基于CBR的電子政務本體模型

熊聰聰，王蘭婷，郝璐萌，鄧 瀅

（天津科技大學計算機科學與信息工程學院，天津 300222）

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基于CBR的電子政務本體模型

熊聰聰，王蘭婷，郝璐萌，鄧 瀅

（天津科技大學計算機科學與信息工程學院，天津 300222）

摘 要：針對電子政務案例推理過程中不同業務部門在案例理解上產生的語義歧義問題，構建了電子政務本體模型.根據電子政務案例結構特點，將ABC本體進行擴充，在此基礎上提出了基于CBR的電子政務本體模型，并詳細定義了模型中的概念、關系、函數、公理和實例等要素.最后以電子政務紀檢監察案例對該模型進行了驗證，結果表明該模型可以較好地實現紀檢監察的知識共享.

關鍵詞：電子政務；語義歧義；本體模型；ABC本體；知識共享

基于案例的推理（case-based reasoning，CBR）近年來已成為人工智能領域十分受重視的研究分支［1］，其核心思想是利用以往的案例經驗來指導當前案例的決策.在案例推理過程中，決策者可從案例庫中檢索與待解決案例最相似的源案例，然后重用源案例中的相關信息或對其進行適當修正，以指導當前新案例的解決.

互聯網技術的迅速發展，使得電子政務在政府公共服務管理領域發揮著越來越重要的作用，其在建設過程中積累了大量的決策案例，這些案例記錄了當時的決策情景、處理辦法、決策執行的結果等.基于CBR技術和電子政務的特點，使得CBR成為電子政務輔助決策的常用技術之一，而案例表示是整個案例推理過程的基礎［2］，但是由于電子政務工作通常由不同業務部門相互協作，導致電子政務業務處理時出現語義歧義問題.因此，現階段有必要利用一定的信息技術，實現電子政務領域知識的統一理解，從而有效地提高政務人員的辦公效率.

本體是共享概念模型的明確的形式化規范說明［3］，其語法規則的嚴格性和在知識表達和應用的過程中的一致性，促進了對領域知識的共同理解，因而成為解決語義沖突問題的重要工具.

目前國內外對電子政務建模的研究越來越多，如文獻［4］介紹了激勵概念模型，此模型能夠產生一個有效的、可擴展的電子政務本體，詳細說明了本體的設計過程，最后實現了對模型的測試；文獻［5］根據電子政務特點，提出了一個電子政務本體模型用以描述服務發現目標，模型使得目標發現的過程更為簡單，方便了用戶的使用；文獻［6］主要研究了語義電子政務，對政務語義、本體及工作流等概念進行了詳細描述，并運用本體編輯器等工具構建了基于語義電子政務的概念架構.與國外對電子政務的研究不同，國內對電子政務及本體的研究更傾向于應用性，如文獻［7］為了實現讓用戶更智能化地利用政務資源，構建了一個電子政務智能瀏覽系統的體系結構，描述了本體的構建、智能瀏覽的工作流程，并對系統的推理原理和智能瀏覽等進行了詳細說明；文獻［8］提供了一種將本體和語義推理相結合的新方法，利用語義推理，通過語義相關度和相似度的計算，實現了信息的語義融合；文獻［9］提出了一種個性化目錄引擎模型，該模型基于本體擴展國家標準目錄體系，建立了需求本體和用戶本體，針對不同類型的用戶對目錄體系進行個性化，同時采用了數據挖掘技術學習和分析用戶興趣，從而使得個性化目錄體系的動態更新與維護得以實現.

上述電子政務建模理論及應用方面的研究，對具體的本體模型的構建很少有詳細的過程描述，而基于案例推理的電子政務本體模型及模型圖的構建則更少.基于CBR的電子政務決策需要利用當前案例的基本信息從歷史案例庫中查找與其相似的案例，從而對查找到的案例進行重用，因此基于CBR的電子政務案例至少要包括政務事件的基本信息和解決方案兩部分.本文根據已有的研究成果，設計了包含電子政務相關事件基本信息和解決方案的本體模型，以期消除CBR推理過程中在案例理解上的語義歧義，從而提高政務決策的效率.

