基于本體推理的上下文感知系統的研究

張晶++張麗偉++孫琰

泛在學習要構建一個無處不在的學習環境，能夠智能地為用戶提供個性化的學習，而上下文感知計算是泛在計算的一個重要研究領域。由于信息源具有多樣性和異構性，且表達方式不盡相同，因此文章介紹了一種OWL本體描述語言，利用它對上下文信息進行統一的描述并進行上下文推理，達到上下文知識的共享與重用。

上下文感知本體OWL一、引言

嵌入式技術的深入發展，使計算通信和人機交互的緊密結合成為了新的發展趨勢，這為泛在學習的實現提供了技術保障。為了更好地為學習者提供個性化服務，需要一種新的交互模式，能夠自動感知計算環境中與交互任務相關的內容，并做出決策或提供相應的服務。因此，上下文感知成為了提高系統智能化的重要途徑，其實現的前提是正確表達、理解和利用上下文信息。

二、上下文感知

早期的研究大多針對實際應用來定義上下文，將上下文分為用戶上下文、物理上下文和計算上下文三類。例如，用戶上下文包括用戶的個性、位置、社會關系等；物理上下文包括光線的明暗、噪聲大小、氣候、溫度等；計算上下文包括網絡的可用性、網絡帶寬、通信開銷、顯示器等資源。

上下文感知是指計算系統自動地對上下文、上下文變化以及上下文歷史進行感知和應用，并據此做出決策和自動提供相應的服務。上下文感知涉及上下文的建模與表示、上下文的獲取與（解釋）推理、上下文的存儲查詢和管理以及上下文的有效利用等。在上下文推理的研究中，主要方法有基于規則的推理、基于本體的推理和基于人工智能的推理等方法。其中，由于本體具有較強的表述能力，推理效率較高，已成為上下文感知系統中研究的熱點。

三、OWL本體描述語言

針對于不同領域，本體有不同的定義，關注的焦點也不同。本體最早的概念源于哲學領域，哲學中認為本體是：“對世界上客觀存在物的系統描述，是客觀存在的一個系統的解釋或說明，關心的是客觀現實的抽象本質。”后來它被引用到人工智能、知識工程等領域中。Studer等人給出本體的定義：“本體是共享概念模型的明確的形式化規格說明”。

因此，本體能夠統一領域內的知識表述，能夠解決同一概念用多種詞匯表示或一詞多義的問題；而且，本體描述能夠最大限度實現知識的重用與共享，這為知識的交互推理了提供了很大便捷。OWL是一種定義和編寫本體的標記性語言，是國際萬維網聯盟W3C發布的本體語言標準規范，具有非常強大的語義表達能力。具體來講，OWL中將對象稱為個體，將種類稱為類，將關系描述為屬性。屬性具體又分為兩種，分別是對象屬性和數據類型屬性。數據類型屬性表示類的實例與OWL固有數據類型的關系，對象屬性表示兩個類實例之間的關系。

四、上下文推理

上下文推斷模塊是上下文感知框架的核心部分，它與上下文知識庫不斷進行交互，可通過分析知識庫中的上下文情境來預知推理，由系統自動地為用戶提供相應的服務，也可通過預定義本體中的規則來進行推斷，以排除沖突等。在上下文推理的研究中，主要用到的有基于規則的推理和基于本體的推理。

1.基于規則的推理。規則是一種知識表達技術，基于規則的推理是將現有的上下文信息與設定的規則進行匹配。任何規則都包含兩個部分：If部分和Then部分，一個規則實質上就是一個If-Then語句：If〈事實或條件〉then〈操作或結論〉，如果條件或事實成立，則執行相應操作或給出結論。

2.基于本體的推理。在OWL本體語言中，本體的各種屬性以及本體之間的關系都進行了很好的描述。因此，基于本體的推理使上下文信息具有了較強的描述能力，通過建立的推理規則和領域知識進行推演，能夠將底層上下文推理生成高層上下文，這就是基于本體的推理過程。

四、結束語

上下文感知是普適計算發展的必然趨勢之一，由于使用OWL本體語言對上下文信息進行了統一的描述，且利用OWL具有的邏輯推理功能，很好地解決了高層上下文信息的推理和語義一致性檢測等問題，達到了知識的共享與重用。但上下文感知的引入，也帶來了一個新的問題。由于上下文感知計算允許在不同用戶和系統之間共享、交互上下文信息，因此如何實現信息共享和用戶隱私之間的平衡將成為下一階段的研究重點。

參考文獻：

[1]Soldatos J，Pandis I，Stamatis K，etal.Agent based middleware infrastructure for autonomous context-aware ubiquitous computing services[J].Computer Communications，2007，（03）：577-591.

[2]Jia H，Wang M，Ran W，etal.Design of a performance-oriented workplace e-learning system using ontology[J].Expert Systems with Applications，2011，（04）：3372-3382.

基金項目：

1.吉林省教育廳“十三五”社會科學研究課題“基于上下文感知的泛在學習系統的構建研究”（項目編號：吉教科文合字【2016】第494號）。

2.吉林省教育科學規劃課題“高校教師專業化發展中協作共同體建構的研究”（項目編號：GH16623）。endprint