课程知识本体

课程知识本体（共9篇）

课程知识本体 篇1

1 概述

随着互联网的迅速发展和广泛普及, 书本中的知识已无法满足人们学习和工作的需要, 而网络为人们提供了更多可以共享并且开放的知识。如何将课程知识形成有效的知识网络, 从而实现更高程度的知识共享和知识创新成为教育工作者及学者们研究的热点。面向语义的课程知识本体的构建, 有效地表现了概念的层次结构及知识间的联系, 更深入地体现了语义的模型, 是对领域知识共同的理解和描述。课程知识是教育资源的重要组成部分, 本论述在认识本体技术的基础上, 构造了《C语言程序设计》课程知识本体, 有效地表现了这门课程的知识层次结构和语义, 帮助学习者们更高效的认知与学习这门课程, 进而实现在语义层上的信息共享和交换。

2 本体的构建方法

有很多, 主要包括企业建模法、骨架法、METHON-TOLOGY法、IDEF5法、循环获取法、知识工程方法、七步法和原型进化法等[1,2], 这些方法因知识领域、面向对象和描述语言的不同而有所不同。课程知识本体的构建方法大多采用骨架法、七步法相结合的方法。

3 课程知识本体需求分析

3.1 确定本体的专业领域和范畴

课程知识本体旨在建立某门课程的知识库。知识内容应完全覆盖领域内的所有的概念;知识的组织必须有利于学习者的学习, 有利于教师的教学, 有利于知识的扩充。

3.2 本体的构建规则

本体的构建原则[3]是Gruber于1995年提出的:

(1) 明确性和客观性:即本体应该用自然语言对所定义术语给出明确的、客观的语义定义。概念的定义要独立于一定的上下文关系, 并以逻辑公理的形式给出其完整、客观的定义; (2) 完全性:即所给出的定义是完整的, 完全能表达所描述术语的含义; (3) 一致性:概念的推理与概念本身相一致, 不会产生矛盾; (4) 最大单调可扩展性:在构建本体时要考虑本体的共享需求, 方便用户对其进行扩展, 即向本体中添加通用或专用的术语时, 不需要修改其己有的内容; (5) 最小承诺:即对待建模对象给出尽可能少的约束。

后来又有研究人员进行了补充:

(1) 本体区分原则:本体中, 类之间是不相交的[4]; (2) 使用多种概念层次, 多重继承机制来增加表达能力[5]; (3) 最小化同层相邻概念之间的语义距离。

3.3 本体信息获取

课程资源收集过程中, 应最大限度的保证资源的权威性。领域专家通晓本领域课程体系和知识, 能够比较准确的描述和提供领域本体的基本信息。通过课程领域专家的指导, 分析并提取该门课程的知识体系结构, 画出其知识点和层次结构图, 在构建课程本体的过程中, 提取相应的知识概念, 对课程知识按照粒度进行划分, 确定概念之间的关系, 结合本体的推理功能, 从而实现个性化或者通用课程知识的自动生成。

4 课程知识本体的构建

课程知识本体的构建实质上就是研究单个知识点对象的属性特征和各知识点之间的相互关系, 使用本体技术将这些知识点及其相互关系形式化地表示并存储于计算机中。以《C语言程序设计》课程本体的构建为例, 具体的本体建模的方法如下:

4.1 定义知识点类和类之间的层次结构

以课程教材为基础, 参照课程的知识结构, 对知识对象进行粒度划分, 定义根节点、顶层核心概念集、一级子概念、二级子概念等, 自顶向下创建类的层次结构。以C语言程序课程为例, 根据该课程的所有概念, 可建立如图1所示结构:

在图示中, 根节点为“C语言程序设计”, 顶层核心概念有:C语言概述、C语言语句、数据、表达式、基本结构、输入、输出、指针、数组、函数、结构体、共用体等, 基本结构下的一级子概念又为顺序结构、选择结构和循环结构, 选择结构下的二级子概念为单分支选择结构和多分支选择结构。

4.2 定义知识点间的属性和关系

属性是关于类成员的一般事实以及关于个体的具体事实。在本体中, 属性能用来表述个体之间或者从个体到数值的关系。属性分为两种:对象属性和数据属性。将个体关联到个体的属性称为对象属性 (Object Properties) , 将个体关联到数据类型的属性称为数据类型属性 (Datatype Properties) 。一般最常用的是对象属性。如:C语言程序设计课程本体的构建过程中, 定义、流程图等为对象属性, 标识符的含义、组成属性为数据类型属性。

关系是指建立在概念集上的关系集合。目前很多的课程学习系统都是按照章节的顺序来建立的, 比如:根据“C程序设计”课程特点, 定义了该课程本体的类之间的同位知识 (Para) 、上位知识 (Super) 、下位知识 (Sub) 三种最基本的关系, 以便更好地将本学科的知识点在横向上紧密联系起来。如:R={Super (C语言语句, 基本结构) , Sub (基本结构, C语言语句) , Super (基本结构, 数组) , Sub (数组, 基本结构) }, 上式表示C语言语句是基本结构的上位知识;基本结构是C语言语句的下位知识;基本结构是数组的上位知识;数组是基本结构的下位知识。如果以概念为节点来建立, 则需要对知识点进行分析和分解, 定义它们之间的相互关系, 那么根据“C程序设计”概念间的联系, 将所有概念定义为相关知识、前驱知识和后继知识三种关系, 以便更好地将该学科的知识点在横向上紧密联系起来。R={is_prior (数组, 指针) , is_next (指针, 数组) }, 它表示数组是指针的前驱知识, 而指针是数组的后继知识。

4.3 创建实例

实例是指属于某概念类的基本元素, 是类中抽象概念的具体化, 创建实例是创建课程知识本体的最后一步。

4.4 本体形式化编码

本体的形式化编码就是用选定的本体语言来描述知识本体, 可以采用自然语言来描述, 也可采用逻辑语言来描述, 若要实现较强的推理能力, 则需用形式化的描述语言进行表述。一般采用OWL作为本体描述语言。OWL是RDF (S) 的扩展, 通过提供更多具有形式化语义的词汇, 它具有比RDF (S) 更强的Web内容表达能力和语义推理能力。OWL最重要的是对类、子类、属性和它们各自具有的特性的描述[6]。如下述代码清单是C语言程序设计课程本体中部分类与子类之间特性的OWL描述。

