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1、数字地球与数字城市的关键技术 基于本体的信息智能处理数字地球与数字城市讲义之八 张雪虎 北京大学遥感与GIS研究所 2005年11月02日 概述 信息智能处理的含义 本体的含义和用途 一个通用本体的例子 本体的局限性 语义网、本体语言（下节课内容）信息智能处理的概念 信息智能处理是什么意思？ 通过现有的数字地球和数字城市关键技术是否可 以完成信息的智能处理？ 元数据 地理编码 互操作技术（Web Services，Grid Services） 。 信息智能处理往往要求 计算机能够根据对语义的理解进行自动的信息筛选， 处理，融合等工作。 换句话说，智能处理的前提是对语义的理解。什么是语义？语句（
2、苹果）事实语义语言世界现实世界表达眼耳鼻舌身意自然语言计算机语言？如果计算机无法理解语义，它如何进行信息智能处理呢？语义是语言（符合）与现实之间的关联。如果计算机无法像我们一样接触现实世界，那它也就无法理解语义计算机信息智能处理的可能语句1 （苹果）语句2 （食物）事实1事实2导出导致语义语义语言世界现实世界知识工程规律性概念名词 推理规则最直接的知识工程方法 把所有与现实世界对应的单词，词组，语 句以及它们直接的关联关系都显性的表达 出来，输入到计算机中。让计算机根据这 些知识进行信息自动处理。 显然是不可行的！自然语言的内在规律组合性 自然语言是现实的一种表达（representation
3、)。 语义是语言与现实之间的关联。 这种关联并非是完全随机的，而是有规律的。 组合性语言的范例 X 红色 Y 苹果 XY 红色的苹果 XZ 红色的出租车 非组合性语言的范例 X 红色 Y 苹果 XY 恐怖主义分子语言的组合性使得知识的简化表达成为可能！推理的基础比如说，你走在一颗苹果树的下面，看见上面的苹果熟了，你就摘 了一个下来把它给吃了。 你怎么知道这个苹果可以吃？ 也许你以前吃过苹果，但是你怎么知道这个苹果和你以前吃的那个 苹果是一样可吃的呢？ 也许你从没吃过苹果，但是你吃过其他水果。然后别人告诉你苹果 也是一种常见的水果。希望这个简单的例子可以说明推理是基于 分类（苹果，水果）， 类别
4、的属性（红色的，圆圆的。可食用的，有水分的。）， 以及类别之间的关系（苹果是一种水果） 来完成的。本体的一些定义 哲学类 The branch of metaphysics that deals with the nature of being. In short, ontology is the centuries-old branch of philosophy that has as its subject the unchanging features of the universe. Ontology is the science of what is, of the kinds a
5、nd structures of objects, properties, events, processes and relations in every area of reality. 计算机类 Defines the terms used to describe and represent an area of knowledge. Ontologies include computer-usable definitions of basic concepts in the domain and the relationships among them . They encode kn
6、owledge in a domain and also knowledge that spans domains. In this way, they make that knowledge reusable. a representation of some pre-existing domain of reality which: （Barry Smith） (1) reflects the properties of the objects within its domain in such a way that there obtains a systematic correlati
7、on between reality and the representation itself (2) is intelligible to a domain expert (3) is formalized in a way that allows it to support automatic information processing A specification of a conceptualization. （Tom Gruber） Multi-Tiered Ontology（Andrew Frank）为什么有两种观点？0. The physical environment 1
8、. Observations of the environment and activities 2. The reality of objects a. Objects and actions b. Generalizations: classes and operations 3a. Subjective Reality 3b. Social reality Legal reality CommunicationMulti-Tiered Ontology（Andrew Frank）本体的一些实例 万维网分类目录 Yahoo! categories 网上购物的货物目录 A product c
