多学科领域本体设计方法的研究

本体原是哲学上的概念。20世纪90年代以来,国际计算机界举行了多次关于本体的专题研讨会,本体技术已经发展成为知识表示、知识管理、知识共享、知识复用中的主流技术之一,正成为自然语言处理、Web信息检索、数据库和知识库管理、异构数据集成、数字图书馆、GIS、语义Web等研究领域共同关心的一个核心课题。 本体研究的主要目标在于实现某种程度的知识共享和重用。本体能够辅助用户实现这一目标的原因在于:首先,本体分析澄清了领域知识的结构,识别出领域概念的本质和联系,从而为知识共享打好基础。其次,本体对领域的分析结果可以重用,从而避免了重复的领域知识分析。最后,本体采用语义明确、定义统一的术语和概念使知识共享成为可能。 然而,构造一个多学科领域本体是一项十分困难的工作。本文的核心目标是在框架本体的基础上,建立一种适合于多学科领域本体的设计和分析的方法,同时适合于领域知识获取和表示。我们称该方法为MDOS。从本体角度看,这一方法能够帮助本体工程师回答三个方面的问题: 1)领域概念化:如何确定领域中的类?如何建立它们之间的关系?这些关系具有什么性质(或公理)?如何确定类中的槽?如何命名这些槽?这些槽具有哪些性质(或公理)? 2)本体表示:如何表示本体?如何使得这种表示是形式化的、自然的,同时也是有效的? 3)本体分析:如何分析和发现类、个体、槽和公理中存在的问题(包括不一致性、冗余、不完备等)? 本文主要的工作和创新点如下: 1)在分析了大量的本体语言和多学科领域知识的基础上,提出了一套领域本体构建的基本原则和方法。该方法将本体建设分为三个主要阶段,即领域分析、本体和知识的表示、本体和知识的分析。本方法已应用于十九个学科或其分支的本体建设和相应的知识获取。 2)在领域的分析方面,本文提出了多层次多维度分析方法MLMPA,从宏观与微观、独立与依赖、表面与本质、动态与静态、整体与部分等多个层次和多个角度对领域进行全面而深入的分析。 3)在本体和知识表示方面,本文定义了一种适合多学科领域知识描述的语言MDOSL。MDOSL综合了框架、逻辑和过程的表示方式,表示灵活、自然,表达能力强,能够表示多个学科的不同类型的知识。MDOSL还充分考虑了汉语自然语言的表达规律和特点,通过定义多维槽等方式高效、灵活地表达知识,便于知识的获取和应用。另外,MDOSL还把本体表示与知识表示结合在一起,符