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基于SWRL规则推理的隐式常识发现研究

2020-05-21 05:54:57 《电脑常识与技术》 2020年9期

林龙成

摘要:语义网( semantic web)是当前Web的扩展,已被各个领域广泛接受,本体是语义网的关键,利用本体语言对Web上已有的信息进行更为有意义的组织和编码,从而实现机器与人之间的有效通信。语义网规则语言SWRL( Semantic Web RuleLanguage)是以语义的方式呈现规则的一种语言,本文首先先容了本体构建的基本步骤,并依据此步骤构建了家庭本体,设计了针对家庭关系的SWRL规则,最后利用HermiT推理机挖掘出隐式的家庭关系。

关键词:本体;SWRL;Protege;隐式常识发现

中图分类号:TP311 文献标识码:A

文章编号:1009-3044(2020)09-0191-02

背景

语义网的概念是由万维网(WWW)的发明者Tim BernersLee在1996年提出的,目标是将当前的信息转换成机器友好的语言,语义网并不是一个独立的网络,而是当前网络的扩展,它赋予信息明确的含义,使得信息共享和重用成为可能,计算机和人们能够更好地协同工作。简单地说,它被称为信息的储存库和表达这些信息所涉及的语言。近年来.语义网以其良好的常识表示、交流、共享和推理能力,在web上得到了广泛的应用,从支撑网站到让搜索引擎更容易地理解网页的内容,语义网技术正在被各式各样的应用所使用。

1 本体构建

本体是对特定领域中概念的形式化的明确描述,每个概念的属性描述了概念的各种特征和属性。一个本体和一组单独的类实例构成了一个常识库。本体构建齄1齄包括以下几个步骤:

1)确定本体的领域和范畴。可以通过回答下面几个问题来确定本体的应用领域和范畴:包括本体应用到哪个领域?大家要用本体论做什么?对于哪些类型的问题,本体中的信息应该提供答案?谁将使用和维护本体?

2)考虑复用现有本体的可行性。可以下载已经开发好的本体,导入到本体开发环境中。例如,大家可以使用Ontolingua本体库( http://www. ksl.stanford.edu/software/ontology/)或DAML本体库( http://www.DAML. org/ontologys/)。还有一些公开的商业本体论(例如UNPSC( www.unssc.org)、RosettaNet( www.Roset-taNet.org)以及DMOZ( www.DMOZ.org)).

3)列舉本体中的重要术语。需要列举一个完整的术语列表,而不必担心这些术语所表示的概念之间的重叠、术语之间的关系、概念可能具有的任何属性,或者这些概念是类还是属性。

4)定义类和类的层次结构。定义类的层次结构包括以下三种方法:自上而下从定义域中最一般的概念开始,然后是概念的专业化;自下而上从定义最具体的类(层次结构的叶子)开始,然后将这些类分组为更一般的概念;混合方法是自上而下和自下而上方法的组合,首先定义更突出的概念,然后对它们进行适当的概括和专业化。

5)定义属性。属性是指两个个体直接的二元关系,一个属性可以将两个个体关联起来,包括对象属性和数据属性,对象属性是将个体关联到个体,数据属性是将个体关联到数据类型。

6)设置属性的不同方面。包括对称属性、传递属性、逆属性、等价属性等,以及属性的值域、定义域、不相交等方面。

7)创建实例。最后一步是在层次结构中创建类的单个实例。定义类的单个实例首先需要选择一个类,然后创建该类的一个实例并设置实例的属性断言。

本文以家庭领域齄2齄为例,并依据上述步骤,确定家庭关系本体如图1所示:

2 SWRL规则设计

SWRL是一种结合了OWL DL和无函数Horn逻辑的语义网语言,允许类似Horn的规则和OWL DL本体的结合齄3齄。SWRL规则的语法形式如下:

B1,B2,…,Bn→A1,A2,...,Am

其中箭头两侧的逗号为合取,A1,A2,...,Am记录这条规则欲推理的结果,B1,B2,…,Bn则是推出该结果的条件,可以形如C(x)、P(x,y).sameAs(x,y)或者differentFrom(x,y),其中C是一个OWL描述,P是一个OWL属性,x和y是Datalog变量、OWL实例或者OWL数据值。

SWRLTab是Proteg6的扩展,它支撑编辑和实行SWRL规则齄4齄,提供了一个用于创建和修改SWRL规则的图形编辑器,还提供了扩展机制来支撑使用各种规则引擎实行SWRL规则,以及实现用户定义的SWRL内置并实行它们的机制。

借助SWRLTab插件,可以很方便地编辑SWRL规则齄5齄,比如根据本体描述,大家已经知道p是a的父母,a是b的兄弟姐妹,需要定义一条SWRL规则来说明p和b的关系,根据SWRL规则的语法形式,可以定义这样一条规则“hasParent(?a,?p)^hasSibling(?a,?b)->hasParent(?b,?p)”。本文定义的SWRL规则如图2所示。

3 隐性常识挖掘

推理机的一个重要功能是在实行推理任务的同时检查结果本体的一致性,比较流行的推理工具是HermiT、FACT++和Pellet。使用合适的推理机进行推理后,可以获得关于本体的隐性常识。本文中,大家定义李四(lisi)、李小- (lixiaoVi)、李小二( lixiaoer)三个实例,及其属性断言male(lisi)、hasSon(lisi,lix-iaoyi)及hasSister(lixiaoyi,lixiaoer),如图3所示。

定义好SWRL规则之后,使用HermiT推理机进行推理,通过推理,可以发现李小二(lixiaoer)的隐式关系有:1)李小二的父亲是李四( hasFatherlisi);2)李小二是李四的女儿(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)。如图4所示:

4 小结

本文总结了本体建模的一般步骤,借助本体建模工具Pr otege,构建了家庭成员及成员关系的本体,并使用SWRL定义了家庭关系推理规则。最后使用HermiT推理机进行推理,挖掘出实例李小二的隐式家庭关系。

参考文献:

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【通联编辑:光文玲】

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