Ontology研究综述 (1)

［2］ ， 即 “ OntoIogy 是概念模型的明确 l993 年， Gruber 给出了 OntoIogy 的一个最为流行的定义 ［3］ 的规范说明” 。后来， 给出了 OntoIogy 的另外一种定义 “ OntoIogy 是共享概 ： Borst 在此基础上，
念模型的形式化规范说明” 。 Studer 等对上述两个定义进行了深入的研究， 认为 OntoIogy 是共 ［4］ 享概念模型的明确的形式化规范说明。这包含 4 层含义 ： 概念模型 （ conceptuaIization） 、 明确 、 形式化 （ formaI） 和共享 （ share） 。 “概念模型” 指通过抽象出客观世界中一些现象 （ Phe（expIicit） 的相关概念而得到的模型。概念模型所表现的含义独立于具体的环境状态。 “明确” nomenon） 指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。 “形式化” 指 OntoIogy 是计算机可读 的 （即能被计算机处理） 。 “共享” 指 OntoIogy 中体现的是共同认可的知识， 反映的是相关领域 中公认的概念集， 即 OntoIogy 针对的是团体而非个体的共识。 OntoIogy 的目标是捕获相关领域 的知识， 提供对该领域知识的共同理解， 确定该领域内共同认可的词汇， 并从不同层次的形式 化模式上给出这些词汇 （术语） 和词汇间相互关系的明确定义。
1.5
已有的 Ontology 及其分类
732

北 京 大 学 学 报（自 然 科 学 版）
第 38 卷
中的概念是公认的， 至少在某个特定的领域是公认的。一般情况下， OntoIogy 是面向特定领域， 用于描述特定领域的概念模型。语义网络从数学上说， 是一种带有标记的有向图。它最初用 于表示命题信息， 现广泛应用于专家系统表示知识。语义网络中节点表示物理实体、 概念或状 态， 连接节点的边用于表示关系。语义网络中对节点和边没有其他特殊的规定， 因此语义网络 描述的对象或范围比 OntoIogy 广。例如， 语义网络可以表示一句话， 如 “我的汽车是红色的” 。 但是 OntoIogy 显然不适合于这类的表示， 它侧重于表现整体的内容， 如团体组织 （学校） 的内部 构成等。在表示的深度上， 语义网络不如 OntoIogy。语义网络对建模没有特殊的要求， 但是 元语、 类、 关系、 函数、 公理和实例， 其中公理可以看作是 OntoIogy 中的 OntoIogy 却有 5 个要素： 约束。OntoIogy 通过这 5 个要素来严格、 正确地刻画所描述的对象。语义网络的建立可以不要 求有相关领域的专业知识， 因此比较容易建立。而 OntoIogy 的建立必须要有专家的参与， 相对 而言更加的严格和困难。需要专家的参与是目前 OntoIogy 主要缺点之一， 如何通过知识挖掘 手段自动获取 OntoIogy 是目前， 也是今后研究的重点。
1.2
Ontology 的建模元语
在文献 ［5］ 中， 他归纳出 OntoIogy 包含 5 个 Perez 等人认为 OntoIogy 可以按分类法来组织， 基本的建模元语 （ModeIing Primitive） 。这些元语分别为： 类 （ cIasses） ， 关系 （ reIations） ， 函数 （ func， 公理 （ axioms） 和实例 （ instances） 。通常也把 cIasses 写成 concepts。 tions） 概念的含义很广泛， 可以指任何事物， 如工作描述、 功能、 行为、 策略和推理过程等等。关 系代表了在领域中概念之间的交互作用。形式上定义为 I 维笛卡儿乘积的子集： R： Cl X C2 子类关系 （ subcIass-of） 。函数是一类特殊的关系。在这种关系中前 I - l 个元 X … X CI 。如： 素可以惟一决定第 I 个元素。形式化的定义如下： F： Cl X C2 X … X CI - l ! CI 。例如 Mother其中 Mother-of（ x ， 表示 y 是 x 的母亲， 显然 x 可以惟一确定他的母亲 of 关系就是一个函数， y） 比如概念乙属于概念甲的范围。实例代表元素。 y 。公理代表永真断言， 从语义上分析， 实例表示的就是对象， 而概念表示的则是对象的集合， 关系对应于对象元 组的集合。概念的定义一般采用框架 （ frame） 结构， 包括概念的名称， 与其他概念之间关系的 集合， 以及用自然语言对该概念的描述。基本的关系有 4 种： part-of， kind-of， instance-of 和 at类似于 tribute-of。 part-of 表达概念之间部分与整体的关系； kind-of 表达概念之间的继承关系， 面向对象中的父类和子类之间的关系， 给出两个概念 C 和 D ， 记 C' = ｛x I x 是 C 的实例｝ ， D' = ｛x I x 是 D 的实例｝ ， 如果对任意的 x 属于 D' ， 则称 C 为 D 的父概念， x 都属于 C' ， D 为 C 的子 概念； 类似于面向对象中的对象和类之间的关 instance-of 表达概念的实例和概念之间的关系， 系； “价格” 可作为概念 “桌子” 的一 attribute-of 表达某个概念是另外一个概念的属性。例如概念 个属性。在实际的应用中， 不一定要严格地按照上述 5 类元语来构造 OntoIogy。同时概念之间 的关系也不仅限于上面列出的 4 种基本关系， 可以根据特定领域的具体情况定义相应的关系， 以满足应用的需要。