代码清单:

4.5 本体的存储

本体必须以一定的方式进行存储, 以便共享、交换和进一步地综合利用。常见的本体存储方式有两种:文本方式和数据库方式。文本方式一般以OWL格式的文件进行存储, 结构简单、共享和交换方便。数据库方式由于课程知识本体规模较小, 一般采用关系数据库[7]进行本体的数据库存储。

5 结束语

在科学知识既高度分化又高度综合的现代, 各门学科之间互相交叉, 各种知识之间相互渗透逐渐形成了网络式的知识体系结构, 课程作为课程领域的顶层, 是知识体系结构的核心部分。随着人们对网络学习的逐步依赖, 人们期待网络中更准确、更完整的知识检索系统。基于本体的课程知识库的构建可以清晰地表达课程知识的基本概念、属性、处理方法和内在关系, 使得知识可被重用和共享, 使得知识的检索更为方便、准确。

摘要：相对于目前常用的基于关键词字面匹配的检索方法, 语义网的信息组织作为一种全新的信息组织方法和理念, 为网络信息组织带来了新的变革。本体是语义网信息组织的核心, 本体及其推理能力代表了现代信息组织, 特别是网络信息组织的发展趋势, 它不仅有利于信息的形式化描述, 而且依据本体这种信息组织方法而建立的检索系统, 更能满足用户进行语义检索特别是智能检索的需要。面向语义的课程知识的检索以语义理解为基础, 在很大程度上揭示了信息语义的扩展性, 加大了对知识的处理和理解能力。基于本体的语义信息检索在构建领域知识本体结构的基础上, 通过对领域本体资源的语义信息的获取, 来理解用户的检索需求, 语义描述检索语句和文档的资源, 从而实现信息检索。因此, 如何构建课程知识本体成为现阶段教育变革的热点话题。本论述以谭浩强所著《C程序设计 (第三版) 》课本为基础, 以创建该门课程的本体模型为例, 讲述面向语义的课程知识本体的构建。

关键词：语义WEB,知识本体,属性,OWL

参考文献

[1]戴维民.语义网信息组织技术与方法[M].上海:学林出版社, 2008.

[2]张文秀, 朱庆华.领域本体的构建方法研究[J].图书与情报, 2011 (1) .

[3]Gruber T R.Towards Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing[J].International Journal of Human-Computer Studies, 1995, 43:907~928.

[4]A Gómez-Pérez.Knowledge Sharing and Reuse[R].Handbook on Applied Expert Systems, 1998.

[5]J Arpirez, A Gómez-Pérez, et al. (Onto) 2Agent:An Ontologybased WWW Broker to Select Ontologies[C].ECAI, 1998:16~24.

[6]刘光蓉, 杜小勇, 王琰, 崔建伟.E.Learning系统中课程知识本体的构建与实现[J].情报学报, 2009, 28 (4) :499-508.

[7]李曼, 王琰, 杜小勇, 等.基于关系数据库的大规模本体的存储模式研究[J].华中科技大学学报 (自然科学版) , 2005 (12) :217—220.

[8]谭浩强.C程序设计 (第三版) [M].北京:清华大学出版社, 2005.

课程知识本体 篇2

名词解释

教师的本体性知识(SubjectInvolvedKnowledge)是指教师所具有的特定的学科知识；

条件性知识是指教育学、心理学和教法等相关的教育心理方面的知识；

实践性知识“是指教师在面临实现有目的的行为中所具有的课堂情景知识以及与之相关的知识, 具体地说, 这种知识是教师教学经验的积累”。

上周五在幼儿园和老师们研课，其中有一个老师提出“空气无处不在”有科学错误，证据是“把玻璃制品、铁制品放入水中并不会有泡泡冒出，说明没有空气”——其实只是相对还是绝对而已，说“空气无处不在”没有什么错误，对于幼儿园的孩子，我们不可能运用所有的手段检测所有的物品是否有空气，也没有必要。昨天开会与一园长朋友一起坐，她问我：立方体必须是实心的物体吗？据她讲，在他们本地区教研的时候，有位领导是这样讲的，老师们也不是很清楚。——所谓的立方体应该是指具有长宽高三维空间的物体，与物体是否是实心的没有任何关系……

课程知识本体 篇3

一、小学数学教师所具有本体性知识现状

在我国的教育中, 有一个理念深入人心, 那就是 “给学生一杯水, 教师要有一桶水”, 这一观念被人称为桶论。随着新课程改革的实施, 有人开始对桶论提出质疑, 认为教师所拥有的水不该是死水, 教师的水应当是随着教育的不断进行而不停更新的, 应当是一汪活水。还有人认为教师拥有多少水对学生来说没关系, 教师应当教会学生如何找水, 这样即便教师没有水, 也可以帮助学生或者指导学生自行找水。以上三种观点可以说是把教育的真正观点进行了分割, 桶论说的是教师的知识储备量, 活水论说的是教师所拥有知识的质量, 而找水论则说明的是学习知识的方法。 而教师真正该拥有的是这三者的统一。

另外, 根据新课改实施后进行的教师本体性知识状况调研结果来看, 举一例子, 2008年7月某省对农村228名骨干教师进行了本体性知识的测试, 以50分为合格, 合格率仅为53%, 其中82分为最高分, 最低分15分。测试中一道题目, 两数相乘, 一个数扩大到它本身的三倍, 另一个数怎么样才能使得积不变, 这道题70% 的教师答错。过去, 教材中所说的是缩小三倍, 而这一说法欠准确, 应当是缩小到它本身的三分之一, 新课改内容中体现了这一点。

从以上内容看来, 我国小学数学教师的本体性知识缺失还是很严重的。

二、本体性知识缺失原因

1.数学课程在学历教育中具有局限性。现今小学中的数学教师所具备的大专及本科学历大都是在职期间通过进修获得, 并非受到过全日制教育课程的学习, 而这些教师在未获得大专或本科学历前所学的数学专业是在中等师范学校完成的, 而中等师范学校所教授的数学课程未涉及系统的几何学内容。在中等师范学校所学的数学专业知识在质量上难及高中毕业生所学的数学知识。

