本体技术与知识管理研究

【摘要】针对传统知识管理中存在的问题，本文将本体技术引入到知识管理中，对基于本体的知识管理进行了深入的研究。本文介绍了知识管理的基本概念和研究发展现状，探讨了本体的相关理论和主要技术方法，本文设计了一个基于本体的知识管理系统，系统包括知识存储、知识检索两个模块，采用B/S模式，具有易维护、易扩展等特点。

【关键词】知识管理；本体；B/S结构

1.本体技术

本体的概念最早起源于哲学领域，古希腊哲学家亚里士多德将Ontology（以下统称本体）定义为研究“存在”的科学，又把它分为两个方面，一方面研究存在的本质，另一方面研究客体对象的理论定义，即整个现实世界（本体）的基本特征[1]。

人工智能领域引入本体的概念是用于知识的表示和组织。但在该领域还没有关于本体的一个统一的定义。关于本体的定义一般有以下几种观点：

Neches等人给出了最早的本体的定义：一个本体定义了组成主题领域词汇的基本术语和关系，以及用于组合术语和关系以定义词汇外延的规则[2]。

随着对本体使用和研究的深入，斯坦福大学的Gruber给出了本体新的定义，在其之后Borst Pim博士对其定义进行了修改和完善，最终给出的定义为：本体是概念模型的明确的、形式化的规范说明[3]。这一定义是迄今为止最著名并被广泛使用的。

综上所述，本体是对某一领域知识的规范化、层次清晰的说明。作为一个知识表示体系，为了能够使得知识得到充分的表达和交流，它应包含词表（名称表或者术语表），并应包含对不同术语之间怎么关联的描述，即关系集。

2.知识管理

知识管理这个术语最早是由Peter Druc-ker于八十年代中期提出的，但当时只是把它用于商业和管理领域，并没有引入到计算机行业。在计算机的发展历史中，最早被纳入管理范畴的是文件管理，可以说，这就是计算机领域知识管理的雏形。

近年来，随着语义Web技术的兴起、XML语言等的出现，知识管理进入了一个崭新的发展时期。本体论和XML语言等为知识共享提供了新的理解基础和交换机制，数据挖掘和文本挖掘为知识发现提供了新的手段，Web数据库为知识存储提供了新的途径，这些技术使得知识管理进入一个全面的发展时期，知识产生、知识俘获、知识传输、知识集成、知识存储和知识等都在各个方面都获得了新的技术支持，知识管理系统开始蓬勃发展。

理想的基于本体的知识管理系统的目标是：提供友好的用户交互界面；方便用户对于知识的管理，对于用户的服务请求，有较高的响应速度和较好的服务质量；具备较好的语义性和智能性，在知识存储时能充分描述概念之间的语义关系；在知识检索过程中，能准确、全面的理解用户的目的，充分利用语义查询、推理技术，为用户返回满意的查询结果；使系统具备较高的查全率、查准率和用户满意度。

3.知识管理系统

为了将本体技术应用到知识管理中，本文设计了一个基于本体的知识管理系统。其目标在于通过知识本体对有关领域的知识进行充分的语义描述，并在此基础上实现针对这些知识的存储和语义检索，来验证本体在知识管理中的作用以及知识管理系统的语义性和智能性。作为知识存储和检索的平台，该系统应能为用户提供知识语义查询的接口，能够充分、准确的理解用户的意图，并为用户返回满意的查询结果。这些功能的实现需要系统各个功能组件的有机结合，这些功能组件包括查询扩展组件、语义分析组件、语义推理组件、语义查询组件等。为使系统具有易扩展性和易维护性，系统将采用三层B/S的体系结构，并将以本体技术作为核心支撑技术，以保证系统的语义查询性能。

三层B/S结构是在传统的二层C/S体系结构的基础上发展起来的，它在两层模式的基础上，增加了新的一层，业务逻辑层。将界面与业务逻辑分开，很好的减轻了客户机的负担，使系统易于扩充、维护。和传统的C/S模式相比，B/S结构具有易扩展性、可共享性和良好的灵活性等优势，已经成为软件系统架构中比较重要的一种模式。本文所提出的系统的逻辑结构主要由三部分构成：表示层，业务逻辑层，数据层。其中表示层通过浏览器软件为用户提供应用服务的图形界面。业务逻辑层位于表示层和数据层之间，为实现系统的业务逻辑提供了一个明确的层次，是联系客户应用程序和数据服务之间的桥梁。数据层用于进行数据的表示、维护、更新及响应系统对数据的服务请求。

表示层：该层的任务是与用户进行交互，生成用户所需要的页面，为用户通过浏览器进行知识管理提供一个良好的基于Web的接口。用户在客户端启动浏览器后，可以在查询界面输入所关心的内容作为查询条件进行查询。该Web服务请求通过HTTP协议向Web服务器发出，Web服务器响应该Web服务请求，将所有请求的处理结果返回给表示层，表示层将结果以静态HTML页面或由JSP、Servlets动态生成的HTML页面的形式显示在用户的浏览器上。

