论文研究-基于本体的语义推理实例研究 .pdf

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基于本体的语义推理实例研究,岳笑峥,,作为下一代Web基础的本体正在被越来越多的人关注,本文首先介绍了本体的概念、描述语言及构建方法,然后在热门的本体编辑器Protégé
山国利技记文在线 http://www.paper.edu.cn 本体进行不断修改和精炼的过程中补充细节。本体的构建的过程分为七步进彳 确定本体的领或和范围。本体开发的第一步必须明确一些基本问题,诸如:该本体针对 什么领域?用途是什么?要措述什么信息?回答哪一类的问题?谁将使用和维护这个本 体?等等。需要注意的是,随着开发的进行,这些问题和它的回答可能会发生变化 考虑重用现有本体。收集和待开发本体相关的其他本体是有价值的。可以精炼、扩充或 修改现有的本体,通常可以避免很多不必要的开发工作。口前网络上已有一些本体库,如 DAML本体库。 列出本体中的重要术语。列岀所关心的术语,这些术语大致表明建模过程所感兴趣的事 物、事物所具有的属性和它们间的关系等 定义类和类的继承。类的继承结构的定义可以采用自顶向下的方法或自底向上的方法, 无论选择哪种方法,都要从定义类开始,选择那些从具体存在的对象中抽象出来的术语作为 本体中的类,然后将它们构成分类等级体系。 定义属性和关系。仅有类对很多问题都不能给出冋答,因此还需要定义概念和概念间的 内部关系。这里所指的关系可分为两种:一种是概念自身的属性,称为内在属性,另一类属 性成为外在属性,也有的文献直接称之为“关系”,通常用于连接概念间的实例。 定义属性的限制。这一步需要定义属性的一些限制,包括属性的基数、属性值的类型以 及属性的定义域和值域。 构建实例。最后还需要为类构建实例。这需要确定与个体最接近的类,然后添加个体进 去作为该类的一个实例,同时要为实例的属性赋值。 4.本体构建工具 protege 简单易用的本体编辑工具对于降低本体开发强度、减少开发成本和加速开发过程都有着 重要意义。一个良好的本体编辑工具应能在本体建模过程中提供书写本体、一致性检查、可 视化、査询、推理,以及将结果转换为不同木伓语言表示格式等功能。最著名的木体编辑工 具当属 Stanford大学廾发的 Protege,最新的版木是2005年6月公布的 Protege3. 1 beta版,包 括了50个样例本伓和58个插件。它是个免费和丌源的本体编辑平台。 Protege基于Java 语言,能在 Windows、 Solaris和 Linux等平台上使用。 Protege采用图形化界面,主界面包 含多个标签,分别支持 Classes、 Slots、 Forms、 Instances和 Qucrics等编辑操作。 Protel支 持OWL、RDF(S)、XML和DAMI+O等体语言,提供了对本体的读入和编辑后的输出, 其中对OWL文件的操作借助了惠普实验室开发的Jena工具包。 Protege中的推理嵌入了 Racer等推理引擎。 Protege支持功能上的可扩展,很多本体应用可直接在它的基础上进行特 定应用的二次开发。插件是 Proteεge中最重要的特色,用户可以根据所需要的功能选择相应 的插件,被选中的插件会以新标签的形式出现在主界面中。 41 Protege的编辑操作 类的编辑。类又叫做概念( Concept,表示对象的集合,是本体最基本、最重要的一个建 模元语,是构建本体的基础。作为本体的骨架支撑起本体的所有结构。 Protege软件对类的 构建在 Class标签中实现,主要分为Name(类的名字)、 Documentation(对类的描述性文本) Constraints(对类的约束)、Role(类所属类型)、 Tem- plate Slots(描述类的属性)。每一个Name 即是一个主题词的名称; Documentation栏中输入的则是对主题词所进行的措述;而对类的 约束 Constraint是通过约束实例( Instance)来描述的,约束实例是由布尔算符构成的; Protege 山国利技记文在线 http://www.paper.edu.cn 中类的类型(Role有两种: Abstract(抽象型)和 Concrete(确定型、选择哪种类型是由所构建的 本体概念所决定的,构建完一个类后,可以继续添加它的下位类 属性的编辑。属性对类进行描述,它可以被用来说明类的共同特征以及某些实例的专有 特征。一个属性是一个二元关系。对属性的构建实在Slot标签中实施的,它分为Name(属性 名字)、 Documentation(对属性的描述)、 Template valuc(属性值)、 Valuc typc(属性类型 Default value(默认佰)、 Domain(所属类)、 Maximum(输入的最大字符数佰)、 Minimum(输入 的最小字符数值)、 Inverse Slo(相反的属性) 实例的编辑。实例也称为个体,类是一个相对抽象的东西,而实例则将概念所表达的某 领域的知识或信息加以实际化。