比如, 几何学中的图形变换属于解析几何, 而过去的中等师范学校的数学学习内容不涉及解析几何, 有的学校虽有涉及, 但都未经过系统的讲授。中师升为大专后, 虽然解析几何内容被添加上, 但只是简单地讲授坐标轴的平移。坐标轴旋转等内容还是被删除或简化了。

并且, 多数中师毕业的数学教师在中师学习期间是通过死记硬背来通过毕业考试的, 他们对所学数学知识内容没有系统地理解与掌握, 导致这些数学教师在教授课程时照本宣科, 严重影响学生的学习质量。

2.学历教育数学素质的培养尚未拓展开来。部分小学数学教师未经过数学课程的系统学习是导致教师本体性知识缺失的主要原因, 另外, 对已学习过的知识的一种遗忘也是造成小学数学教师本体性知识缺失的一大原因。教师在中师学习阶段主要学习的是数学方面的知识, 而数学能力是在走入课堂后在教学过程中形成的。教师在教学过程中所形成的数学能力主要包括计算、空间想象、逻辑思维以及运用数学知识解决实际问题这四种能力。而在这四种能力中, 教师尤为缺乏的是逻辑思维能力, 缺乏这种能力就造成教师对数学知识的理解力低, 对数学知识的应用能力弱。

教师在接受中师数学教育后, 在在职期间进行深造时, 不仅没有对数学学科内的几何学内容进行系统培训, 而且, 数学素质的培养也不到位, 具有很大局限性, 这也造成教师本体性知识的缺失。

3.教师思维的“童化”。记忆过程中遗忘总是会出现的, 可以说遗忘是促进记忆的必经之路。但是在教学过程中, 与教学内容有关的、不应该被遗忘的数学知识遗忘了就是不应该的了。但教师的本体性知识缺失仅仅是因为遗忘吗?不是的, 有一大部分原因是因为教师思维的“童化”。

许多小学教师在刚成为教师时, 由于缺乏能够使小学生容易理解又能把课程内容解释清楚的课堂语言, 又不太了解小学生的思维, 导致教学工作困难。而后, 为了使自己的教课语言被听懂, 经过长时间的研究和实践, 许多教师在课程的准备和教授过程中就能自然地按照小学生的思维进行了。这样, 随着时间的推移, 教师自己的思维就会被“童化”。

综合以上内容, 不难看出, 教师就职后本体性知识的缺失原因不仅是自然遗忘, 更多的是由于教师思维的“童化”, 也就是随着教师对小学生所下功夫的加深, 在教师身上体现出的本体性知识的匮乏。

三、解决本体性知识缺失的对策

1.对教师就职前所学数学课程内容进行补充。首先, 对于所谓的学生要取一杯水, 教师就要有一桶水这种说法而言, 教师应该拥有的不仅是一桶水, 而是一缸甚至是一汪活水。教师所具备的教学知识应该随着教学内容和教学课程改革而不断变化, 对旧知识不遗忘, 对新知识继续记忆, 始终保持自身数学知识的新颖和全面, 具备比较广泛深厚的数学知识, 才能满足学生对知识的渴求。完成这个就需要对师范院校所学的数学课程内容进行不断补充和调整, 对原来所学的课程进行去粗取精, 并把新课程改革所需增加的学习内容添加到学习中去, 保障教师的知识储备。

其次, 为使小学数学教师在教授学生课程时能够游刃有余, 且可以有效地运用数学能力指导学生进行自主学习, 在师范院校对数学教师还应进行数学思想方法和数学文化等方面的培养。为周全小学教育专业的特殊性, 同时兼顾师范类院校所必须面对的所受教育的师范性和学术性, 又要满足这些准教师毕业后的工作需求, 导致专业学科边界模糊, 所以在开设课程时不必单独为了这些内容开一门课程, 只要把所需学习的内容融入到已有的课程中就可以了。

2. 对就职前教师数学课程的教学方法进行改进。 传统的高等师范学院对数学专业的课程设置偏向于知识的学习, 而忽视了师范性, 也就是忽视了如何教育学生未来就职后怎样教学这一方面。师范院校的学生不仅仅要学会学科知识, 这是基础, 在这基础之上还要学会学科教学方法, 因为师范类院校的学生走出学校后的第一出路就是走师范路线, 也就是走进学校成为教师, 而教师只有具备了教学所需知识和方法两方面的内容, 才能在教学过程中运用正确的教学方法将准确的知识和能力教授给学生, 引导和帮助学生学会学习。

同时, 师范类院校在培养教师时, 把数学知识在课堂上进行讲授的同时教给学生如何归纳学习数学思想, 如何发现数学中的学习方法, 帮助学生在学习中形成数学观点, 有助于提高学生分析和解决问题的能力。而且, 若在教学过程中, 学生能够在师范类院校教师的帮助下自行地将高等数学的学习和初等数学的研究结合起来, 在学习中研究, 用研究来促进学习, 让学习和研究在日后的教学过程中发挥更大的作用。

3.对在职教师加强培训。第一, 引起教师自身关注。教师是教学的主体, 教师本体性知识的缺失与自身脱不了关系, 外界的帮助只能解决一部分问题, 真正重要的还是教师个人对自身的认知和教师自己的努力。因此, 唤醒和激发教师的主观能动性, 调动教师的学习积极性才能有效地解决教师本体性知识缺失的问题。教师在教学过程中自觉地发现自身对本体性知识的遗忘, 并通过分析教学过程中产生的疑问, 运用问答的方式寻找答案, 教师个人经过发现问题、寻找答案、解决问题来对教师本体性知识进行补充和完善。

第二, 理论与实践相结合。在对在职教师进行培训时, 将数学教材与教师教学实践相结合, 联系实际使教师学得会、学得进、用得上, 提升教学效果。

第三, 结合教材分析进行培训。结合教材将教师在日常教学过程中产生的困惑和问题进行分析解决, 将数学理论和教学实践结合起来, 真实地面对并解决教材中的实际问题, 具体问题具体分析。

