义逆关系，例如“自动装箱”的逆关系为“自动拆箱”。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn （4）建立本体框架。按照一定的逻辑规则将知识点进行分组，一个本体的框架就大致建立好了。 （5）形式化编码。本研究选择Protégé工具对上述本体框架进行形式化编码。 （6）集成现有本体。对本体库进行优化时，这一步必不可少。 （7）确认和评价。本体建立好后就要投入实际应用过程中，评估标准基本包括：正确性、一致性、可扩展性和有效性。 （8）本体进化。一个好的本体库只有对此过程不断的迭代，才能不断完善。 图2是Java领域本体用Protégé形式化编码后的二级缩略图，使用Protégé可以自动生成对应的OWL代码。这样，一个Java领域本体构建完毕。 5.小结 领域本体的构建依赖于现实世界，由于现实世界是不断变化的，因此构建的本体也需要不断的改善。本文在进行本体构建时采用的是手动构建的方式，未来将尝试使用半自动化甚至自动化的技术构建本体。 参考文献 [1] 李善平，等.本体论研究综述[J].计算机研究与发展，2004，41（7）：1041 -1052. [2] STUDER R，BENJAMINS V R，FENSEL D.Knowledge engineering，principles and methods[J].Data and Knowledge Engineering，1998，25（1/2）：161-197. [3] FEBSEL D.Ontology2based know ledge management[J].IEEE Computer，2002，35（11）：56259. [4] GUARINO N. Formal ontology and information systems[A].In： Proceedings of FOIS’98[C].Trento：IO S Press，1998. [5] 赵蔚，刘秀琴，邱百爽.语义网自适应学习系统中领域本体的构建[N].吉林大学学报（信息科学版），2008，26（5）：514-518. 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 本文来源：https://www.dywdw.cn/8b41d95801768e9951e79b89680203d8ce2f6a26.html
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2022-07-15
