Page 194 - 《软件学报》2020年第10期

3170 Journal of Software 软件学报 Vol.31, No.10, October 2020

1 相关定义

定义 1(领域本体定义(domain ontology schema)). 领域本体定义通过捕捉某个领域中共同认可的概念、概
念的属性、概念间的语义关系(包括分类关系和非分类关系)及相关语义约束来描述该领域的知识.记 O domain 表
示领域本体定义,其定义如下:
O domain =〈 C ,, , , .A R X I〉
C 表示概念(concept)集,概念又称为类(class),用于表达具有某类相似特征的个体(individual)的集合,个体又
称为实例(instance).例如,概念 person 代表所有个体人的集合.A 表示所有概念的属性(attribute)集,概念的属性又
称为数据类型属性(data type property),它描述概念所包含的实例本身的特征,例如个体“张三”的姓名、性别、身
高、体重等属性.R 表示语义关系(semantic relation)集,语义关系又称为对象属性(object property),用于描述概念
之间、数据类型属性之间和对象属性之间的分类关系(taxonomic relation)或者实例之间的非分类关系(non-
taxonomic relation).例如,概念 person 可以进一步分为两个子概念 man 和 woman,个体“张三”和“李四”之间可能
具有“好友”关系.X 表示公理集,公理(axiom)用于定义概念、属性和关系之上的语义约束.例如,约束概念 person
的生日属性只能有一个值,或者其在生物学意义上的父亲和母亲都具有唯一的值.I 表示实例数据集,用于描述
领域中共同认可的常识知识.例如,描述“2 型糖尿病”的表现症状有“多饮”“多食”“多尿”“体重减轻”等.本体定义
中一般不包含实例数据,除非用于表达一般性的领域常识知识,即本体定义中的实例描述不针对任何特定的应
用场景,是领域内共同认可的知识.仅包含实例数据的 RDF(resource description framework) [18] 描述不能称为本
体定义 [19] .W3C 推荐的本体标准描述语言有 RDF、RDFS(RDF schema) [20] 和 OWL(Web ontology language) [21] .
定义 2(领域实例数据(domain instance data)). 领域实例数据为基于领域本体定义中的语义组件来描述的
领域中的个体的知识.例如,可以定义一个 people 本来用于描述个体“张三”,或者定义一个疾病本体用于描述“2
型糖尿病”.记 I domain 表示领域实例数据,其定义如下:
I domain = {( , , ) |s p o s ∈ , I p ∈ A ∪ , R o∈ I ∪ V }.
(s,p,o)表示描述实例数据的陈述或称为三元组(triple),s 为某个实例对象,I 表示实例对象集,p 表示用于描述
实例对象的属性或者语义关系,A 和 R 分别表示描述 I 中实例对象所用到的属性集和语义关系集,o 表示属性或
语义关系的取值,或者为实例对象,或者为字面值(literals),V 表示字面值的集合.
定义 3(领域语义规则集(domain semantic rule set)). 领域语义规则同时服务于领域本体的定义和领域实
例数据的描述.一方面,用于描述领域中领域专家所获得的启发式经验知识;另一方面,用于补充本体描述语言
的语义描述能力.记 F domain 表示领域语义规则集,其定义如下:
F domain = { , ,..., ,..., },r r 2 r i r n n≥ 0.
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r i 表示其中一条语义规则.语义规则是典型的条件语句:if-then 子句,只有当特定陈述(statement)集合为真
时,才会添加新的知识.例如,使用语义规则描述疾病诊断的知识,当收集到的某位患者的信息满足某条疾病诊
断规则的条件时,可以基于规则推理得出疾病诊断结果并建立该患者与该疾病的语义关系.
语义 Web 层次结构 [22] 提供了多种知识表示形式,包括从 RDF 到最新版本的 OWL 等多种格式,每一层都对
表达能力进行了进一步的扩展,并且允许用户根据语义程序具体所需的语义量来采用相应的表示方式.但本体
描述语言在表达能力和灵活性方面仍然存在一些不足,语义规则用于扩展本体描述语言的描述能力以及灵活
性.W3C 建议的语义规则描述语言为 SWRL(semantic Web rule language) [23] .
定义 4(领域语义知识库(domain semantic knowledge base)). 领域本体定义、领域实例数据和领域语义规
则集一起构成了领域语义知识库.记 SKB domain 表示领域语义知识库,其定义如下:
SKB =〈 O ,I ,F . 〉
domain domain domain domain
领域本体定义的结束,便是领域语义知识库构建的开始 [24] .基于领域本体定义和语义规则来描述具体的实
例,形成实例数据和语义规则集,以领域本体定义作为领域背景知识,以领域实例数据和语义规则集作为具体的
知识,它们一起形成了面向领域特定应用需求的语义知识库.例如,基于健康医疗领域本体定义构建面向慢性病
患者的健康风险评估、疾病辅助诊断、疾病干预方案(药物、运动、饮食、心理、睡眠等)、远程监护服务、