例如, 在小学数学课程中学习比较多少时, 教师教授给学生的是将索要对比的事物进行一一对应排列, 然后比较多少。而小学生的第一反应则是将两种事物分别进行数量的计算, 然后通过最后的结果来比较多少。教师忽略了学生的学习方法, 将教材上的学习方法灌输给学生, 这是一种比较生硬的教学方法。 这就体现了教师在教学时缺少教学对策, 没有理解一一对应为何要在比较多少时引进, 且很多教师也会怀疑, 为什么一眼就可以看出多少的事物要通过一一对比来比较。

第四, 结合课例点评进行培训。数学中的知识是抽象的, 相对于文科类的学习内容是理性的。同样的数学知识, 结合课例点评进行学习, 比起传统的学习来说, 能收到更加良好的效应。结合课例点评学习, 增加了培训内容的针对性, 不会使培训内容只有道理, 变得空洞, 帮助教师学习。但是, 在对教师进行点评时要避免对教师的教学水平做出评价, 坚持就事论事的点评态度, 这样, 才会受到多数教师的欢迎, 培训课程才可以收到良好效果。

数学是一门具有人文性的理性学科, 是一门抽象学科。在新课程改革, 基础教育的发展对小学教师提出了新要求, 小学数学教师本体性知识的缺失影响到了教师的教学品质, 进而影响到了学生的学习质量。 造成小学数学教师本体性知识缺失的原因有外在原因和自身原因, 外在主要是学历教育的局限性, 教师自身原因主要是对本体性知识的遗忘和教师本身教学思维的“童化”。而解决小学数学教师本体性知识缺失的主要对策也是从外在和教师自身两方面出发, 加强教师职前的师范类院校对教师的培养和对教师职后的专业培训, 同时引导教师反省自身, 帮助教师学会自主地弥补本体性知识。

参考文献

[1]申继亮, 李琼.从中小学教师的知识状况看师范教育的课程改革[J].课程·教材·教法, 2001, (11) .

[2]林崇德, 申继亮, 辛涛.教师素质的构成及其培养途径[J].中国教育学刊, 1996, (6) .

[3]黄建弘, 等.九年义务教育课本小学数学教育参考资料[M].上海少年儿童出版社, 2005.

课程知识本体 篇4

知识创造螺旋机理:认识论--本体论的观点

知识已经成为关键的经济资源,知识创造过程日益受到重视.本文在对知识创造过程有关文献分析研究的基础上,对知识创造过程从认识论和本体论的角度进行研究,最终建立了基于认识论和本体论的`知识创造螺旋模型(E-O-Sprial-ESCI).

作 者：杨德群 杨朝军  作者单位：上海交通大学管理学院,上海,52 刊 名：情报科学  PKU CSSCI英文刊名：INFORMATION SCIENCE 年，卷(期)： 22(11) 分类号：B016 关键词：知识   认识论   本体化   SECI  

基于本体的农业知识建模研究 篇5

关键词：农业本体,知识建模,知识管理,农业信息化

0 引言

随着信息技术的飞速发展,信息量不断增加,如何合理描述、表达、组织和管理海量无序的知识资源,并有效进行知识共享和服务是知识管理领域迫切需要解决的问题。本体(Ontology)作为共享概念模型的明确的形式化规范说明,为知识和概念提供了一个科学的组织方法。由于本体的支持,知识服务如搜索、积累和组织等效率得到极大提高,同时知识的发现、重用和共享变成现实。作为农业信息化的基础,农业领域知识是一种可以大幅度提高农业劳动力和生产效率的生产要素。因此,研究农业领域的本体知识建模,构建面向本体的农业知识库,完善农业知识服务体系,是推动农业信息化合理发展的必要措施。

为加强农民和农技人员对农作物病虫害认识,有效指导病虫害的防治工作,农作物病虫害知识和信息的表示与共享技术显得尤为重要。目前已有的农作物病虫害知识表示方法有:基于模糊推理的知识表示方法[1]、基于产生式规则表示知识[2]和基于案例推理的知识提取方法[3]等。这些传统方法构建的知识库不仅具有很强的领域特性,而且在知识获得、表达、共享和重用等方面都存在不足。随着本体论研究在农业信息管理领域的渗透,农业病虫害本体的研究不断深入,如水稻病虫草害本体[4]、蔬菜病虫害知识库[5]、柑橘病虫害本体[6]、玉米病虫害[7]等,但大多数相关研究都存在领域的局限性。本文借助本体理论的思想,运用本体方法组织知识,选择枸杞病害和虫害作为研究对象,构建结构良好的枸杞病虫害领域本体库,为枸杞病虫害知识服务提供支持。

1 本体与农业本体

本体论原是哲学领域中为研究存在而发展出来的一个概念,现在被用于信息科学中,其概念和内涵也随之改变和不断完善。在信息科学领域中本体论是一种利用计算机语言和模型来进行领域知识表示和组织,结合信息技术进行知识管理、共享和服务的科学方法论。本体是通过领域专家的积极参与和通力协作而构建的领域概念、关系和公理体系的集合,以计算机能理解的语言和形式描述、表示和组织知识,促进知识重用、知识共享和知识服务[8]。农业本体是农业学科领域内概念、概念与概念间的相互关系以机器能理解的形式化语言表示和组织农业知识和模型。农业本体给农业领域提供了统一的术语和概念,使得农业知识高效可靠地获取、共享和服务成为可能。随着本体论研究在农业领域的渗透,本体在农业知识库构建、知识共享服务及智能检索等方面具有良好的应用前景。

