领域本体构建方法的研究

领域本体构建方法的研究

作者：殷美

来源：《电脑知识与技术》2012年第24期

摘要:介绍了国外一些著名的领域本体构建方法及本体构建中存在的问题；介绍了软件工程中螺旋开发模型。通过借鉴其它领域本体的构建方法及螺旋开发模型，提出了一种新的工程化的领域本体构建方法并通过构建高校教务管理领域本体检验其有效性。

关键词：本体；构建方法；螺旋模型

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)24-5913-04

Research on Domain Ontology Building Method

YIN Mei

( Institute of Information Engineering, Lianyungang Technical College, Lianyungang 222000, China)

Abstract: This paper introduces the basic concept of the domain ontology, domain ontology construction method and some problems in Constructing Ontology; introduced the software engineering spiral development model. Through drawing lessons from the other domain ontology construction method and a spiral development model, put forward a kind of new project of domain ontology construction meth od.

Key words: ontology; construction method; spiral model

1本体构建方法

本体原本是哲学上的一个概念，主要探讨现实世界的基本特征。近年来，人工智能、语义web相关领域的学者也开始将本体论的观念用在知识表达上，使其成为一种能在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型的建模工具。目前Ontology已经被广泛应用到包括计算机科学、电子商务、数据挖掘、智能检索等在内的诸多领域。特别是做为语义Web的关键技术之一，本体及其相关技术已成为研究热点。领域本体描述的是特定领域（医学、地理、生物等）中的概念及概念之间的关系。

本体的构建主要有三种模式：一是人工模式，由领域专家借助工具完成本体构建；二是半自动模式，基于大量领域数据，在领域专家的协助下完成本体构建；三是自动模式，运用数据挖掘、人工智能等方法，基于大量的领域数据完成本体构建。上述三种模式各有优劣，人工模式代价较大，所构建的本体灵活性不足；自动模式构建的本体实施难度较大、准确性不高；而

半自动模式可行性较好，已有不少专家提出不同的构建方法。目前业界公认的，为大家所熟知的本体构建方法[1]有：

1）IDEF-5方法

1980年美国空军公布ICAM工程中首次使用IDEF名称，是在结构化分析和设计方法为基础上发展的一套系统分析和设计方法。IDEF-5是其中一个版本，它通过图表语言和细化说明语言两种语言形式来获取某个领域的本体，通过过程流图和对象状态移动网图两种图表来获取、管理和显示过程[2]。基本流程如下：组织并确定范围；数据收集；数据分析；初始化本体建立；本体的精炼与确认。

2）Skeletal Methodolody骨架法（Uschold方法）

Mike Uschold & Micheal Gruninger的骨架法（Skeletal Methodology），专门用来创建企业本体，是相关商业企业间术语和定义的集合。基本流程如下：确定本体应用目的和范围；建设本体；评价；文档化。

3）Methontology方法

Methontology方法是Mariano Fernandez & GOMEZ-PEREZ等的人在开发马德里大学人工智能图书馆时提出的一种更为通用的本体建设方法。它结合了骨架法和GOMEZ-PEREZ方法，更接近软件工程开发方法。基本流程如下：规格说明书；知识获取；概念化；集成；实现；评价；文档化。

4）循环获取法

Alexander Maedche等的循环获取法是一种类似环状的结构。基本流程如下：资源选取；概念学习；领域集中；关系学习；评价；如此循环。

5）七步法

该方法由斯坦福大学医学院开发的主要用于领域本体的构建。基本流程（七个步骤）如下：确定本体的专业领域和范畴；是否可以复用现有本体；列出本体中的重要术语；定义类和类的等级关系；定义类的属性；定义属性的分面；创建实例[3]。

不管是哪种构建方法，领域专家在构建本体时都应遵循以下原则[4]：术语清晰、推理一致、可扩展性、最小编码、本体约定最小。

2目前本体构建中存在的问题

目前的领域本体构建还处于探索性研究阶段，在这个过程中还存在许多问题，主要问题有：

1）手工构建，自动化程度不高。

目前本体的构建方法主要依赖领域专家与本体研究小组的手工构建，多数起源于某一具体的开发项目，如Methontology方法、七步法等。开发代价较大，所构建本体只适用于特定项目范围，灵活性及自动化程度不高。

2）无统一构建标准，本体难以重用和共享。

目前每个本体开发团队都有自己的本体建模标准、开发指导原则、设计标准，难以实现本体的共享和重用。知识工程界定义统一本体构建标准，已成为研究重点。

3）无统一评价标准。

目前尚无统一的评价方法和工具，国内外专门对于本体评价的理论研究也相当少。而在本体构建的每个生命周期都应进行合理的评价，有助于本体在下一周期的进化。

3螺旋开发模型

螺旋模型[5]是一种演化软件开发过程模型，它兼顾了快速原型的迭代的特征以及瀑布模型的系统化与严格监控。它的每一个周期都包括需求定义、风险分析、工程实现和评审4个阶段，由这4个阶段进行迭代。软件开发过程每迭代一次，软件开发又前进一个层次。采用螺旋模型的软件过程如图1所示。

图1采用螺旋模型的软件过程

螺旋模型沿着螺线进行若干次迭代，图中的四个象限代表了以下活动：

1）制定计划：确定软件目标，选定实施方案，弄清项目开发的限制条件；

2）风险分析：分析评估所选方案，考虑如何识别和消除风险；

3）实施工程：实施软件开发和验证；

4）客户评估：评价开发工作，提出修正建议，制定下一步计划。

螺旋模型支持用户需求的动态变化，为用户参与软件开发的所有关键决策提供了方便，有助于提高目标软件的适应能力。其生命周期的不断进化和本体的构建过程是非常相似的。