北京大学学报 （自然科学版） ， 第 38 卷， 第 5 期， 2002 年 9 月 Acta Scientiarum NaturaIium Universitatis Pekinensis，VOI. 38，NO. 5（ Sep， 2002）
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Ontology 研究综述
（973） 资助项目 （ Gl999032705） l）国家重点基础研究发展规划 收稿日期：200l-09-ll；修回日期：2002-03-28
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捷3
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第5期
邓志鸿等：OntoIogy 研究综述
73l
在文献 ［l ］ 中， 他们将 OntoIogy 定义为 “给出构成相关领域词汇的基本术语和关 Neches 等人， 系， 以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义” 。
邓志鸿2
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1）
唐世渭3
）
张
铭2
）
杨冬青2
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陈
（2） 北京大学计算机系，3） 北京大学视觉与听觉处理国家重点实验室， 北京， l0087l） 摘 要 通过概念之间的关系来描述概念的语 OntOIOgy 是描述概念及概念之间关系的概念模型，
义。作为一种有效表现概念层次结构和语义的模型， OntOIOgy 被广泛地应用到计算机科学的众多 从 OntOIOgy 的定义、 领域。本文作者对目前 OntOIOgy 的研究与应用现状进行了综述性地介绍， OntOIOgy 理论研究、 OntOIOgy 在信息系统中的应用以及在语义 Web 中的地位等方面加以了系统阐述。 关键词 OntOIOgy；信息系统；语义 Web；XML；RDF TP 30l；TP 39l 中图分类号
1.4
Ontology 的描述语言
［6］ 在具体的应用中， 主要可分为 4 大类 ： 非形式化、 半 OntoIogy 的表示方式可以多种多样， 也可以用框架、 语义网络 非形式化、 半形式化、 形式化语言。可以用自然语言来描述 OntoIogy，
或逻辑语言等来描述 OntoIogy。虽然具体描述 OntoIogy 的方法很多， 但是目前使用最普遍的方
1.3
Ontology 与语义网络
作为知识表示工具， 并且均可 OntoIogy 与语义网络非常相似。它们都是表示知识的形式， 以通过带标记的有向图来表示， 适合用于逻辑推理。但从描述的对象或范围而言， OntoIogy 与 语义有所区别。OntoIogy 是对共享概念模型的规范说明， 这里所说的 “共享概念模型” 指该模型
0
引
言
近些年来， 随着计算机应用需求的不断增强， 计算机科学与技术的发展日新月异。然而在 这种快速发展的同时， 也面临着种种的困难。主要的困难包括： 知识的表示、 信息的组织、 软件 的复用等。特别是由于因特网的快速发展， 面对信息的海洋， 如何组织、 管理和维护海量信息 并为用户提供有效的服务也就成为一项重要而迫切的研究课题。为了适应这些要求， OntOIOgy 作为一种能在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型建模工具， 自被提出以来就引起了 国外众多科研人员的关注， 并在计算机的许多领域得到了广泛的应用， 如知识工程、 数字图书 馆、 软件复用、 信息检索和 Web 上异构信息的处理、 语义 Web 等。 本文对 OntOIOgy 及相关的应用和研究进行了系统的分析， 希望对相关领域的同行有抛砖 引玉的作用。首先， 第二节系统地阐述了 OntOIOgy 的定义、 建模元语、 OntOIOgy 的描述语言、 On第三节对当前有关 OntOIOgy 的理论研究、 在信息系统中的 tOIOgy 的分类及其构造规则。其次， 应用以及在语义 Web 中的作用进行了分析， 并总结了当前 OntOIOgy 在信息系统中的应用模式， 指出在语义 Web 中 OntOIOgy、 第四节给出了本文的总结。 XML 和 RDF 三者之间的关系。最后，
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Ontology
本节首先给出 OntOIOgy 的定义， 然后介绍 OntOIOgy 的建模元语， 接着阐述了 OntOIOgy 的描 述语言， 并分析了 OntOIOgy 的分类体系， 最后介绍 OntOIOgy 建模的规则。
1.1
Ontology 的定义
从哲学的范畴来说， OntOIOgy 最早是一个哲学上的概念， OntOIOgy 是客观存在的一个系统的 解释或说明， 关心的是客观现实的 抽 象 本 质。在 人 工 智 能 界， 最 早 给 出 OntOIOgy 定 义 的 是