2 本体构建

2.1 本体模型

本体在结构上包含5个基本建模原语:概念、关系、函数、公理和实例。概念通常也被称为类,指任何事物,表示领域中具有相同属性的对象的名词集合,是知识领域内的标准与规范,为知识的共建共享提供了基础,概念以层次关系加以组织;关系描述概念相互之间的交互关系,如继承关系、整体与部分的关系等;函数是一种特殊的关系;公理采取特定逻辑形式的断言(包括规则在内),表示任何情况下都正确的描述;实例代表元素,也就是概念中的具体例子,是整个本体的基础对象。本体是知识概念化的显式规范说明,它将知识以一种明确的、形式化的方式表示出来。本体可以表示为一个五元组O=(V,C,R,A,X),其中,V表示论域中的术语集,C表示概念集,R表示概念间的层次关系,具有自反性、无环性、有向性和传递性,A表示概念和关系的属性值集合,X表示公理集,是对概念和关系属性值的约束。

2.2 本体构建原则

本体是一种先进的信息资源知识组织方法,本体构建是一项复杂的系统工程,目前没有统一的本体构建方法和规则,Gruber提出本体构建的5个原则,即本体的定义具备清晰性、完整性、一致性、最大单向可扩展性和最小编码相关性[9]。对于领域本体的构建,还应遵循以下4个原则:标准化建设原则、本体复用原则、协作原则和评建结合的原则。其中,标准化可以提高本体的共享性、防止和避免信息应用相互脱节;本体复用采用多层次继承方法,减少和避免本体的重复定义;协作原则要求众多领域专家、知识工程师和IT人员协作参本体构建;评建结合原则要求在本体构建过程中检验本体是否完整,是否满足用户的实际需求,需要不断接受评估和提高。

2.3 本体构建方法和流程

随着本体在各领域的广泛应用,出现了多种本体构建方法,国内外比较有影响的本体构建方法有骨架法、IDEF5法、TOVE法、METHONTOLOGY法、XHEMI-CALS方法、SENSUS方法及七步法等[6,10]。本文借鉴本体构建相关方法,依据农业领域知识的特点,确定了农业领域本体构建的方法,其流程如图1所示,具体思路如下:(1)构建本体之前,进行需求分析,确定领域本体框架,明确领域本体的应用目标和范畴;(2)通过专业相关书籍、文献资料、权威网站信息等途径获取领域知识,结合农业领域专家建议,对领域知识进行分析、整理和归纳,得到所需领域的概念和关系;(3)对领域知识充分了解的基础上,结合需求分析,将领域中的主要概念和关系列举出来,在农业领域专家指导下,确定领域的核心概念和关系;(4)基于前面划分的概念层次结构,使用本体构建工具对类、属性和实例等本体元素进行编码及形式化定义,实施本体构建;(5)本体建立后,领域内概念的定义是否清楚,关系是否明确,需要运用推理工具自动判断和检验,并对有逻辑错误的地方进行修改,以满足用户的实际需求;(6)本体创建是一个反复迭代的过程,需要不断优化和完善,以便更好地适应实际使用。

3 枸杞病虫害本体构建实现

3.1 应用背景分析

枸杞病虫害本体是利用计算机语言规范枸杞病虫害的相关概念、概念间的关系,形成对枸杞病虫害知识组织结构的共同理解,为进一步建立枸杞病虫害语义Web,开展枸杞病虫害知识服务奠定基础。在枸杞病虫害本体的支持下,对枸杞病虫害知识的获取、搜索和使用等相关服务的效率大为改善,实现真正意义上的知识重用和共享。

3.2 知识及获取

在学习了很多相关枸杞病虫害书籍和大量文献资料的基础上,结合枸杞病虫害领域专家建议,以宁夏地区常见的枸杞蚜虫、枸杞红瘿蚊、枸杞瘿螨等51种枸杞害虫和根腐病、炭疽病、白粉病等15种枸杞病害为研究对象,对枸杞病虫害领域知识进行分析、整理和归纳得出核心概念集合。

3.3 本体知识建模

由于枸杞病虫害领域复杂的领域间关系,在本体构建过程中以枸杞为核心,综合考虑与其相关的枸杞病害类型、枸杞虫害、虫害体征、症状、危害部位、发生发展规律、病原、防治方法等要素,通过描述其领域中的类(概念)、属性关系和实例(个体),构建完整的枸杞病虫害本体。

3.3.1 本体类结构及层次模型建立

构建本体类层次结构模型是构建领域本体过程中非常重要的任务。首先将枸杞病虫害本体分为5个一级类,分别是枸杞病害(Disease)、枸杞虫害(Pets)、危害部位(Part)、危害症状(Symptom)和防治方法(Prevention)。然后依据枸杞病虫害的知识体系结构内容,对概念作进一步细分。在Protégé环境中,将下位概念逐一添加到一级子类中,形成如图2所示的本体类层次结构。

3.3.2 本体属性关系定义

定义本体属性是确定一个类内部以及类之间关系的过程,通过定义本体属性来建立概念间的关系是实现知识推理的基础。属性描述的是一个二元关系,Protégé中提供了3种类型的属性关系,即对象属性(Object properties)描述的是两个概念的实例间的关系,数据属性(Data properties)指某个类属于某一个数据类型,注释性属性(Annotation Properties)是对概念属性的注释。在Protégé中定义属性时除了包括属性名称、描述信息、数据类型的定义外,还要确定定义域、值域、顶级属性、子属性、逆属性等约束信息。

通过分析整理,枸杞病虫害领域本体中所定义的主要对象属性如表1所示。比如,对象属性cause,定义域为枸杞病害,值域为病因,表示枸杞叶片病害由某病因引起,而病因是枸杞疾病的根源,因此它们之间的关系是causedby,这就是逆属性关系。类似的方法可以定义数据属性和注释性属性。使用Addsubproperty即可构建子属性,形成树状层次结构。

3.3.3 本体实例添加

本体属性关系确定之后,就要进一步为类添加实例。类是实例的抽象归类和表示,实例是类的具体表现,一个类可以赋予多个实例,形成实例集。每个实例继承类中的特性,用属性值描述实例的特征。如“枸杞虫害”类中包含了很多害虫的实例,对于其中的“蝽类”就包含了7种虫害。在Protégé中选择individuals选项可以在相应的类中添加实例,同时为实例添加相关的属性及属性值。例如在类“蛾类”中添加枸杞蛀果蛾、枸杞卷梢蛾、枸杞鞘蛾、枸杞绢蛾和枸杞黑绢蛾5个具体实例,在每个具体的实例中可以添加它的属性内容。

