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基于形式概念分析的领域本体构建方法优化研究


[摘要]针对基于形式概念分析(FCA)的领域本体构建方法的优化问题进行论述,解决优化的四个难点,应用并行开发的工程思想,采用“分而治之、映射集成”的具体手段,提出一种新的基于FCA的领域本体构建方法并建立“增量模型”。该方法将整个领域本体构建过程分解成核心本体和若干个并行开发的增量本体的构建过程,而后将核心本体和增量本体通过本体映射和本体集成的手段进行按需组合,最终得到用户所需领域本体。
  [关键词]形式概念分析 领域本体构建方法 增量模型
  [分类号]G353
  
  领域本体作为一种有效的形式语义模型和知识表示形式,在图书情报领域的应用越来越广泛和深入,这在客观上促进了领域本体构建方法的不断涌现和更新。基于形式概念分析(FCA)的领域本体构建理论在此背景下应运而生。FCA强调用数学手段来表达客观知识,可以削弱开发者对领域本体构建过程的主观影响,并能挖掘出领域中隐含的概念以及概念之间的层次关系。FCA通过用数学符号从内涵和外延两方面表示所有概念,达到了形式化概念模型的效果,因此基于FCA的领域本体构建方法越来越倍受国内外相关学者关注和青睐。国内外对基于FCA的领域本体构建方法的研究目前仍然处于探索阶段,虽然有些方法有着一定的可取之处,但仍存在着诸多不足,还需不断地深入研究。
  
  1 国内外基于FCA的领域本体构建方法的简要分析
  
  目前国外提出的具有代表性的基于FCA的领域本体构建方法主要有:Cimiano方法、GuTao方法、Haav方法、Marek Obitko方法。
  Cimiano方法提出了从领域文本出发自动解析“概念一属性”关系的基本思路,具有借鉴意义。但该方法使用语言解析器解析出的只有动宾关系,从概念格向领域本体转换时,以概念节点的内涵对节点命名,将概念节点的外延添加为概念节点的子节点,存在不合理性。
  GuTao方法提出了领域本体构建中循环反馈的开发思想,其开发的fcatab插件可自动从领域概念和关系得到形式背景,但Fcatab只支持单值形式背景,且必须依托protege本体建模工具。
  Haav方法在一定程度上实现了本体的逻辑表述,提出了领域本体的扩充机制,考虑了领域本体的推理。但初始本体到一阶谓词逻辑表示集合的转换过程需要通过FCA和规则语言映射,这种映射复杂、费力且不易实现。
  Marek Obitko方法提出了一整套对形式背景和概念格的编辑修改机制,值得借鉴;但该方法每次构建都从空的对象和属性开始,因此对对象和属性的添加是一项及其复杂的过程,工作量大,只适合小领域本体的构建。
  上述方法一是缺少工程化、规范化、标准化、细节化的指导思想,仅将着眼点放在领域本体的需求分析、设计与实现三个环节,忽略了领域本体构建的其他阶段;二是未明确二者间的结合机理,以致对两者之间在哪些方面进行结合以及以何种形式结合的问题理解得不够深入,从而造成形式背景的构建、概念格到领域本体的映射方式、领域本体的概念关系处理等诸多方面的不合理性。
  国内研究人员对该课题的研究起步较晚,大多数研究都停留在对国外方法的综述或引入上。综述性文献中有代表性的是文献[7]和文献[8]。引入性文献中有代表性的是文献[9],另外文献[10]尝试糅合了Cimiano方法与Marek 0bitko方法,但这种糅合缺少深层次的研究讨论。
  
  2 基于FICA的领域本体构建方法优化的核心问题
  
  2.1 基于FCA的领域本体构建方法优化的动因
  通过对国内外基于FCA的领域本体构建方法的简要分析,本文总结了当前各种典型方法的局限性,基于FCA的领域本体构建方法要向前发展,就必须冲破这些局限性的束缚,打破这些阻碍。本文将基于FCA的领域本体构建方法优化的动因总结为以下5个方面:①线性开发过程一并行开发过程;②一次性全部提交领域本体一分批次提交领域本体;③简单领域背景一复杂领域背景;④封闭结构一开放结构;⑤弱复用一强复用。
  2.2 基于FCA的领域本体构建方法优化的思路
  本文对基于FCA的领域本体构建方法的优化思路是采用并行开发的工程思想,应用“分而治之,映射集成”的具体思路,将领域本体划分为核心本体和一系列的增量本体两部分:核心本体的目的在于构建满足领域本体的基本需求的本体,其规模适中;而增量本体的目的在于实现领域本体的增量需求。这样,领域本体就可以表达为以下的代数形式:
  ::={Oc,Oi,Rci,Rii}
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