1　電子政務本體模型

1.1電子政務案例的結構特點分析

電子政務案例對將來要發生的事務處理具有指導作用，涵蓋了一些典型事務處理過程和結果的描述.電子政務案例的結構包括以下內容：

政務基本信息.電子政務案例是對政府辦公真實情景的描述，對基本信息如政務處置日期、處理對象等特征進行有效記錄，是保持案例的完整性和可參照性的必要前提.

政務處理方法.電子政務案例最重要的內容是對案例的處置過程有明確的描述.如果缺少了處理方法的記述，那么這個案例就不能視為對未來案例具有參考價值的案例了.

政務處理結果.處理結果即整個案例處理要達到的目的，包括對案例經驗教訓的總結和對案例處理結果的保存，對未來案例也有一定的指導意義.

1.2ABC本體模型

在構建電子政務領域本體時，既可以使用通用上層本體進行建模，也可以直接建立電子政務領域本體模型.但是，直接建立領域本體模型較復雜，且消耗的時間較長，而利用通用的上層本體構建電子政務領域本體，可有效降低本體構造的復雜性，實現資源的有效利用.

ABC本體模型為領域本體、功能本體或特征本體的發展提供了通用的概念基礎［10］，在ABC本體中，實體類Entity代表全部類的基類，是最頂層的概念.Entity有5個直接子類，分別為時象類Temporality、抽象類Abstraction、具象類Actuality、時間Time和地點Place.Temporality類代表所有與時間相關的實體類，包括事件類Event、上下文Situation、動作類Action.Abstraction類是一種抽象的思維，代表的實體是非客觀存在的概念，它有1個子類Work.Actuality類與Abstraction相反，它代表的是一種與時間無關的現實世界中客觀存在的實體，Artifact和Agent是Actuality的直接子類，Artifact類還包括2個子類Item和Manifestation.

由于ABC本體是通用型本體模型，對電子政務領域的概念、關系等并沒有針對性，因此在直接將ABC本體模型應用于電子政務領域時會存在很多問題，如Event的概念不能清晰地描述案例事件的整個過程；Situation不能準確表達政務處理過程中事務處理的狀態；Agent相對于擁有多種角色的電子政務事務過于籠統等.

1.3ABC本體模型的擴充

考慮到電子政務案例的結構特點和通用的ABC本體模型在政務領域應用上的缺陷，為了更好地表達電子政務案例的知識結構，本文對ABC上層本體進行了擴充，得到擴充的ABC本體模型圖EGABC（E-government ABC）.在ABC本體模型的基礎上，擴充的ABC本體模型增加了8個類：GovernmentAffairs、GovernmentProcess、State、GovernmentSubject、GovernmentObject、GovernmentOfficial、ExternalPersonnel、Goal，分別代表政府事務類、政務處理過程類、事務處理狀態類、政務主體類、政務客體類、政府人員類、外部人員類、目標類.擴充ABC本體模型EGABC結構圖如圖1所示.

圖1　 擴充ABC本體模型Fig.1　Extended ABC ontology model

該擴充ABC本體的特點主要表現在：

（1）EGABC模型是根據電子政務的領域特點建立的，具有一定的針對性，可有效消除領域內語義沖突的問題.

（2）由于政府事務GovernmentAffairs代表電子政務中需要處理的事務，其是與時間相關的，因此將它作為子類在Temporality類下擴充.

（3）由于電子政務處理事務的過程較復雜，需多部門、多機構合作完成，因此對Situation類進行了擴充，增加了狀態類State，可更清楚地描述當前事務的處理狀態.

（4）由于電子政務的事務處理是一個分階段的過程，并且在每個處理過程中都包含著不同目的的工作，因此，對Manifestation類添加了事務處理過程類GovernmentProcess，以便更好地理解電子政務中事務處理的整個過程.

（5）由于電子政務領域涉及很多角色，因此需要對Agent進行細化，增加了4個子類（政務客體類GovernmentObject、政務主體類GovernmentSubject、外部人員類ExternalPersonnel、政府人員類GovernmentOfficial），從而更好地表達電子政務領域的各個主客體，分工更明確，更易于理解.