3.3.4 枸杞病虫害本体知识库

根据上述构建步骤,将枸杞病虫害作为研究对象,以诊断和防治为研究目标,抽取领域中的重要概念、属性及实例,构建了一个体系完善的枸杞病虫害本体库。构建好的枸杞病虫害本体的类结构如图3所示,共计37个本体类,基本涵盖了实际生产中主要的枸杞病虫害种类。本体中有7个数据属性和12个一级对象属性用于描述枸杞病虫害的基本信息,还包括51个害虫实例,15个病害的实例和其它本体类的实例。

4 结语

本体以科学知识组织的方式实现了知识间逻辑关系的形式化定义。本文在农业本体模型形式化定义、构建原则、构建流程和方法分析的基础上,以枸杞病虫害领域的相关知识为例,运用本体开发工具建立了枸杞病虫害知识本体,构建了枸杞病虫害知识库,为促进枸杞病虫害防治知识应用和共享奠定了基础,为下一步利用知识库进行本体检索和推理等提供了参考,同时为其它领域本体构建提供了借鉴。

参考文献

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基于本体的夹具设计知识表达 篇6

科学技术与信息技术快速发展的过程中, 计算机辅助夹具设计只受到人们的高度关注。与此同时, 在人们高度关注的过程中, 国内外学者就装夹规划、性能校验以及结构设计的自动化理论和方法都进行了大量的研究。在研究人员研究活动不断深入的过程中, 计算机辅助夹具设计珠江将智能设计方法应用于其中。在各项技术与学术不断探索的过程中, 基于知识表达的设计模式和技术逐渐成为一种发展趋势。而夹具设计模型属于只是表达的核心内容。只是表达对知识哭的构建和推理程序的设计的具有重要的影响。研究人员在研究的过程中, 适当的知识表达对研究人员研究成果的提高具有重要的意义。笔者就基于本体的只是表达进行简单论述。

1 相关概述

对于那些需要采用专家建议才能解决的问题进而应用人工智能的原理和方法, 其实就是知识工程。知识工程种的基础技术主要包括了只是表达和获取技术。但是在两方面应用中, 只是表达应用范围与成果表现得更为明显。将只是表达应用于实践中就能够最大限度实现知识重用。

首先知识重用。就科学技术快速发展的过程中, 知识获取是各项技术发展的一个瓶颈时期。如果没有标准的只是表达, 就不可能积累新的知识系统, 并对其进行应用。也就是说只能进行重新设计[1]。但是这过程必然会造成时间与精力的浪费。面对这种情况, 有人提出来全面的信息模型。其中就包括了产品模型、制造模型、装夹信息, 这样也就给计算机辅助设计提供了新的基础性元素, 同时加强了相关信息的交流。但是, 人们在研究的过程中并没有使用标准化的表达术语、表达技术以及语言。如果研究人员的大部分研究不能作为重要的依据进行合理的运用, 将会导致宝贵的设计知识不能重用。其次知识共享。在研究工作开展的过程中, 要想不同系统、不同人员的信息与知识相互交流, 就应当为其提供相应的交流领域。在夹具研究不断深入的过程中, 人们对其知识的了解程度也在不断发生变化。如果在此过程没有构建标准的知识表达, 那么相互间的交流就会非常有限。最后系统开发。通常情况下研究人员在应用某种方法的过程中使用一种半规范性的语言, 不能用于推理。但是系统开发作为一个逐步精化的领域, 其知识模型会随着开发过程推进而发生变化。如果在其中使用非规范性的语言表达与跟踪, 必然不会产生良好的效果。

从现有知识表达与知识库建设的情况可以知道其缺乏通用性与灵活性。但是未解决这个过程中的各种问题, 使用一种具有推理能力的文本只是表达方法对模型的构建具有重要的意义。本体其实就是对共享概念的模型进行明确规范的说明。这样就能够保证概念模型的明确的规范性。在其中建立与之相应的关系, 促使知识概念题之间的关系较为明朗与清晰化。

2 夹具设计本体

在夹具设计本体类层次结构时, 研究人员普遍采用自顶向下的方法。在研究逐渐成熟的过程中, 该方法渐渐细化, 并且逐层建立了相应的子类。在此过程中, 可以重用已有的本体知识。建立夹具设计只是表达通常会分成以下几个类型。

2.1 一般本体层

在模型构建的过程中, 大部分的建模类型中, 通常将其应用于种类的关系方面。这就是通常所说的一般本体层。种类模型之间的关系能够清晰明朗化有助于含有类似本的建模建立相应的概念框架。同好似种类之间的关系、组合更清晰。

2.2 配置设计

配置设计就是通用领域本体层。该本体层是从一般本体层应用较为广泛抽象出来的基本建模。研究人员在领域研究中同将其分为通用领域与具体领域。通用领域应用在研究方面的较多, 并且本体开发的也较为成熟[2]。这样有助于研究人员的重用这些本体。根据夹具设计的实际情况, 夹具设计其实就属于配置设计的问题。在产品配置设计中, 需要满足大批量定制生产的多品种、小批量个性化的需求技术设计。这种应用在生活中较为常见的就有电梯配置设计与电脑组装设计。在设计活动开展的过程中可以将其看成是一种较为特殊的设计活动。在本次的设计活动中需要按照相应的设计规范的要求来约束相互之间的关系。也就是在却型产品有效性规则的基础上, 促使产品的属性与用户之间的需求保持相匹配。同时通过零部件之间的有效组合, 有效满足客户的产品需求。在配置设计的本体层中, 通常可以将知识分为需求知识、模型知识以及求解知识。需求知识主要是依据客户的具体需要对产品开展设计。例如, 客户的个性化需求设计、资源需求等等。在产品完成设计后可以将其结果归结为配置结果的集合。模型知识其实就是描述出现在配置重的实体、实体关系与相应规则的组合。求解知识是描述配置需求的过程中, 尽可能促使需求知识与配置实例化产品。