9、atalog 领域标准用语 Unified Medical Language System (UMLS) UNSPSC - terminology for products and services本体知识库的内容比如说我们想建立一个能够回答顾客关于超市商品价格的智能系统例如客户问：今天物美超市的红富士苹果比青光苹果卖得贵吗？我们很自然的可以理解这句话，并通过调查确定这句话是否真实；试着让计算机理解这句话。这种分析可以让我们了解在我们理解这句话之前所积累的大量“常识知识”的 作用： 买卖的概念 价格的概念 贵贱的概念 苹果的概念 种类和品牌的概念 比较的概念 时间的概念 空间的概念一个通用本体
10、的例子 领域本体：某个领域的重要概念和关系的形式化 表达。 通用本体：对于所有领域都重要的概念和关系的 形式化表达。 那么通用本体和领域本体的关系是什么呢？ 没有通用本体，只用领域本体可以不可以？ 有了通用本体，是否还需要领域本体？ 所以通用本体和领域本体的主要区别是 全面性，通用性（不能简化）通用实体的内容 类别的概念 测量的概念 组合的概念 时空的概念 事件和过程的概念 物体的概念 物质的概念 主观对象和信条的概念一个顶层本体类别之间的重要关系 苹果类与水果类的关系 继承，泛化 雄性动物与雌性动物 排斥关系 中国56个民族与中国的关系 组合关系（组合成完整的，无缝的超类） 正数，0，负数与
11、实数的关系 分割关系（相互排斥类别无缝组合成完整的超 类）基于类别的推理 基于属性的推理： 观察苹果（分类）可以吃，甜的或酸 的 基于关系的推理： 观察动物非雌即雄（分区）量测的概念 比如说我的体重 80公斤 170磅 160市斤 量化的测量可以轻松表达：数值单位 让我试试量测我的相貌 很美？ 很丑？ 还行？ ？ 否定这是本体的一部分？采用模糊逻辑？排序？组合的概念 例如：人是由许多部分组合而成的 鼻子（类）和人（类）的关系是什么？ 鼻子是人的一部分 鼻子也可以不是人的一部分（而是猫的一部分） 一个人只有一个鼻子 每个人都有鼻子 多重性的概念（实体关系模型） 那鼻子和嘴的关系呢？ 结构的概念时
12、空的概念和事件的概念时间的例子： 今天 明天 20世纪 可以用时段的方式表达（先，后，包含） 空间的例子： 地球 北京市区 我的宿舍 欧几里德空间（包含，临近，。） 事件的例子： 第二次世界大战 上周六的班会 班会上周行发言 部分时空中事物的集合 事件之间可以有关系（包含。）时空事件的例子 2003年中东发生了一次战争？ 战争（分类）2003年（时段）的某个事件 中东地区（地方）的某个地点 我今天中午是从饭堂到教室的 。如何建立本体 Defining terms in the domain and relations among them Defining concepts in the do
13、main (classes) Arranging the concepts in a hierarchy (subclass-superclass hierarchy) Defining which attributes and properties (slots) classes can have and constraints on their values Defining individuals and filling in attribute and property values “Ontology Development 101: A Guide to Creating Your
14、 First Ontology” by Natalya F. Noy and Deborah L. McGuinnessOntology工程的工具Protg http:/protege.stanford.edu/index.html本体方法的本质问题分类的难题（主观性） A: Marxism-Leninism（前苏联图书体系） A1: Classic works of Marxism-Leninism A3: Life and work of C.Marx, F.Engels, V.I.Lenin A5: Marxism-Leninism Philosophy A6: Marxist-Leni
15、nist Political Economics A7/8: Scientific Communism Dewey, 200: Religion（） 210 Natural theology 220 Bible 230 Christian theology 240 Christian moral & devotional theology 250 Christian orders & local church 260 Christian social theology 270 Christian church history 280 Christian sects & denominations 290 Other religions另外一个例子美国国会图书馆D: History (general) DA: Great Britain DB: Austria DC: France DD: Germany D