实例的建立是在 Instance标签中实现的,实例继承了它所 代表的类的所有属性,是将抽象的类具体化的形式,在建立的副主题词这一概念里,构建了 名称、注释等属性,并建立分类、教育等与主题词想组配的副主题词实例。一个类的实例可 以不仅仅存在于这个类之下,还可以存在于多个类下。 42 Protege的可视化界面 本体构建的可视化。在编辑的时候将它所有的功能分成多个标签,其中最基本的标签为 Classes(类编辑标签)、Slos(属性编绀标签)、 Forms(将所编辑的类和属性放在一起显小,而 属性中并没有值)、 In--stances(实例编辑标签)、 Queries(查询标签)、 TGVizTab(树状示意图 标签)和 Ontoviz(本体结构图标签)。每种功能都是单独在编辑界面中实施。 本体衣示的可视化。本体示意图可以更加直观地看到所构建的本体, Protege的RDF 本体示意图有两种:树状图和本体结构图。树状图在 TGViz Tab(树状示意图标签)中显示, 它根据上位类和下位类的关系,可以完全把表的树状结构形式展示出来,但是它里面不包括 实例,即所构建的副上题词不会显示在图上。而本体结构图在 Ontovi(本体结构图标签)中 显示,它就可以将构建的本体完全展示出来,包括其中的实例,并且标识区分明显让人一目 了然 木体査询的可祧化。 Protege可以对木体进行可视化查询,即对经过分类组织的信息进 行检索比较,这对信息的可视化组织是一个提示和帮助,非常有意义。 Protege的查询功能 相当强大,在 Queries标签中,它提供了査询检索式的编写,可以将类、属性、实例结合起 米进行查询。属性与检索条件之间有相应的关系词,比如is, Is not, contain等供选择。但 只能对实例进行查询,查询后的结果显示的是实例的名称。用户可以通过 Query li-brary(查 询库)存储检索策略式。 43 Protege的语义网支持 Protege软件可以按照用户要求的文件输出格式,将 Protege内部的本体措述语言转化成 可以用任意形式语言表达的文木格式;具有可以与其他应用程序合并的可扩展的结构,可以 直接用 Protege软件去连接外部的语义模型,比如可以进行特殊推理的推理软件,从而更 好地与语义网的各个外部元件紧密相连,增强其可适用性。 44 Protege的存储及扩展 本体的存储管理系统可分为基于主存、基于文件系统、基于关系数据库3种, protege 采用文件系统,虽然它对数据量较大的情况稍嫌薄弜,但其可视化査询形式非常正规,有规 范化的梲索式和相应的关系词,并配有检索库。还提供两种形式的本体示意图,使得对本体 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 的内容描述更加全面清晰,而且其扩展性强,可以满足不同用户的需要。 5.本体建模实例 实例中定义了两个大类, Animal和 Plant,它的类层次如图2: Herbivore h lattE Anima Carnivore ow: Thing Plant Leat r h 图2推理前类层次关系 生成 Animal.owl文件,部分源代码如图3: 山国利技记文在线 http://www.paper.edu.cn m工Ue"sion=1.g"?> <HdfRRDE xmn5;rdF="ttp:www明3·0r!199952122rdF-5ytdX-ns排 xmlns:xsd=http://www-u3-org/2551/mlschemat xmins:rdfS=http://www-3-org/25题5日lfrdf-schema撑 xmlns:owl=http=//wl Pg/282B7/0W1 xmlns=http://ww.owl-ontologies.com/ontol0gy1179167788.owi#f xml:base=http://www.owl-ontologies.com/dntology1179157738.owl> <owl:Ontology rdf:about=/> <owl- Class rdf:ID=Lion> <rdfs:subClassof <owlEClass rdf:ID=Animal> rdfs:subClassof> Crdfsasubclassofy <oul:Restriction <W]:a11 Ualuesfrom》 oWl:C]u55 rdf:ID-Hcrbiworc> <!0wL:d工1 Ualuesfro Kowl:onProperty> Rowl-0bjectProperty rdf:ID-eat/> /0ⅦI:onPr0 perty <fowl: Restriction> <!rdfs〓5uDG1dss0f <owl:Class> <owl- class rdfsabout=Herbivore> Rdfs:subClassof <D]:Rest贮 lctl n