叙词本体演化概述

5.1　叙词本体演化概述

5.1.1　演化的基本概念

自W3C主席Tim Berners-Lee首先提出“语义Web”(Semantic Web)的概念后，它正在成为当前计算机信息处理领域研究的热点之一。语义Web是对当前WWW的扩展，在语义Web中所有信息都具有语义，且能被计算机理解和处理。这样，人和计算机之间的交互与合作就变得更加便捷。

随着数据语义的明确表示和领域理论的应用，Web将提供一种全新质量的服务:以机器处理的方式将人类知识编织成一个巨大的网络。而各种自动化服务将帮助用户以计算机可理解的格式提供和访问信息。因此，计算机自动化处理过程和Web信息集成变得更为方便。

为了定义Web上用于描述和表示领域知识的术语，本体(on-tology)应运而生，它是共享概念模型的明确的形式化规范说明。而实现语义Web的关键是本体，这就使得本体的规模和数量大大增加。众所周知，万维网是一个动态发展的环境，在其中任何人都可随时发送和更新信息。为此，用户必须能像发布其他信息一样方便地发布Web本体，并且能对这些本体进行订正修改。由此衍生了所谓的“本体演化”(ontology evolution)的问题。

20世纪90年代以来，有关基于本体的系统研究非常活跃，围绕本体召开了许多的专题研讨会。但是，从笔者检索文献的情况来看，讨论本体演化方面的研究还比较少。目前大多数本体库系统(ontology library systems)并没有对本体演化的问题加以考虑，而这些系统通常是用于研究的系统原型，相互之间的关联性并不明显。对集中式系统来说，本体的某一变化与其相关信息的变化同步，所以就没有变更管理的问题。例如，在Ontolingua系统中，干脆忽略了对本体旧版本的管理。国外学者Helfin指出Web上的本体需要不断演化，并提出一种基于Web的知识表示语言SHOE以支持本体的多个版本。其他研究领域的研究成果对该工作也有一定的借鉴作用，如关系数据库的模式演化和模式版本控制。当然，因为知识模型和应用方式不同，两者有很大的差别。另外，Natalya F.Noy也提出了一种比较本体版本的不动点算法PromptDIFF。随着研究探索的不断深入，本体演化的研究也逐渐从纯理论走向实践，而且逐渐细化到本体演化过程中的各种算法。

虽然学术界对本体演化的研究已有多年，但对于本体演化的定义还不是很完善、详尽，至今没有一个统一的定义，综合国内外一些对本体演化概念的研究，引用某国内著名学者的定义得出本体演化是指本体根据出现的变化和由这些变化引起的本体一致性问题的自适应变更。从这个定义中，我们可以看出本体演化的特点:一是变化，二是自适应。现在国内对本体演化有一定研究，研究成果中出现的“本体学习”、“本体进化”都是与本体演化紧密联系的一些概念，从这些概念的变化也可以看出，本体演化采用了一些人工智能的方法，使得其自动化程度更高了，这也是本体演化的目标之一。

5.1.2　演化的原因

事实上，有许多原因会导致本体的演化。根据Gruber的定义，本体是指某一领域共享概念模型的明确表示和描述。据此，刘柏崇和高济认为，引起本体变化的原因包括如下几个方面:

①领域的变化。领域的改变非常普遍，它们的影响与数据库模式的影响基本类似。Ventrone总结了几种现实世界的变化(领域演化)带来数据库模式的更新。例如:当两个具有不同管理机构的大学里的系进行合并时，描述该领域的本体需要变更以反映这种变化。

②共享概念模型的变化。概念模型的改变是由领域视图或使用角度的改变引起的，即上下文语义(Context Semantic)的变化。当本体应用于新的任务或新的领域时，概念化的表示也要相应地变化。例如，某一本体中“Class”用于表示“开设的课程”，如“Class(alg-Fall-2002)”，当变成表示“一堂课”时，如“C1ass(Databases)”时，就会发生错误。

③表示的变化。表示(Representation)的变化是指一种转换，当本体由一种知识表示语言翻译成另一种表示语言时，就会产生显式定义的改变。这些语言不仅语法各异，更重要的是语义和表达也各不相同。因此，在转换过程中保持本体的语义一致并非易事。

5.1.3　演化的特点

本体的演化是一个琐细的过程，由于变化的多样性，它不能由本体构造者手工完成，而且这些变化会引起很多其他相关的改变，因此需要建立一个相应的系统来维护本体的一致性。相应地，本体的演化具有如下特点:

①复杂性:本体模型有很多种，每一个本体都有它最原始的结构。本体演化过程中，每种变化都会导致一种新情况出现，即使某些变化是很微小的，但所有微小变化累积起来所产生的效果就可能变得很复杂。同时，引起本体演化的原因也很多，这使得本体的演化变得更加复杂。

②分散性:本体的演化是一个分散和协作过程，因此，相互依赖的本体之间物理上的分布必须考虑在内，同时为了更好地了解演化的整个情况，掌握更多的演化信息，本体演化还需要追踪每个本体的改变及其引起的一系列相关变化。

③依赖性:一个本体可以重用并扩展另外一个本体，所以，如果被重用的本体发生变化时，在它基础上派生出来的别的本体也会相应地发生变化。因此，相互依赖的本体之间的变化是互相关联的，本体演化也就具有了依赖性。

5.1.4　演化的目的

为了实现不同版本的本体表示和知识之间的互操作，有必要在本体版本之间建立连接，实施本体演化管理。根据本体工程和本体应用的实践，本体演化所要达到的目的如下:

①它应能处理本体演化过程中所引起的变化问题，同时保证底层本体和所有相关本体的一致性;

②由于不同的用户可能自行修改相同的本体，所以需要经常集成本体的不同版本，它应能将同一本体的不同版本再次集成;

③它应能为用户提供关于本体反复精化的建议;

④它应能让用户更方便地管理和监控本体演化过程中的一系列变化。