擴充ABC本體模型對原ABC本體模型進行了細化，增加了電子政務領域的一些類，克服了通用ABC本體模型在電子政務實際應用時的缺點，可使ABC本體更好地適用于電子政務領域.

1.4基于CBR的電子政務案例本體模型

以擴充的EGABC本體模型為上位本體，建立基于CBR的電子政務案例本體模型（CBR-based e-government case ontology model，CECOM），其本體結構如圖2所示.在本體結構中，電子政務的事務包括案例處理情景、案例解決方案、案例處理經驗等內容.

案例處理情境記錄了在電子政務中進行政務處理時的客觀條件，如當時的政策要求.由于不同部門的要求不同，因此Situation與部門的要求是一對多的關系.

案例解決方案重點是對事務處理時的解決辦法和階段性處置動作和狀態的詳細描述.由于同一個解決方案可對應不同的政務過程，因而解決方案與政務過程是一對多的關系，并且同一種解決方案可為多種政務所應用，因此解決方案與政府事務也是一對多的關系.

案例處理經驗是在長期處理政務時所積累的經驗，同一個政府事務可以應用參考不同的案例經驗，因此政府事務與案例經驗是一對多的關系.

為了使政府事務能夠順利完成，在政務處理的過程中，必須伴隨相應的一個或多個動作的執行，因此，政務處理過程與動作類之間是一對多的關系.

在電子政務的處理過程中，每一種解決方案都是由一個或多個事務的子過程所組成，因此，案例的解決方案與政務過程之間是一對多的關系.

不同的客體對象可能會遇到相同的事務處理情境，因此事務處理情境與客體對象之間是一對多的關系.

每一步動作都是由多個事務主體完成的，且每個主體也可以參與到多個處理動作中去，因此，處理動作與事務主體之間是多對多的關系.

由于政務處理的每個處理動作都需要依據一定的文件或材料，而每個文件材料是可以在多個動作過程中得到的，因此，處理動作與所需材料間是多對多的關系.

在政務處理的不同階段，政府事務對應著不同的處理狀態，因而政務事務與處理狀態之間是一對多的關系.

基于CBR的電子政務領域本體模型詳細地展現了電子政務領域的概念或關系，由于該模型將事件處理過程與相應的處置動作聯系在一起，因而比較適合基于案例推理的電子政務決策.

圖2　 基于CBR的電子政務案例本體結構Fig.2　E-government case ontology structure based on CBR

2　CECOM模型的形式化表示

Perez等曾提出5種本體建模元語［11］，分別為概念（Concepts）、關系（Relations）、函數（Functions）、公理（Axioms）和實例（Instances）.為更清晰地描述基于CBR的電子政務案例本體模型，本文根據該本體建模元語，對模型進行了形式化表示，將基于CBR的電子政務案例本體（CBR-based e-government case ontology，CEGO）定義為五元組.

定義1 CEGO_Ontology：=＜CEGO_Concepts，CEGO_Relations，CEGO_Functions，CEGO_Axioms，CEGO_Instances＞，其中，CEGO_Concepts表示電子政務案例本體模型中所有概念的集合，CEGO_Relations表示兩相關概念間關系的集合，CEGO_Functions表示函數的集合，CEGO_Axioms表示公理的集合，CEGO_Instances表示實例的集合.

2.1CEGO_Concepts

定義2 基于CBR的電子政務案例本體模型中的概念定義為CEGO_Concepts：=｛Concept｝，表示電子政務案例中概念的集合，其中Concept為電子政務案例本體模型中的概念.

電子政務案例本體模型中的主要概念包括：

（1）政務案例（GovernmentAffairs），指通過多次處理事務后，所積累的關于政務處理的經驗和知識的集合；

（2）政務客體（GovernmentObject），指進行政務處理時所需要處理的、客觀存在的對象；

（3）政務主體（GovernmentSubject），指對政府事務進行處理的人、組織、機構等；

（4）事務解決方案（AffairsSolution），指為了使事務處理過程得以順利進行而采取的措施；

（5）政務處理過程（GovernmentProcess），指在政府處理事務時所經過的程序或階段；

（6）政務處理狀態（State），用來描述政務處理過程中，在某個時間點或某個階段政務所處的狀態；

（7）所需資源（RequiredMaterial），指在政務處理過程中需要的資源或材料；

（8）政務處理動作（RequiredMaterial），指政務主體實施的能夠使事件的狀態發生改變的動作；

（9）目標（Goal），指政務處理過程中每一步所需要達到的目標，或整個事務處理過程必須達到的終極目標.