Kowl-onProperty> <owl-0bjectProperty rdf:about=Heat / </owl:onProperty> <owlsallualuesfromx <owl=Class rdf:ID=plant fy </0Ⅵ]:a11 Jaluesfron <!uu工R吧 stricti0n> </rdfsesubclass0f> Crdfs-subclassofy <owl:Glass rdfabout=anImal> <!Pd千 s:sUbH1ass0f <!uw〓1dss 图3 Animalowl文件游代码 在动物本体中,建立狮子类①Lion)和肉食动物类( Carnivore,通过推理机 Racer推理得到 狮子是肉食动物。步骤如下 在 Aninal中建立狮子类和肉食动物类。定义这两个类在同一纵中,即这两个类为兄弟 关系,目的是推理后狮了变成肉食动物的了类 编辑狮了类的属性。定义狮了吃素食动物。 编辑肉食动物的属性。这里建立一个eat的子属性 maleat(主要吃的是),因为肉食性动物 可以吃植物,所以无法单纯的靠cat来推理出Iion是不是肉食性动物。这里定义肉食性动物 maincat的值域是所有的动物。 将肉食动物的 maleat属性变为充分必要条件。 启动 RacerPro推理机进行推论。这时将推理机弹出的信息关闭, protege中间会出现新 的类阶层图,这里狮子类凵经变为肉食动物的子类。并在信息对话框中的 Lion moved from Animal to carnivore。如图4,可以看到狮子类凵经成为肉食动物的子类 山国利技记文在线 http://www.paper.edu.cn TIeS Leaf Plant B『anc awl Thing C Animal Carnivore lIon Herbivore kh Giafte 图4推理后类层次关系 6.小结 本文以动物本体为例给出在 Protege编辑环境下本体构建的基本方法,并应用 Protege 的插件推理机 Racerpro进行了推理。这样可以实现了语义信息的共享,从而提高信息服务 的智能化和自动化程度。 在后续的研究和论文中,我将结合夲体建模理论和本体领域知识模型,实现本体在特 定领域的构建以及前后台代码的编写。开发系统准备采用三层结构,即:表示层、业务逻 辑层和数据层。其中表示层主要用JSP编写,业务逻辑层交由 Jena OWl推理引擎进行推理, 由查询 Beans访问本体库,并负责将查询结果返回给用户,数据层主要负责本体库的存储, 血基于OWL描述的木体正是前面进行智能推理的基础。 参考文献 [1]Beners-Lee T, Hendler J, Lassila O The Semantic Web. Scientific Eriean 2001: (5) [2]owlOverviewRecomendation[eb/ol],http://www.w3.org/tr/2004/Rec-owl.features-20040210/ [3]陆建江,张亚非,周波等.《语义网原理与技术》[M]北京:科学出版社,2007.3 [4 Noy n F, Sintek M, Decker S, et al. Creating Semantic Web Contents with ProtegeEB/OL] http:/icc.Mpei.ru/documents00000829.pdf,2007.6.26 [S]吴淑雷,陈焕东.基于ⅹML试题库系统的设计与研究.海南师范学院学报:自然科学版,2006,19(3) 225228 The research of Instansce for Semantic Reasoning based on Ontology Yueⅹ daozhen g Beijing University of Post and Telecommunication, Beijing(100876) Abstract As a foundation for the next generation of web, ontology is more and more concerned about. First, this paper introduces the concept of ontology, description language, and build method, then shows a specific ontology construction examples in the enviroment of protege which is a popular ontology editor, and then realizes its reasoning Keywords: Semantic; Web OWL; Ontology; Protege; Reasoning

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