基于情境的知識建模與重用研究

摘要：知識情境是知識產生和應用的具體背景和環境，知識能否進行重用，取決于其知識情境與要解決問題的知識情境的相似程度。本文提出用情境圖為知識情境建模，闡述情境相似度計算過程，進而得到與問題情境相似的歷史情境；提出相似度向量及補情境的概念，通過相似度向量分析，建立一種將相似情境與其補情境進行整合的知識創新機制；建立基于知識情境的知識重用管理模型，實現知識的重用和創新管理；給出一個應用實例，說明系統應用于課題申報的基本過程。

關鍵詞：知識管理；知識情境；知識重用；相似度

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)24-1272-03

Study on Knowledge Model and Reuse Based on Knowledge Scenario

ZHOU Jian-xin1， BAO Zhen-qiang2

(1.Taizhou Teachers College，Taizhou 225300， China;2.College of Information and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou 225009，China)

Abstract: Knowledge scenario is the concrete background and environment of knowledge production and application. This paper models knowledge scenario using scenario graph and elaborates the process of knowledge scenario similarities calculating， and the historical scenario which is similar to the problem scenario is attained. A knowledge innovation mechanism of integrating the knowledge of the similar scenario and its patch scenario is constructed through analyzing the similarity vector. A knowledge reuse management framework based on knowledge scenario is established， realizing the management of knowledge reuse and renovation. An application example is analyzed to explain a process of.

Key words:knowledge management; knowledge scenario; knowledge reuse; similarity

知識管理（KM）是指綜合利用信息技術以實現知識的俘獲、存儲和重用。KM的基本目的是保存過去俘獲的知識，使適當的人員在適當的時機能快捷地查詢到以適當樣式表示的所需知識，幫助解決上作實踐中遇到的問題。任何知識都是在特定情境中創造的，而且還要在特定情境下獲得其意義，情境是構成知識的基本要素之一，知識的價值和知識管理的實踐意義只有在一定的情境、社會空間和實踐的情況下才體現出來，已有知識是否能進行重用，取決于其知識情境與要解決的問題知識情境的相似程度。

1 知識情境建模

1.1 知識情境

知識情境是知識產生和應用的具體背景和環境，是知識得以共享和重用的基礎，簡稱情境，用KS表示。設知識產生和應用過程中可能出現的所有元素及元素之間的關系共同構成的一個有序序列稱為路徑，起始元素稱為路徑的根，具有相同根的所有路徑構成維度，描述情境的某個角度或方向。知識情境就是所有可能的維度下的若干路徑的集合。將要解決的問題所在情境稱為問題情境，知識已經存在的情境稱為歷史情境。

定義：情境圖（SG）是一個樹形圖，可描述為SG(R，V，L)，其中R為知識情境的根結點，描述情境的基本信息，通常作為情境的入口；V為情境結點集，是根結點以外所有其它結點的集合，描述情境的具體信息；L為結點之間的關系集。為方便描述，現引入以下概念：

結點的維度是以該結點的子結點為根的子樹，結點的維度數等于它所包含子結點的數目，情境根結點的維度稱為情境的維度。一個知識情境對應一個情境圖。如圖1所示：R表示情境的根結點，包含n個維度；Di（i=1，2，…，n）表示情境的維度， 其余結點表示具體知識。

結點可描述ν(Fν，Nν，Tν，Pν，Rν，Kν)為，其中Fν為結點標識，Nν為結點描述，Tν為結點知識類別，Pν為該結點的父結點標識，Rν為該結點與父結點的關系，Kν為結點對應知識的存放位置。

1.2 情境查找及匹配

1.2.1 相似度

相似度是刻畫事物α與β的相似程度，記為S(α，β)，S∈[0，1]。S=0時，表示α與β沒有任何相似之處，是完全不同的；S=1時，表示α與β是完全相同的；S∈(0，1)時，表示α與β有一定的相似度，S值越大，表示相似程度越大。在目標對象α明確的情況下，可簡記為S(β)。在本文中，情境相似度通常指歷史情境與問題情境的相似度。

1.2.2 結點相似度

Nv表示問題情境中結點v的描述，N'v表示歷史情境中對應結點v'的描述，則結點之間的相似度計算可分為以下幾種情況：

1）標稱概念的幾種可能取值之間無任何相似性、非此即彼的情況，如性別，相同即相似度為1，不同即為0。

2）數量概念，如果屬于正指標，即當用戶希望N'v越大越好時，S(v，v')=(N'v-Nv)/N'v，若S<0，令S=0；如果屬于負指標，即當用戶希望Nv越小越好時，S(v，v')=(Nv-N'v)/Nv，若S<0，令S=0；

3）模糊概念，按其級別高低設定一個[0，1]內的數值表示，級別越高數值越大。Zv和Z'v分別是Nv和N'v對應的模糊量，則S(v，v')=Z'v/Zv。一般來說，滿足條件的程度越高越好，因此當Z'v>Zv即S(v，v')>1時，令S(v，v')=1。