2.2CEGO_Relations

定義3 電子政務案例本體模型中的關系定義為CEGO_Relations：=｛R（c1，c2）|c1，c2∈CEGO_Concepts｝，表示電子政務案例本體模型中概念之間的二元關系，其中c1和c2是電子政務本體模型中的2個概念.在電子政務領域本體模型中的二元關系主要包括以下幾類：

（1）組成（composes），政務案例包括許多概念，如果在這些概念c1，c2，c3，…，cn中，c1的實例包含c2，c3，…，cn的實例，那么c1與c2，c3，…，cn間存在組成（composed-of）關系，如政務案例由事務處理情境、事務解決方案和案例經驗總結3部分組成表示為

E-governmentCase??compose-of.Situation∪?compose-of.Solution∪?compose-of.Experience

（2）動作（implements），如果電子政務中c1與c2之間存在施動或受動的關系，那么稱c1與c2存在動作關系，如政務主體參與事務處理表示為

E-governmentSubject?Subject∩Act .GovernmentProcess

（3）具有（affects），如果一個概念的實例c1是另一個概念c2的一個屬性，就稱c1與c2存在具有關系，如政務案例處置動作具有目標表示為

E-governmentAction?Action∩?hasGoal.Goal

（4）參考（references），如果電子政務中某一個概念c1需要按照一定的要求來處理概念c2，那么稱c1與c2存在參考關系，表示為

E-governmentSubject?Refer.Regulations

2.3CEGO_Functions

定義4 電子政務領域本體模型中的函數定義為CEGO_Functions：=｛F：c1×c2×…×cn-1→cn|ci∈EGO_Concepts∪CEGO_Relations｝.

在這種關系中，電子政務領域模型中的前n-1個元素可以惟一確定第n個元素，例如，電子政務事務處理過程中，前n-1項的事務處理結果直接決定了第n項的處理狀態.

2.4CEGO_Axioms

定義5 電子政務領域本體模型中的公理定義為CEGO_Axioms：=｛A｝.

A代表永真斷言，用以表示電子政務領域內始終成立的聲明，如黨員是政治面貌的一個子類，表示為

PartyMember∈PoliticalAffiliation

再如紀檢案例與紀檢監察案例是等價的表示為

DisciplineInspectionCase = DisciplineInspection AndSupervision.

2.5CEGO_Instances

定義6 電子政務領域本體模型中的實例定義為CEGO_Instances：=｛Instances|C（Instances），R（Instances）∈CEGO_Concepts∪ CEGO_Relations｝.

CEGO_Instances表示的是電子政務領域內概念和關系的實例集合，如GovernmentAffairs（紀檢監察）表示紀檢監察是一項政府事務.

3　基于CECOM模型的應用

基于CBR的電子政務案例本體模型為電子政務領域提供了一個通用的知識結構體系，描述了電子政務領域的相關概念以及概念間的關系等.通過該知識結構可以較方便地實現電子政務領域的知識描述.而電子政務領域龐大，包括方方面面的內容，如電子政務項目審批、電子政務應急預案、電子政務紀檢監察等，基于模型特點，這些政務類型作為電子政務的分支，均可以根據CECOM模型實現領域知識的表達，從而對模型的效果進行有效的驗證.

紀檢監察是電子政務領域的一個重要模塊，與傳統的監察方式相比，基于電子政務的監察方式廣泛接受大眾的監督，透明性更強，有助于監察部門更公正的辦公.紀檢案例記錄了當時的事務處理情景，包括案例獲得途徑、審核過程、辦公時間、錯誤性質等，存儲了事務解決方案，包括審核過程中材料不實的處理辦法、依據處理條例對不同錯誤性質給與的處分辦法等，還總結了案例的處理經驗和教訓，以便為將來案例的處理提供有價值的參考.