2.3 夹具设计本体层

在夹具设计的过程中, 夹具设计本体层将直接与夹具层产生联系。在定义该层的过程中, 需要明确本体层构建的目的、系统开发、作用以及应用和维护的对象。另一方面表达能力通常被应用于该本体是否含有足够的信息。因而在设计的过程中应当仔细研究夹具系统的所包含的功能。同时还应当在配置设计本体层上面相应扩展。夹具原件通常包含了基础的设计知识。在其设计工作开展的过程中, 大量知识内容都体现在组合元件中。在比较相关计算机辅助系统的过程中就能够得出相应的设计方案。自重的组合元件与连接方式对夹具的柔性具有重要的意义[3]。因此, 夹具原件在具有通常功能的基础上, 更具典型的柔性。在夹具设计中, 需要依据用户的需求来开展设计活动, 而用户的需要又包括了直接需求与间接需求。面对此种状况, 夹具设计就应当根据实际情况开展设计活动。

2.4 产品本体层

在夹具设计的过程中, 产品本体层与具体产品的系统具有紧密联系。当前多种夹具产品形成相应的系统。即使夹具原件的结构与组成在表面上看似相同。但在科学技术快速发展以及科学的进步中, 各种产品的性能与结构都在发生着不同的变化。与此同时, 模型知识与约束知识等方面产生出一些新兴产品所独有的概念, 进而促使产品的特点和元件都具有其各自的特点。就此而言, 在夹具设计的过程中, 产品本体层需要联系结构和设计方式, 促使产皮的设计更符合客户的需求。出笔者的这几种论述类型外, 还有一种为本体构建过程。前文中论述的本体层之间都具有一定的依赖性, 本体以及知识库的模块和重用, 使得它们在夹具设计的过程中需要分别构建[4]。夹具设计的各个本体层相互独立, 但是又逐层扩展, 最重在产品元件中显示出其作用。

3 结语

总而言之, 笔者在论述的过程中主要从知识重用、知识表达以及知识共享等方面展开。在此过程中针对当前夹具设计中存在的问题, 应用相应的描述夹具知识, 建立夹具设计的本体模型。在知识库与规则相互分离的状况下, 通过夹具设计本体极强的腿理性, 就可以完成本体进行的夹具设计。

参考文献

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本体知识库合并系统的设计 篇7

1 本体知识库的合并

1.1 本体知识库

一个具备较强应用功能的本体知识库一般包含两大组成部分, 即本体知识模型与知识规则。

本体知识模型:主要提供语义上的推理功能, 包括本体设计时的一致性检查、类的可满足性检查、确定类之间的包含关系、本体之间的蕴含关系检查, 以及应用所涉及的查询 (例如判断一个个体是否满足一个查询表达式, 或者检索满足给定查询表达式的所有个体) , 即提供支撑数据资源共享与集成的推理判断能力;

知识规则:主要是针对领域内的特定应用, 扩展应用规则 (如:适宜性评价规则) , 利用规则库中规则实现系统的业务推理能力。

根据本文研究的出发点, 一个应用问题可能需要两个以上的本体知识库的协同进行, 则不可避免遇到两类问题。首先是本体知识模型的合并, 只有实现本体知识模型的合并才能实现不同本体知识模型之间的相互理解。除外, 需要进行知识规则的合并, 合并完成的规则才能共同处理应用问题。在知识规则合并过程中就会出现规则间冗余、矛盾、冲突等问题。

1.2 本体合并

各领域工作者往往根据所涉及的领域信息针对各自的应用需要进行本体的构建, 由于各个本体独立构建, 使得相同或者相似领域内有多个本体的存在, 而这些本体之间的内容常常存在重叠以及不一致部分, 也就是说, 相同领域的不同本体之间存在一定冲突、不匹配与不一致, 即本体异构, 本体的异构将导致领域本体之间存在歧义, 无法进行互操作。本体之间所存在的异构可以总结为以下几种类别[2,3,4]:

(1) 概念层异构:不同的概念分层, 造成结构上的冲突。概念层异构主要由本体覆盖面不同、详细度不同和视角不同三个原因产生的[5]。例如, 在以下两个土壤领域本体中, 同一概念土壤侵蚀 (Soil_Erosion) 在不同的本体中所处的概念层次不同, 这是结构上的冲突, 如图1a和图1b所示;

(2) 术语层异构:不同的本体对类、属性等实体命名过程中存在不一致。主要表示异词同义, 即同一个实体由不同的词汇进行定义。例如, 年均降雨量在本体LES0529上表示为Annual_Average_Precipitation, 而在本体LES1208中表示为Average_Precipitation, 而两者表现的是同一个本体类;

(3) 表示层异构:不同的本体采用不同的本体描述语言。例如, 两个分别用KIF和OWL描述的本体具有不同的基础形式化逻辑;

(4) 语义层异构:不同的个体或团队在不同的知识背景下对相同的本体产生不同的理解。

本体合并正是解决本体异构问题的主要方法。本体合并是将相同或者相似领域内已存在的本体整合在一起, 消除重叠的和不协调的部分, 从而实现知识系统的扩展和共享。目前本体合并的工具, 比较有代表性的有Prompt[6]、Onto Morph[7]、Chimera[8]、FCA-MERGE[9]和Onto Merge[10]等。

1.3 规则不一致消解

规则不一致可分为[11,12,13]:

(1) 矛盾规则 (Inconsistency Rules) :规则库中至少有两条的规则在相同的前提下得到的结论不同, 或者虽然有相同的结论, 但前提不同, 则称它们是矛盾的。

(2) 冗余规则 (Redundancy Rules) :规则库中存在不必要的规则称为冗余规则。冗余规则会增加规则库的容量并导致推理效率低下。冗余规则可分为简单冗余 (等价规则) 和包含冗余 (从属规则) , 而包含冗余又可分为条件包含冗余、结论包含冗余和推理包含冗余。

(3) 循环规则 (Circulation Rules) :规则库中的一组规则的前提和结论被连接成一个环, 称为循环规则。循环规则会导致推理无法结束。如果循环是由规则自身形成的, 称为自循环规则。

(4) 不完全规则 (Incompleteness Rules) :规则库中存在不能满足推出某一结论的结束条件的规则为不完全规则。不完全规则不能推出结论, 不能形成产生结论的推理链, 或者虽然能推出结论, 却是错误的。

