Ontology理论研究和应用建模

Ontology理论研究和应用建模——《Ontology研究综述》、w3c Ontology研究组文档以及Jena编程应用总结1 关于Ontology

1.1Ontology的定义

Ontology最早是一个哲学的范畴，后来随着人工智能的发展，被人工智能界给予了新的定义。然后最初人们对Ontology的理解并不完善，这些定义也出在不断的发展变化中，比较有代表性的定义列表如下：

关于最后一个定义的说明体现了Ontology的四层含义：

●概念模型（cerptualization）

通过抽象出客观世界中一些现象（Phenomenon）的相关概念而得到的模型，其表示的含义独立于具体的环境状态

●明确（explicit）

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（formal）

Ontology是计算机可读的。

●共享（share）

Ontology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，它所针对的是团体而不是个体。

Ontology的目标是捕获相关的领域的知识，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）和词汇之间相互关系的明确定义。

1.2Ontology的建模元语

Perez等人用分类法组织了Ontology，归纳出5个基本的建模元语（Modeling Primitives）：●类（classes）或概念（concepts）

指任何事务，如工作描述、功能、行为、策略和推理过程。从语义上讲，它表示的是对象的集合，其定义一般采用框架（frame）结构，包括概念的名称，与其他概念之间的关系的集合，以及用自然语言对概念的描述。

●关系（relations）

在领域中概念之间的交互作用，形式上定义为n维笛卡儿积的子集：R:C1×C2×…×

C n。如子类关系（subclass-of）。在语义上关系对应于对象元组的集合。

●函数（functions）

一类特殊的关系。该关系的前n－1个元素可以唯一决定第n个元素。形式化的定义为F:C1×C2×…×C n-1→C n。如Mother-of就是一个函数，mother-of(x,y)表示y是x的母亲。

●公理（axioms）

代表永真断言，如概念乙属于概念甲的范围。

●实例（instances）

代表元素。从语义上讲实例表示的就是对象。

在实际建模过程中，概念之间的关系不限于上面列出的4种基本关系，可以根据领域的具体情况定义相应的关系。

1.3Ontology和语义网络

1.4Ontology的描述语言

目前在具体应用中Ontology的表示方式主要有4类：

●非形式化语言

●半非形式化语言

●半形式化语言

●形式化语言

可以用自然语言来描述Ontology，也可以用框架、语义网络或逻辑语言来描述。

目前普遍使用的方法列表如下：

1.5已有的Ontology及其分类

●知识表示Ontologies

●普通Ontologies

●顶级Ontologies

●元（核心）Ontologies

●领域Ontologies

●语言Ontologies

●任务Ontologies

●领域－任务Ontologies

●方法Ontologies

●应用Ontologies

但它们之间有交叉，层次不够清晰。

1.6构造Ontology的规则

出于对各自问题域和具体工程的考虑，构造Ontology的过程各不相同。目前没有一个标准的Ontology的构造方法。最有影响的是Gruber在1995年提出的5条规则：

●明确性和客观性：Ontology应该用自然语言对所定义的术语给出明确、客观的语义定义。

●完全性：所给出的定义是完整的，完全能表达所描述的术语的含义。

●一致性：由术语得出的推论与术语本身的含义是相容的，不会产生矛盾。

●最大单调可扩展性：向Ontology中添加通用或专用的术语时，不需要修改已有的内容。

●最小承诺：对待建模对象给出尽可能少的约束。

目前大家公认在构造特定领域的Ontology的过程中需要领域专家的参与。

2 Ontology的研究和应用

Ontology的研究和应用主要包括以下3方面：

●理论上的研究，主要研究概念及其分类，Ontology上的代数；

●信息系统中的应用，主要包括处理信息组织、信息检索和异构信息系统互操作问题；

●Ontology作为一种能在知识层提供知识共享和重用的工具在语义Web中的应用。

2.1Ontology的理论研究

Ontology的理论研究包括概念和概念分类、Ontology上的代数。最有代表性的是Guarino 等人对概念的分类所做的深入和细致的研究，他们从一般的意义上分析了什么是概念、概念的特性、概念之间的关系以及概念的分类，提出了一套用于指导概念分类的可行理论。基于这个理论，他又提出了Ontology驱动的建模方法，在理论上为建模提供了一个通用的模式。

Guarino认为概念之间的差别不仅体现在概念的定义上，同时也体现在概念的某些特性上。从这些特性出发，归纳出概念的元特性（最基本的特性），从而用公式给出元特性的严格的形式定义。在此基础上，他们又讨论了元特性之间的关系和约束，最终把研究结果作为概念分类的基本理论工具并提出一套完成的概念分类体系结构。

Guarino的理论可以归纳如下：

概念分类理论的基础是概念的元特性。以概念的元特性为出发点，按照一定的规则，把具有相同元特性组合的概念归为一类，进而给出一般意义上的概念分类体系。概念的基本元特性包括：持久特性、非持久特性、反持久特性、半持久特性、载体标识特性、支持标识特性、外部依赖特性等。

以下是对各种特性的说明：