1.2.3 維度相似度

由結點相似度根據層次遞推關系計算得出維度相似度。為方便研究，葉結點的維度相似度等于葉結點的相似度。

設結點v的子結點為v1，v2，…，vn，以結點v為根的樹對應的維度Dv的相似度定義為：

其中，S(v)為歷史情境中結點v的相似度，ωvi為維度Dvi的權重，即為其根結點vi的權重， S(Dvi)為以結點vi為根的樹對應的維度相似度。

整個情境的相似度為情境根結點R的維度相似度的加權和，即S(KS)= wi×S(Di)，其中S(KS)是歷史情境KS與問題情境的相似度，n是情境KS的維度數，S(Di)是第i個維度的相似度，wi是第i個維度的權重。

計算出所有歷史情境的相似度后，按從高到低的順序排列，根據需要取前ε個，構成集合為H，H中的情境稱為相似情境。為更好地了解各相似情境的具體相似情況，設置向量Q來記錄相似情境各個維度的相似度，記為Qf=(S1，S2，…Sn)，其中f為相似情境的標識，n為問題情境的維度數，Si∈[0，1](i=1，2，…，n)為第i個維度的相似度，按問題情境的維度順序進行排列。所有相似情境的相似度向量構成的集合為QS。

2 情境相似分析及知識整合

2.1 相似度向量分析

每個相似情境對應一個相似度向量Q=(S1，S2，…Sn)，令V=(v1，v2，…vn)（vi(i=1，2，…，n)為相似度為Si的維度的根結點，標識該維度）。將V中元素的按一定規則劃分到三個集合A、B、C中，每個元素屬于一個集合。

1）A={vi|Si≥0.7，i=1，…，n}，集合A稱為相似維度集，對應的知識可直接重用。

2）B={vi|0.3

3）C={vi|Si≤0.3，i=1，…，n}，集合C稱為差異維度集，對應的知識采用取補重用的策略。

向量V中的每個元素都屬于一個集合，用以標識其對應知識的可重用程度。

2.2補情境查找及知識整合

對KS∈H，Qks∈QS，若C≠φ，則對所有的vi∈C，其對應的維度相似度組成一個向量Qks=(S1，S2，…Sr)，r=|C|，對其它KS'∈H，Qks'∈QS，有Qks'=(S1'，S2'，…Sr')與Q'ks=(S1，S2，…Sr)相對應，令，則稱Min(t)所對應的KS'稱為KS的補情境。

設ξ表示補情境關系，情境KSx的補情境是KSy可表示KSxξKSy，則補情境具有如下性質：

1）補情境不具有對稱性，即對任意KSx、KSy∈H，有KSxξKSy，不一定有KSyξKSx。

2）補情境不具有傳遞性，即對任意KSx、KSy、KSz∈H，有KSxξKSy且KSyξKSx，不一定有KSxξKSz。

3）補情境不具有唯一性，即對任意KSx∈H，其補情境不一定是唯一的。

依此方法，可找到所有相似情境的補情境。對于相似情境KS的相似維度集A對應的知識，可以直接重用，提高重用效率；對于基本相似維度集B對應的知識，根據具體情況調整和修改后重用，指明了知識創新的方向；對于差異維度集C，從KS的補情境中找到相應維度的知識，與KS的A和B對應的知識進行整合。

3 基于知識情境的知識重用管理模型

基于知識情境的知識重用模型框架主要包括知識創造、知識處理、情境庫和知識庫、問題需求分析、情境查找及情境分析等模塊。

在知識活動過程中產生的新知識，經整理分類后存儲到知識庫中，同時建立對應的知識情境，并存儲到情境庫中。不同領域不同類型的知識，其情境類型是不同的，因此情境的維度也不一樣。對于情境維度相同的同一類知識，最初由知識工程師根據領域特點對知識情境進行建模，確定其維度，初始化情境模型，存儲到知識庫中，并根據各維度存儲情境信息。隨著時間及環境的變化，情境也會有所不同，當現有情境模型不能滿足需要時，由知識工程師對情境的維度進行調整，以適應各方面的變化。

自然語言表達的、非結構化的用戶需求，應先將其轉化為結構化的查詢模型，利用該模型從情境庫中查找出相似

的歷史情境。

4 實例分析

本文提出的框架已初步應用于某高?？蒲许椖可陥蟮闹R管理，開發了一個項目申報預評估系統。根據科研項目的特點將情境維度確定為：科研團隊（D1）、理論或實踐創新（D2）、科研計劃（D3）、預期成果（D4）、科研經費（D5），已經評審通過的課題按各個維度建模后存儲到情境庫中。現有一個項目申報評審書，評審要求為：科研團隊研究能力強、科研成果有創新、研究計劃科學合理、預期成果質量高、科研經費有保障。根據項目評審要求確定各維度的權重分別為：0.8、0.8、0.7、0.7、0.8，需求經過語義分析和本體表達后，由問題情境生成器生成問題情境如圖3。

根據本文中的相似度計算方法，從情境庫中查找到n個相似情境，以相似度最高的前4個歷史情境為例說明整合過程。將這4個歷史情境分別標記為KS1、KS2、KS3、KS4，其各維度的相似度及情境整體相似度如表1所示。

表1各維度相似度及情境相似度表

由表1可知，KS1和KS2對應的項目申報知識可以直接重用，或根據具體需要修改后重用。KS3的維度D1屬于差異維度，KS3為一高等教育研究項目，其研究梯隊的結構與評審要求差異較大，根據D1可找到KS3 的補情境為KS4，將KS4中D1維度對應的科研梯隊設計知識整合到KS3對應的項目案例中，以便重用。同理，KS4的補情境為KS1，按相同方法整合。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>