基于紀檢案例的特點，本文利用CBR的電子政務案例本體模型，對電子政務領域的紀檢監察進行了描述.紀檢監察案例主要分為：案例查證（案例情景）、案例懲治（案例解決方案）和結果公示（案例經驗總結）.按照紀檢懲治案例的處理程序，將紀檢懲治的部分知識描述為如圖3所示，圖中概念用大寫英文字母表示，括號內的內容即為實例.其中CCC（CBR-based Chief Case）代表基于CBR的政務案例；BRO（By Review Organization）代表被審查組織；CSS（Case Specific Situations）代表案例具體情境；RO（Review Organization）代表審查組織；EN（Error Nature）代表錯誤性質；GCS（Government Case Subject）代表政務案例主體；GS（Government Reviewers）代表審查人員；BI（Basic Information）代表基本信息；GCO（Government Case Object）代表政務案例客體；LR（Laws and Regulations）代表法律法規；CPS（Case processing status）代表案例處理狀態；CPT（Case Processing Time）代表案例處理時限；CRM（Case Review Material）代表案例審查材料；CEV（Case Event）代表案例突發事件；CRP（Case Review Process）代表審查過程；CDG（Case Disposal Goal）代表案例處置目標；CRW（Case Review Ways）代表審查方式；CR（Case Result）代表案例結果公示.

基于CECOM模型的紀檢監察知識表示實現了對模型的正確運用，涵蓋了政府事務（CCC）、政務處理過程（CRP）、事務處理狀態（CPS）、政務主體（GCS）、政務客體（GCO）、政府人員（GS）、外部人員（CRM）和目標（CR）；體現了紀檢案例的案例情景（CSS）、解決方案（CR）和經驗總結（CDG）；同時滿足了電子政務領域本體模型中的二元關系，如參考（依據，參照，…）、具有（所屬單位，信息，…）、組成（案例情景，經驗總結，…）、動作（審核，查詢，得出結論，…）以及事件處理過程與相應的處置動作的聯系（一對多，多對一，…）.

圖3　 紀檢監察知識片段Fig.3　Knowledge fragment of discipline inspection

對于紀檢監察案例的各個核心部分進行案例的知識細化歸檔，部分內容顯示見表1.

表1　紀檢監察案例知識歸檔Tab.1　Knowledge archive of discipline inspection

4　結 語

本文基于電子政務案例的特點，在ABC本體的基礎上進行擴充，形成擴充的ABC本體，建立了基于CBR的電子政務案例本體模型，并介紹了該模型的特點以及對模型的形式化定義和描述.最后，以電子政務紀檢監察為例，建立了紀檢懲治知識片段、知識歸檔圖，驗證了基于CBR的電子政務案例本體模型的應用.

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責任編輯：常濤

E-government Ontology Model Based on CBR

XIONG Congcong，WANG Lanting，HAO Lumeng，DENG Ying

（College of Computer Science and Information Engineering，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300222，China）

Abstract：In order to avoid semantic ambiguity in e-government cases in Case-Based Reasoning（CBR），an e-government ontology model was built on the basis of the extended ABC ontology model according to the characteristics of e-government cases structure，and the main elements of the model including concepts，relations，functions，axioms and instances were defined in detail.Finally，the model was validated by the example of e-government discipline inspection and supervision，and application results show that knowledge sharing could be well realized in the model.

Key words：E-government；ontology model；semantic ambiguity；ABC ontology；knowledge sharing

中圖分類號：TP182

文獻標志碼：A

文章編號：1672-6510（2016）02-0072-07

收稿日期：2015-05-22；修回日期：2015-10-28

基金項目：國家自然科學基金資助項目（61402332，61272509）；天津市科技型中小企業技術創新資金項目（12ZXCXGX33500）

作者簡介：熊聰聰（1961—），女，四川瀘州人，教授，xiongcc@tust.edu.cn.

DOI:10.13364/j.issn.1672-6510.20150065