本体的概念和应用总结

一、Ontology 的定义：

Ontology 是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。Ontology 是对概念模型的明确的、形式化的、可共享的规范。

这包含4层含义：概念模型( conceptualization)、明确(explicit)、形式化( formal)和共享(share)。

概念模型：指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。概念模型所表现的含义独立于具体的环境状态。

明确：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Ontology 是计算机可读的(即能被计算机处理)。

共享：指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,即Ontology 针对的是团体而非个体的共识。

Ontology 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。

补充1：在与领域的本体概念

计算机科学信息科学在与领域，理论上，本体是指一种“形式化的，对于共享概念体系的明确而又详细的说明”。本体提供的是一种共享词表，也就是特定领域之中那些存在着的或概念及其属性和；或者说，本体就是一种特殊类型的，具有结构化的特点，且更加适合于在之中使用；或者说，本体实际上就是对特定之中某套及其相互之间的形式化表达（formal representation）。

计算机科学信息科学对象类型相互关系术语集计算机系统领域概念关系二、Ontology 的建模元语

Perez 等人认为Ontology 可以按分类法来组织,他归纳出Ontology 包含5个基本的建模元语(Modeling Primitive)。这些元语分别为：类(classes),关系(relations),函数(functions),公理(axioms)和实例(instances)。通常也把classes 写成concepts 。

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。

类：集合（sets ）、概念、对象类型或者说事物的种类。

关系代表了在领域中概念之间的交互作用。形式上定义为n 维笛卡儿乘积的

子集: R : C1 ×C2×…×Cn。如: 子类关系( sub class of)。

函数是一类特殊的关系。在这种关系中前n-1个元素可以惟一决定第n个元素。形式化的定义如下: F :C1 ×C2×…×Cn - 1 →Cn。例如 Mother-of 关系就是一个函数, 其中 Mother-of (x,y) 表示y是x的母亲,显然x可以惟一确定他的母亲y。

公理代表永真断言,比如概念乙属于概念甲的范围。

实例代表元素。

补充2：附加的元素

属性：对象（和类）所可能具有的属性、特征、特性、特点和参数。

约束（限制）：采取形式化方式所声明的，关于接受某项断言作为输入而必须成立的情况的描述。。

规则：用于描述可以依据特定形式的某项断言所能够得出的逻辑推论的，if-then（前因－后果）式语句形式的声明。

事件：属性或关系的变化。

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attribute 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,类似于面向对象中的父类和子类之间的关

C′D′={x|x是D的实例},如果对任意系,给出两个概念C和D,记= {x|x是C的实例},

的x属于,x都属于,则称C为D的父概念, D为C的子概念;

D′C′

instance of表达概念的实例和概念之间的关系,类似于面向对象中的对象和类之间的关系;

attribute of表达某个概念是另外一个概念的属性。例如概念“价格”可作为概念“桌子”的一个属性。

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Ontology。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。

简单的本体示例：关于动物的概念及其相互关系所构成的语义网络

三、Ontology 的描述语言

在具体的应用中, Ontology的表示方式可以多种多样, 主要可分为4大类：非形式化、半非形式化、半形式化、形式化语言。

(1) 完全非形式化的: 用自然语言自由、随意地表达；

(2) 半非形式化的: 用受限定的、结构式自然语言表达；

(3) 半形式化的: 用人工定义的形式语言表达；

(4) 严格形式化的: 用这些属性的形式语义、定理和证明严格、仔细地定义术语, 并使之具有确定性和完整性。

虽然具体描述Ontology的方法很多, 但是目前使用最普遍的方法是Ontolingua、CycL和Loom等。

Ontolingua 是一种基于KIF( knowledge interchange format ) 的, 提供统一的规范格式来构建Ontology的语言。Ontolingua 为构造和维护Ontology 提供了统一的、计算机可读( 可处理) 的方式。由Ontolingua 构造的Ontology 可以很方便地转换到各种知识表示和推理系统, 使得对Ontology 的维护与具体使用它的目标表示系统分离开来。可以把Ontolingua 转换成Prolog、CORBA的IDL、CLIPS、LOOM、Epikit、Algernon 和标准的KIF。目前, Ontolingua 主要是作为Ontology 服务器上提供的, 用于创建Ontology 的语言。另外有不少项目使用Ontolingua 作为实现Ontology 的语言。

CycL 是Cyc 系统的描述语言, 它是一种体系庞大而非常灵活的知识描述语言。该语言在一阶谓词演算的基础上, 扩充了等价推理、缺省推理等功能, 而且具备一些二阶谓词演算的能力。在该语言的环境中配有功能很强的可进行逻辑推