基于SWRL規(guī)則推理的隱式知識發(fā)現(xiàn)研究

林龍成

摘要：語義網(wǎng)（ semantic web）是當(dāng)前Web的擴(kuò)展，已被各個領(lǐng)域廣泛接受，本體是語義網(wǎng)的關(guān)鍵，利用本體語言對Web上已有的信息進(jìn)行更為有意義的組織和編碼，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器與人之間的有效通信。語義網(wǎng)規(guī)則語言SWRL（ Semantic Web RuleLanguage）是以語義的方式呈現(xiàn)規(guī)則的一種語言，本文首先介紹了本體構(gòu)建的基本步驟，并依據(jù)此步驟構(gòu)建了家庭本體，設(shè)計(jì)了針對家庭關(guān)系的SWRL規(guī)則，最后利用HermiT推理機(jī)挖掘出隱式的家庭關(guān)系。

關(guān)鍵詞：本體;SWRL;Protege;隱式知識發(fā)現(xiàn)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）09-0191-02

背景

語義網(wǎng)的概念是由萬維網(wǎng)（WWW）的發(fā)明者Tim BernersLee在1996年提出的，目標(biāo)是將當(dāng)前的信息轉(zhuǎn)換成機(jī)器友好的語言，語義網(wǎng)并不是一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，而是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，它賦予信息明確的含義，使得信息共享和重用成為可能，計(jì)算機(jī)和人們能夠更好地協(xié)同工作。簡單地說，它被稱為信息的儲存庫和表達(dá)這些信息所涉及的語言。近年來.語義網(wǎng)以其良好的知識表示、交流、共享和推理能力，在web上得到了廣泛的應(yīng)用，從支撐網(wǎng)站到讓搜索引擎更容易地理解網(wǎng)頁的內(nèi)容，語義網(wǎng)技術(shù)正在被各式各樣的應(yīng)用所使用。

1 本體構(gòu)建

本體是對特定領(lǐng)域中概念的形式化的明確描述，每個概念的屬性描述了概念的各種特征和屬性。一個本體和一組單獨(dú)的類實(shí)例構(gòu)成了一個知識庫。本體構(gòu)建齄1齄包括以下幾個步驟：

1）確定本體的領(lǐng)域和范疇。可以通過回答下面幾個問題來確定本體的應(yīng)用領(lǐng)域和范疇：包括本體應(yīng)用到哪個領(lǐng)域？我們要用本體論做什么？對于哪些類型的問題，本體中的信息應(yīng)該提供答案？誰將使用和維護(hù)本體？

2）考慮復(fù)用現(xiàn)有本體的可行性。可以下載已經(jīng)開發(fā)好的本體，導(dǎo)入到本體開發(fā)環(huán)境中。例如，我們可以使用Ontolingua本體庫（ http：//www. ksl.stanford.edu/software/ontology/）或DAML本體庫（ http：//www.DAML. org/ontologys/）。還有一些公開的商業(yè)本體論（例如UNPSC（ www.unssc.org）、RosettaNet（ www.Roset-taNet.org）以及DMOZ（ www.DMOZ.org））.

3）列舉本體中的重要術(shù)語。需要列舉一個完整的術(shù)語列表，而不必?fù)?dān)心這些術(shù)語所表示的概念之間的重疊、術(shù)語之間的關(guān)系、概念可能具有的任何屬性，或者這些概念是類還是屬性。

4）定義類和類的層次結(jié)構(gòu)。定義類的層次結(jié)構(gòu)包括以下三種方法：自上而下從定義域中最一般的概念開始，然后是概念的專業(yè)化;自下而上從定義最具體的類（層次結(jié)構(gòu)的葉子）開始，然后將這些類分組為更一般的概念;混合方法是自上而下和自下而上方法的組合，首先定義更突出的概念，然后對它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)母爬ê蛯I(yè)化。

5）定義屬性。屬性是指兩個個體直接的二元關(guān)系，一個屬性可以將兩個個體關(guān)聯(lián)起來，包括對象屬性和數(shù)據(jù)屬性，對象屬性是將個體關(guān)聯(lián)到個體，數(shù)據(jù)屬性是將個體關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)類型。

