本体语言的联系及其逻辑基础分析

第9卷　第4期　2009年2月167121819(2009)420950206　

科　学　技　术　与　工　程

Science Technol ogy and Engineering

　Vol 19　No 14　Feb .2009

Ζ　2009　Sci 1Tech 1Engng 1

综　述

计算机技术

本体语言的联系及其逻辑基础分析

张其文　臧凤奎　李　明

(兰州理工大学计算机与通信学院,兰州730050)

摘　要　为了准确地描述本体,研究人员各自设计了自己的本体表示语言。在如此众多的语言中,认清语言之间的联系及各自的优缺点和选择出合适的语言描述本体成为本体建模工作的一项重要任务。首先分析了本体表示语言的基本特点,其次从纵向的角度总结出了它们之间的相互联系,最后分析了它们的逻辑基础;为学习和选择本体表示语言描述本体提供了理论基础。

关键词　本体 本体表示语言 联系 逻辑基础中图法分类号　TP311.11; 文献标志码　

A

2008年10月30日收到

甘肃省自然科学基金(2007GS04782)资助

第一作者简介:张其文(1975—),男,山西临汾人,讲师,硕士,研究方向:智能信息处理、知识发现和本体。

自从本体概念被引入计算机科学领域以来,表示本体的各种语言也随之被设计。许多文献已经从各个方面对本体表示语言进行了横向的比较

[1—7]

,权衡了语言的描述能力和语言的推理复杂

度,为选择本体语言来描述本体提供了尺度。但是,由于这种横向比较点多而杂(比如,概念、函数、

实例、公理等),从而导致了选择语言的复杂性。而且,这种横向比较也不便于把握众多语言的来龙去脉。为了更好地选择本体表示语言和整体而系统地把握这些语言,本文从纵向的角度总结了本体表示语言的联系,同时,鉴于本体的形式化表示,在此基础上,分析了本体表示语言中的逻辑基础。

1　本体表示语言

本体可用自然语言描述,也可用框架、语义网

络或逻辑语言描述和表示[8]

。但是,自然语言往往

会引起二义性,传统的知识表示语言也存在许多缺

点

[9]

:比如,框架系统缺乏形式理论,可能会产生不

精确性等;一阶谓词逻辑也存在诸如组合爆炸、效率低等局限性,并且,其推理往往会产生不可判定性。于是,基于这些传统的知识表示语言,研究人员开发了各种本体表示语言。基于框架的本体表示语言主要有

[10]

:I nfoSleuth 、I nf omaster 、CO I N 、

KRAFT 、F Logic 、OK BC 和O I L 等;基于一阶谓词逻辑

的本体表示语言主要有

[10]

:Cyc L 、KI F 、Ont olingua 、

Loom 以及Power Loom 等。

1.1　基于一阶谓词逻辑和框架的本体表示语言

F Logic (Fra me Logic )综合了基于框架的语言

和一阶谓词演算,能清楚明白地说明面向对象和基于框架语言的大多数结构方面,F Logic 有一个理论模型和完整有效的基于决策的证明机制

[11]

。

Cyc L 是Cycor p 集团为开发Cyc 常识知识的通

用本体而设计的。Cyc L 是一种形式语言,其语法源于一阶谓词演算和L is p 。但是,为了表达常识知识,

它远远超出了一阶逻辑[12]。

KI F(Knowledge I nterchange For mat)是由斯坦福大学开发建立的一种基于一阶逻辑的形式语言[13]。Ont olingua[14,15]可以看作是基于KI F建立起的一种本体交换语言,其使用一个基于KI F的清晰语义对本体的设计和说明进行支持。Ont olingua将其允许的KI F表达式的集合定义为一个本体,称为“Fra me Ont ol ogy”。Fra me Ont ol ogy以陈述形式说明面向对象的基本表示元素。

