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1、ITA? ?信息系统 ?*本文系国家社会科学基金项目 ? 汉语框架网络知识本体构建研究 的成果之一, 项目编号:06CTQ004 。! 贾君枝,刘艳玲 (山西大学 ? 管理学院, 山西? 太原 ? 030006)顶层本体比较及评估*? ? 摘? 要: 元本体、顶层本体、领域本体、任务本体和应用本体构成了本体的主要类型, 其中顶层本体表达常识性基本概念, 领域本体的设计者通常基于顶层本体已定义的概念及概念之间的关系来构建领域的概念, 从而更好地实现本体与本体之间的重用与集成。本文对 SUMO、OpenCyc 、 DOLCE三个顶层本体的结构体系进行了分析, 结合开放许可度、结构化、成熟度 3个评
2、价指标, 比较这 3个现有的较为完备的顶层本体, 以帮助本体设计者选择具备发展前景、在国际范围应用广泛的顶层本体。关键词: 顶层本体; 顶层共用知识本体;OpenCyc ;DOLCE; 评估Abstract :Ontology ismade up ofmeta ontology , upper ontology , do main ontology ,task ontology and applica?tion ontology . Among the m,the upper ontology is used to express the basic concept of co mmon kn
3、ow ledge . The de?signers of domain ontology usually construct the do main concepts based on the defined concepts and relations a mongconcepts of upper ontology in order to reuse and integrate ontologies . This paper gives an analysis of the constructionsystem of SUMO, OpenCyc andDOLCE andmakes a co
4、mparison of the 3 relativelymature upper ontologies in orderto help designers choose well ?developed andw idely used ontology .Keywords :upper ontology ;SUMO;OpenCyc ;DOLCE;evaluation? ? 近 10年来, 起源于哲学领域的本体在知识工程及其相关的应用领域获得了广泛的关注。目前, 人们已经将本体广泛应用于软件工程、自然语言理解、多问题求解、多Agent系统等许多领域, 成为知识表示、知识管理、知识共享、知识重用的主
5、流技术之一。本体的类型归纳为以下几类: 元本体、顶层本体、领域本体、任务本体和应用本体。事实上在顶层本体和领域本体间还存在着起到衔接作用的中层本体。顶层本体是各领域本体研究的基础, 如果对国际上已开发的或正在开发的各种顶层本体能做出正确判断和评价, 将有利于我们选择具备良好发展前景、在国际范围内应用广泛的顶层本体。通过引用顶层本体的概念、公理、断言来构建领域本体, 以保证领域本体概念与顶层本体概念的一致性, 更好地实现所构建的领域本体与顶层本体之间的互操作问题。1? 顶层本体的作用顶层本体(Upper Ontology),有的文献称作通用本体、上层本体或基本本体, 它们表达的意义是相同的。顶层
6、本体通常表达常识性概念, 其概念主要局限在基本的、普遍的、抽象的和哲学上的概念, 如空间、时间、事件、行为等, 与具体应用无关。顶层本体构建的结构体系很大程度上取决于设计者对客观世界的认识程度, 设计者在概念及概念关系的构造过程中面临着多种选择, 如描述与修正观、繁杂与简约观、普遍与特殊观、3D与 4D观等。描述性本体从人类认知、自然语言、社会文化现象角度描述事物和发生的事件, 其所描述的概念不一定与真实世界相对应, 修正性本体从哲学及科学角度描述真实世界,要求本体不能够随意添加, 要与客观世界建立一一对应关系。繁杂性本体强调事物个体的独立性, 尽可能用丰富的概念来描述世界, 相反简约性本体认
7、为概念应尽可能地少, 尽量用最小的概念数目来推导出复杂现实, 通常修正性本体表现为简约化。普遍性本体认为实体可以被实例化,而特殊性本体认为实体不能被实例化, 本体中属性与关系则表现为普遍性观点, 通常所有顶层本体都是普遍与特殊的统一。3D与 4D差别在于随时间的变化对事物认识的差异。3D认为在任何时间段事物整体出现, 如时间 T 事物有属性 A, 时间 T 事物有属性 B;4D 认为在每一时间段事物以部分出现, 时间 T 的属性 A与时间 T的属性 B描述的事物部分不同。顶层本体作为高层的独立于领域的本体, 它使完全相异的系统可以使用一个共同的知识库, 并且从顶层本体衍生出领域本体。1?1?