6）設(shè)置屬性的不同方面。包括對稱屬性、傳遞屬性、逆屬性、等價(jià)屬性等，以及屬性的值域、定義域、不相交等方面。

7）創(chuàng)建實(shí)例。最后一步是在層次結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建類的單個實(shí)例。定義類的單個實(shí)例首先需要選擇一個類，然后創(chuàng)建該類的一個實(shí)例并設(shè)置實(shí)例的屬性斷言。

本文以家庭領(lǐng)域齄2齄為例，并依據(jù)上述步驟，確定家庭關(guān)系本體如圖1所示：

2 SWRL規(guī)則設(shè)計(jì)

SWRL是一種結(jié)合了OWL DL和無函數(shù)Horn邏輯的語義網(wǎng)語言，允許類似Horn的規(guī)則和OWL DL本體的結(jié)合齄3齄。SWRL規(guī)則的語法形式如下：

B₁，B₂，…，B_n→A₁，A₂，...，A_m

其中箭頭兩側(cè)的逗號為合取，A1，A2，...，Am記錄這條規(guī)則欲推理的結(jié)果，B1，B2，…，Bn則是推出該結(jié)果的條件，可以形如C（x）、P（x，y）.sameAs（x，y）或者differentFrom（x，y），其中C是一個OWL描述，P是一個OWL屬性，x和y是Datalog變量、OWL實(shí)例或者OWL數(shù)據(jù)值。

SWRLTab是Proteg6的擴(kuò)展，它支持編輯和執(zhí)行SWRL規(guī)則齄4齄，提供了一個用于創(chuàng)建和修改SWRL規(guī)則的圖形編輯器，還提供了擴(kuò)展機(jī)制來支持使用各種規(guī)則引擎執(zhí)行SWRL規(guī)則，以及實(shí)現(xiàn)用戶定義的SWRL內(nèi)置并執(zhí)行它們的機(jī)制。

借助SWRLTab插件，可以很方便地編輯SWRL規(guī)則齄5齄，比如根據(jù)本體描述，我們已經(jīng)知道p是a的父母，a是b的兄弟姐妹，需要定義一條SWRL規(guī)則來說明p和b的關(guān)系，根據(jù)SWRL規(guī)則的語法形式，可以定義這樣一條規(guī)則“hasParent（？a，？p）^hasSibling（？a，？b）->hasParent（？b，？p）”。本文定義的SWRL規(guī)則如圖2所示。

3 隱性知識挖掘

推理機(jī)的一個重要功能是在執(zhí)行推理任務(wù)的同時(shí)檢查結(jié)果本體的一致性，比較流行的推理工具是HermiT、FACT++和Pellet。使用合適的推理機(jī)進(jìn)行推理后，可以獲得關(guān)于本體的隱性知識。本文中，我們定義李四（lisi）、李小- （lixiaoVi）、李小二（ lixiaoer）三個實(shí)例，及其屬性斷言male（lisi）、hasSon（lisi，lix-iaoyi）及hasSister（lixiaoyi，lixiaoer），如圖3所示。

定義好SWRL規(guī)則之后，使用HermiT推理機(jī)進(jìn)行推理，通過推理，可以發(fā)現(xiàn)李小二（lixiaoer）的隱式關(guān)系有：1）李小二的父親是李四（ hasFatherlisi）;2）李小二是李四的女兒（isDaugh-terOflisi）;3）李小二是李小一的妹妹（isSisterOflixiaoyi）;4）李小二的哥哥是李小-（ hasBrotherlixiaoyi）。如圖4所示：

4 小結(jié)

本文總結(jié)了本體建模的一般步驟，借助本體建模工具Pr otege，構(gòu)建了家庭成員及成員關(guān)系的本體，并使用SWRL定義了家庭關(guān)系推理規(guī)則。最后使用HermiT推理機(jī)進(jìn)行推理，挖掘出實(shí)例李小二的隱式家庭關(guān)系。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】