OK BC(Open Kno wledge Base Connectivity)[16—18]是由斯坦福大学的KS L和SR I研究所的人工智能中心联合开发的,它的前身是通用框架协议(GFP, Generic Fra me Pr ot ocol)。作为一种纯粹的表示语言,KI F并不包含知识库查询或处理的命令,而OK2 BC则是对KI F的补充。后来还开发了OK BC2L ite,其吸收了OK BC的大多数核心特征。此外,完全符合OK BC协议的OK BC2Ont ol ogy已经开发出来了,并已应用到Ont olingua中[1]。

Loom[19—21]是由美国南加州大学信息科学学院设计并实现的基于一阶谓词逻辑的知识表示语言。它是K L2ONE家族的衍生产物,并且是基于描述逻辑的[1]。后来,南加州大学还推出了Loom的第二代知识表示语言Power Loom[22],它继承了Loom的知识表示方法,并且它的推理引擎更为有效。

OC ML(Operati onal Concep tual Modeling Lan2 guage)[23—25]是由英国Open University的知识媒体研究所在V I T AL项目中开发的。OC ML是一种基于框架的语言。在开发OC ML的过程中还考虑到许多实际因素,其中一个就是与标准(比如Ont olin2 gua)相容,因而它也可以被看作是一种“实用的Ont olingua”。

1.2　基于W eb的本体表示语言

S HOE(Si m p le HT ML Ont ol ogy Extensi on)[26,27]由美国马里兰大学并行理解系统组开发的。它是一种基于HT ML的知识表示语言。SHOE试图提供一种对信息进行标注的方法来表示知识,它在HT2 ML或其他WWW文件中加入机器可理解的语义,使得agent能从网页和文件中收集有用的信息,以改善搜索机制和信息收集。目前,马里兰大学已经把SHOE语法适应到X ML。

OML(Ont ol ogy Markup Language)[28,29]是美国华盛顿州立大学在SHOE基础上开发的一种本体语言。它建立在描述逻辑和概念图的基础上,并允许用一阶逻辑语言表示概念、分类、关系以及公理等。

CK ML(Concep tual Knowledge Markup Lan2 guage)[30—32]可以看作是建立在OML之上并对其进行了扩展的本体描述语言。和OML一样,CK ML 同时具有描述逻辑和框架的特征。OML和CK ML 都采用了X ML作为表示语法。

XOL(X ML2Based Ont ol ogy Exchange Language) [33]是由美国SR I研究院A I中心开发的本体交换语

言。它是在Ont olingua和OML基础上,基于X ML 的语法,结合OK BC2L ite较高的表示能力而开发的。XOL没有提供推理机制。

描述逻辑(Descri p ti on Logics)[34]又称类K L2 ONE系统,它是一阶谓词逻辑的可判定子集。由于早期的知识表示方法(主要有一阶逻辑、框架系统和语义网络等)还存在着缺点:一阶逻辑是不可判定的,而框架表示和语义网络的共同不足是语义不清晰,于是,B rachman在他的博士论文中首次提出了描述逻辑,并实现了第一个描述逻辑系统K L2 ONE。基于描述逻辑的本体表示语言主要有: CLASSI C[35]、BACK[36]、DL ML[37]、KR I S[38]、DAML、O I L、DAML+O I L、OWL等。

RDF(Res ource Descri p ti on Fra me work)[39]是W3C为了创建描述网络资源的元数据而开发的语言,这种语言基于X ML的语法。RDF与X ML是互为补充的,RDF的一个目的就是以一种标准的、可共用的方式来描述基于X ML数据的语义。然而, RDF本身并没有提供专门的机制来描述这些性质,也没有提供任何的机制来描述这些性质与其它资源之间的关系。于是产生了RDFS。RDF Sche ma (RDFS)[40]是RDF的一种语义扩展,它提供了描述相关资源组以及这些资源之间关系的机制,增强了RDF对资源的描述能力。RDFS其实是一组标准RDF资源和属性的集合。

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