业务逻辑层：主要完成系统的业务逻辑处理。该层负责接收客户端发出的服务请求，并将其发送给数据服务器，数据服务器处理完毕后，将结果发送给业务逻辑层，再由业务逻辑层将结果发送回客户端。该层主要包括查询处理组件、语义分析组件和本体推理引擎。查询处理组件包括查询扩展组件以及搜索引擎。查询扩展组件主要用于用户查询请求的优化。语义分析组件和推理引擎主要负责对用户的请求进行语义层面的查询，使应用程序能准确、全面的理解用户的需求，从而为用户返回满意的结果。

数据层：该层主要负责本体知识库的存储以及对知识的查询服务。首先需要对领域知识进行搜集和获取，在尽可能有领域专家的参与下进行领域本体的构建，以此为基础对知识进行语义标引及存储，从而完成本体知识库的构建。

表示层业务逻辑层数据层客户端浏览器查询处理组件语义分析组件本体推理引擎本体知识库标引信息库。

本文提出的基于本体的知识管理系统主要是用于文献知识的管理，其特点包括：

（1）基于本体的文献知识管理系统总体上采用三层B/S的体系结构

三层B/S模式是一种以Web技术为基础的新型模式，它在两层模式的基础上，增加了新的一层。这种模式在逻辑上将应用功能分为三层：表示层、业务逻辑层和数据层。表示层是为客户提供应用服务的图形界面；业务逻辑层负责提供Web服务以及事物处理逻辑，以建立客户应用程序和数据服务之间的联系；数据层位于三层模式中的最底层，它用来定义、维护、访问、更新和管理数据以及满足应用服务对数据的请求。三层结构将界面与业务逻辑分开，而两层结构中界面与业务逻辑是不分的，这样的好处是大大减轻了客户机的负担，将负荷分配给了Web服务器，使得系统维护方便，系统功能易于扩充，用户的操作也更为简单，系统具有更好的安全性。这种三层结构中层与层之间相互独立，任何一层的改变不影响其它层的功能。它从根本上改变了传统的二层C/S体系结构的缺陷，它是应用系统体系结构中一次深刻的变革。

（2）基于本体的文献知识管理系统以本体技术为核心技术，增强了系统的语义性、智能性

基于本体的文献知识管理系统以本体技术为核心支撑技术，使系统具有语义理解和处理能力，在文献知识存储的过程中采用了语义标注技术，并且提供了友好的用户界面，能够对用户的提问进行语义分析和推理（使应用程序能够准确、全面地理解用户的意图），能够使得对于知识的搜索上升到语义层面，充分挖掘知识之间的语义关联，从而有利于知识的全面、准确地搜索，能够很好地提高知识搜索的查全率和查准率。

基于本体的查询是系统实现的关键技术之一，也是将基于字面、语法匹配的检索技术上升为基于概念层次、面向语义匹配的关键所在。具体就是要通过对相关文件的解析和推理在语义层面实现知识检索，并以适当的形式向系统提交检索结果。需要完成的工作包括首先从文件中读出以一般文件形式存储的本体，然后将其存储在特定的模型中以便于程序的处理，为实现语义检索还应实现依据一定的推理规则进行基于本体的语义推理。这一部分的功能主要通过惠普公司的基于J2EE的Jena开发包来实现。

要使用Jena实现语义检索的目标通常要结合0ntology子系统和推理机子系统生成具有语义推理能力的InfModel或者OntModel，然后通过RDQL语言对Model进行检索并对检索结果进行处理后与用户进行交互。具体实现为首先要通过0ntology子系统中的方法建立本体模型，并读入本体数据；然后使用推理子系统的方法建立推理机并将本体数据与推理机绑定，即创建推理模型；最后通过RDQL语言对推理模型进行必要的操作和处理以获得用户满意的检索结果。下面将详细阐述基于本体的查询实现过程中对0ntology子系统、推理机子系统以及RDQL语言的应用。

参考文献

[1]Alexander Maeehe.Ontology Learning for the semantic web[M].Norwell：Kluwer Academic Publishers，2002.

[2]R.Neches，R.E.Fikes，T.R.Gruber，et al.Enabling Technology for Knowledge Sharing[J].AI Magazine，1991，12（56）：80-91.

[3]Gruber CTR.A.Translation Approach to Portable Ontologies[J].Knowledge Acquisition，1993，5（2）：199-220.

[4]李贵成.浅议知识管理与信息管理的内涵及关系[J].重庆图情研究，2007，8（28）：6-7.

[5]娄晶.基于知识管理的电子政务信息平台研究[D].天津：天津大学，2005.

[6]佚名.认识知识管理[EB/OL].2007-03.http：///iKnowhow/174/1314/3861962616534_2.shtml.

[7]王德禄.知识管理的IT实现[M].北京：电子工业出版社，2003.

作者简介：赵亮（1982—），男，山东兖州人，硕士研究生，主要从事煤矿监测类软件设计与研发工作。