基于Ontology知识库系统建模与应用研究

知识库系统是制约智能化教学系统有效、实用的一个瓶颈。主要原因有：一是，知识库中的知识不能满足系统的需要，因为要想使知识库的知识包罗万象，是不可能的，也是不现实的；同时，知识的表示也制约了系统的功能。二是，尽管开发了许多智能化教学系统，但很少用知识工程的方法设计知识库。这样势必影响知识的管理、获取和共享，从而影响系统的维护和扩充。因此，如何构建知识库系统是智能化教学系统研究的关键之一。 知识库系统的研究不能只侧重于知识的表示及其推理机制。对于大型知识库系统，由于需要知识共享及知识转换，必须根据建模的思想来开发。 基于Ontology知识库系统的建模，是目前知识工程界研究的热点。把Ontology建模引入到教育技术领域，意义在于，根据Ontology建模和相关知识表示标准及交换协议，建立的知识库，便于知识交流、转换和共享。Ontology形式化地表达了领域知识的基本概念、属性、处理方法和内在关系。这种表述可被重用和共享，便于知识的查找。基于Ontology建立的知识库系统可靠性高，因为，可以通过更可靠的软件对形式化表达的正确性进行检查。通过Ontology可以规范任务的形式化表达，有助于任务的解析，便于明确定义教学过程中学习者和系统的角色及智能教学过程的任务。使用Ontology进行建模，可以使其系统结构、文档和编码都更清晰，便于系统的维护。 本文基于Ontology，研究了知识库系统建模原理，并应用该建模方法建立《数据结构》领域本体模型。在对学习支持系统(SPSS)的设计中，利用领域知识本体模型，有效的支持了知识的共享、获取和管理，也支持了教学系统的开发。 第一章提出了研究的问题。论述了知识库系统的重要性，并综述了相关的研究。 第二章首先探讨了与知识库系统相关的学习技术，智能教学系统和电子绩效支持系统。分别讨论了它们的组成和特点。然后，对学习技术构架与教育资源规范进行了探讨。学习技术标准的体系结构对学科知识库系统的开发具有指导作用。 第三章研究了知识库系统构建的原理。建立知识库涉及到如下几个方面的问题：一是，关于知识的表示。二是，关于知识库的构造。三是，关于知识库的管理(包括知识的获取)。由于知识库的结构是由知识的表示方法决定的，因此，只要根据具体的问题或用户需求和系统的特点，选择好知识的表示方法，那么知识库的结构也就决定了。为了能准确的选择知识的表示方法，建立有效的知识库，就需要对知识进行分析。本章在对知识类型、知识组织进行分析的基础上，主要研究了Ontology建模原理。 第四章基于Ontology对《数据结构》知识库进行设计。该章使用第三章所述的建模方法，对《数据结构》知识库系统建模，包括《数据结构》任务本体和领域本体。分析了知识库系统任务层应具有的功能，设计了推理层(功能层)的教学推理器、算法设计学习器、知识查询与编辑等功能模块，构建了《数据结构》领域本体，并用IDEF5图表和细化描述语言对部分本体进行的描述。 第五章把基于Ontology建立的《数据结构》知识库模型，应用到学习支持系统(SPSS)中。本章我们对学习支持系统(SPSS)进行了设计，并利用《数据结构》知识库系统本体模型建立了知识库，有效地支持了知识的查询和学习指导。 第六章总结研究结论和成果、指出进一步要做的工作。 研究的整体思路是：首先提出问题；然后，研究Ontology建模原理；第三，根据Ontology建模方法建立《数据结构》知识库系统本体模型：最后，把研究成果应用到SPSS开发中。 解决的关键问题：初步建立了基于Ontology知识库系统建模的基本理论和方法体系，构建了《数据结构》本体模型，设计和实现了本体模型的知识查询算法和疑难问题答疑模块，并应用到SPSS系统中。