8、用于构建新的领域本体利用顶层本体来构建领域本体, 既减少本体构建过程的复杂性, 省时省力, 又使得多个本体之间的映射变得容397?#情报理论与实践 #? ?信息系统 ?ITA易。当前领域本体的构建主要有 3种方法: 自顶向下法、自底向上法、混合法。尤其是自顶向下的方法, 以顶层本体作为构建活动的理论框架, 领域本体设计者可以充分利用在顶层本体中已有的知识和丰富经验, 将顶层本体作为领域本体中概念推导的基础, 继承顶层本体的一些概念及概念之间的关系, 并生成领域本体的新概念及关系, 且解决本体之间的冲突及不一致性。1?2? 实现与其他本体的互操作由于系统交换的词汇意义不同, 给信息共享与交换造成
9、了困难, 为保证所交换的信息在语义上一致性, 更好地图 1?SUMO 顶层本体结构实现本体与本体之间的 重 用 与 集 成,需实现真正的信息互操作与集 成。多个领域本体可以在同一顶层本体的基础上构建,如果相关的领域本体都映射到公用的顶层本体后,这些本体之间因为共享术语和定义,可以实现互操作。2? 现有顶层本体项目目前, 许多组织和研究机构正在进行本体标准化的研究, 其中有两个比较重要的项目是 IEEE标准顶层本体工作组项目和 WonderW eb的顶层本体项目。 IEEE标准顶层本体工作组项目隶属于 IEEE标准协会并且由电器与电子工程协会发起, 其目标是规定一个顶层本体框架, 使得计算机可以
10、用它来进行数据交互、信息搜索、自动推理和自然语言加工,当前该组织考虑建议将顶层共用知识本体( SuggestedUpperM erged Ontology,SUMO )、Cyc顶层本体( Upper Cyc Ontology ,UCO )、信 息流框 架( Infor mationFlo w Fra mework,IFF) 作为候选顶层本体。W onderW eb是欧盟信息社会委员会的研究项目, 项目联盟成员包括大学和工业界, 该项目同时与美国高级研究计划局( DAR?PA) 和万维网联盟(W 3C) 组织合作。项目的目标是建设支持语义网的本体基础设施。项目的主要目标包括: 本体语言的研究和制
11、定、本体构建模式的研究、基础本体库的建设以及应用工具的建设等。目前该本体库已有 3个模块: 语言及认知工程的描述本体( Descriptive Ontology forLinguistic and Cognitive Engineering ,DOLCE)、对象中心高层参考本体( the Object?centered H igh?level Reference ,O?CHRE) 和基础形式本体(Basic For malOntology ,BFO )。2?1?SUMOSUMO最初由奈尔斯(N iles Ian) 和皮斯( Pease Ad?a m) 共同开发, 现在由技术知识公司(Tekno
12、 w ledge Corpo ?ration) 维护 1。它从合并多个顶层本体而来, 描述了人类认知及现实世界的范畴, 采用 SUO?KIF格式, 并与一些中层本体如 M ILO和领域本体建立了联结。SUMO包含了 1 770个概念、 7 278个断言和 1 240条规则。图 1显示了 SUMO 的结构。 SUMO 可分为 11个可分离的模块, 实体是 SUMO 的最顶层概念。其被划分为?物理 和 ? 抽象 实体两大类。物理实体又被划分为对象和过程。抽象实体分为数量、属性、集合、关系、命题、图表和构图元素。2?2? Cyc顶层本体Cyc是位于美国德克萨斯州奥斯汀的微电子及计算机科技公司 (M
13、icroelectronics and Co mputer Technology Corpo ?ration, MCC) 的研究项目, 该项目启动于 1984年, 由里南 ( LenatDouglas) 教授主持, 其目的是通过建立常识库支持自然语言处理 2。Cyc中的知识用一阶谓词逻辑的变种 CycL表达。知识库中包含简单的声明、推理规则和推理控制规则。在知识库的基础上, 可以使用推理机产生新的推断。Cyc本体按照模块化组织,模块称为微理论, 某一领域本体可能包括多个微理论, 以反映该领域建模的不同侧面和前提, 每个微理论包含一组断言和假设。一个微理论可以由遗传或扩充另一个微理论而成。Ope
14、nCyc 是Cyc技术的开放版本, 目前 Cyc本体有 10万条原术语,6 000个概念,6万条断言, 这些断言使得概念之间互相关联, 互相牵制, 从而使概念得到了有效的定义。OpenCyc顶层本体中最高层实体是 ?事物 ,? 事物 又分成 ? 个体、部分 无形的事物、数 学的或计算 的事物 。 ?数学的或计算的事物 是没有时间和空间属性的抽象实体。?个体事物 定义了非集合性的个体, 个体是具有时间和空间属性的具体事物, 可以再划分出 ? 子模块, 包含部分无形的个体、时间事物、空间事物 等特殊398# 第 30卷 2007年第 3期 # ?ITA? ?信息系统 ?个体。图 2就是 OpenC
15、yc顶层本体结构图的一部分。该本体概念较为丰富, 对存在的事物及其时间状态作了明确区分, 同时描述了抽象实体, 如组或集合、时间事物、空间事物等具体个体。图 2?OpenCyc顶层本体结构图 3?DOLCE本体的结构2?3?DOLCEDOLCE ( Descriptive Ontology for L inguistic and Cogni ?tive Engineering) 是由 W onder W eb项目的应用本体实验室研究员联合开发的基础本体 3。它采用描述及其繁杂性的方法来描述人类的认知、文化、社会习俗等概念, 旨在捕获自然语言及人类基本常识4。DOLCE基本结构见图 3。将实体划
16、分为 3D、 4D 、性质、抽象实体, 3D实体进一步可详细划分为有时空属性的物质性实体和无时空属性的非物质实体。 4D 根据时间特性进一步划分为事件、状态。性质分为时间属性、物质属性、抽象属性, 抽象分为事实、地区、集合。3? 顶层本体的评估任何一个顶层本体的评估都需考虑两方面的因素: 一是知识表示语言的可表达性, 二是本体的结构体系, 主要依赖于构造过程的选择、假设及其所做的承诺。本体评估目的在于全面了解所评估的本体的质量, 以选择适合的顶层本体, 以备未来新领域本体的构造及其本体之间的互操作, 从一定意义上说评估标准的制定具有相对性, 它依赖于领域本体构建的目的及实际应用范围。目前研究者从各个角度提出多个评估指标 5, 我们只选择开放许可度、结构化、成熟度 3个指标来评价这 3个现有的较为完备的顶层本体。3?1? 开放许可度开放许可度有助于促进顶层本体与其他本体的信息共享及互操作性。完全开放许可意味着本体可以被自由使用或者扩展, 而不加任何限制。一定程度的开放意味着本体提供者要求本体使用者遵循一定的使用条款及许可条件,实现部分限制条件