在土壤适宜性评价本体知识库中, 各种类型规则不一致的例子如表1所示。

规则不一致消解有利于减小规则库中的规则矛盾与冗余, 减小规则库规模, 提高规则推理效率和推理结果的正确性。在已有的规则不一致消解研究中, 主要侧重于两个方面: (1) 对规则库的规则进行不一致检测。在检测的基础上, 进行规则不一致的消解, 主要用于知识库一致性检验; (2) 当进行基于规则的推理应用时, 一旦有多个规则前提匹配, 而通过这些规则所获得的结果有冲突或冗余时, 则会进行规则不一致消解处理, 获得一个合理的结果。本文的工作重点在于本体知识库的合并, 因此研究内容侧重于第一方面, 进行规则库中规则不一致的检测和消解。

规则不一致检测是通过某种方式对规则库的规则进行比较, 查找规则不一致的过程, 是进行规则不一致消解的前提。目前, 主要的检测方式有: (1) 通过推理图来检查规则不一致[11]; (2) 利用图论对规则不一致进行检测[12]; (3) 基于Petri网模型检测规则不一致[13]。其中, 推理图结构性强, 能较完整地检测规则不一致, 但是推理图的搜索效率相对较低;利用图论的检测方法严谨性强, 能较好的处理规则库中规则不一致问题, 但检测效率较低;运用Petri网模型来检测规则不一致, 直观性强, 但其缺点在于无法较好处理较大型的规则库。本文采用具有完整性优势的基于推理图的不一致检测方式。

2 本体知识库合并系统的设计

在上文本体合并与规则不一致消解技术研究的基础上, 本文依托小组已经实现的热带水果种植适宜性评价知识库系统[1], 构建本体知识库合并系统。

2.1 体系结构

一个完整的本体知识库合并系统, 应该包括本体合并、规则解析、规则不一致检测、规则不一致消解等模块组成部分。本文给出了本体知识库合并系统体系结构图 (图2) 。

2.2 功能模块

根据体系结构图, 本文对主要的功能模块进行了设计:

>本体合并模块:本文研究并采用Prompt本体合并工具中的i Prompt本体合并模块开发包, 按照其主要算法i Prompt算法, 完成i Prompt本体合并的具体操作功能的封装, 实现用户交互操作的本体合并功能;

>规则解析模块:用于从规则库中提取规则, 解析原规则库以及新规则中的规则, 实现对本体知识库中利用本体概念、关系、实例等术语进行组织的规则的解析。各种不同的规则描述语言, 依据推理的差别, 有不同的规则语法要求。在本文中, 主要基于Jena规则解析模块进行扩展, 完成对以Jena规则语法进行组织的规则各三元组的解析, 该模块为后续规则不一致检测的预备工作;

>规则不一致检测模块:实现通过推理图来进行不一致规则的检测方法, 检测两个合并规则集中出现的各种类型不一致规则 (矛盾、冗余、循环、不完全) , 并按照不一致分类, 返回给用户, 并针对各个规则不一致内容提供给用户不一致消解的建议;

>规则不一致消解模块:依据不一致检测的结果与消解建议, 用户自行判断是否进行消解操作, 保存原规则或者修改规则, 依据用户要求完成消解后, 将规则返回显示, 用户确定之后存入新的规则库中。

3 总结

小学数学教师本体性知识的内涵 篇8

“学科的知识”包括对特定主题的理解、规则与程序以及概念, 也包括这些不同主题、规则与概念之间的关系。判断教师学科知识水平的主要指标是:正确性、有意义与联系性。其中正确性是基础, 当然也应该认识到数学知识的“正确性”具有相对性, 是否正确要考虑学生的年龄特点与认知水平;对概念与规则不能只强调记住或者会用, 还要考虑这些概念与规则背后的数学意义、价值以及它们之间的联系。

“关于学科的知识”主要包括什么是数学的“答案、论证与权威” (不仅知道答案, 更包括论证答案是否合理) ;什么是“做数学” (做数学不只是做数学题, 还包括考察模式、提炼验证、构建证明并上升为一般化结论等活动) ;还包括理解数学知识要基于传统惯例与逻辑 (如十进制就是基于传统惯例, 除数不能为0是基于逻辑) 。

课程知识本体 篇9

关键词：产品配置,本体论,语义表达,网络本体语言,语义网络规则语言

产品配置知识表达作为产品配置的基础性模块,负责对可配置产品结构组成信息、约束关系,以及客户化定制的需求信息进行建模,并为后续的配置求解提供基础数据支持。以往研究根据不同类型的产品和不同的使用目标,提出了一些配置模型描述方法,例如设计结构矩阵[1]、配置网络图[2]、多色图理论[3]、统一建模语言[4]、二叉判定树[5]等。然而这些研究方法由于不具有规范的语法和良好定义的语义,使得对产品配置知识的表达能力较弱,缺乏领域配置知识的共享。

因此为了更好地提高产品配置知识表达能力,本文提出了基于本体的产品配置知识模型,简称配置本体。由于本体具有充分的表达能力和表达的方便性,并能支持有效的知识推理,所以使用基于本体的配置知识建模可以更好地监督和控制表达配置知识时所使用的基本语义行为,从而实现人员与软件智能体之间配置信息结构性理解的共享,重用配置领域知识,并将知识同操作独立开等。

1 配置本体的定位

本体根据知识表达的高度不同,可以分为三类,即高层本体、中层本体和领域本体[6],对于每一类本体都有各自的表达对象,如图1所示。领域本体对概念的表达非常具体而且折衷,这种本体通常情况下兼容性不够强,而将领域本体合并到更加通用的表达方法中去则非常耗时和昂贵;然而高层配置本体也不能直接使用,需要对配置本体进行详细的充实,以满足特殊的配置问题,这个工作量其实和重新建立一个新的领域本体几乎相当,所以高层本体和领域本体的实用性都较弱。因此本文将配置本体定位为中层本体。基于不同特殊配置领域抽象出来的共有属性,给出通用的配置概念,从而对一定范围内的通用领域进行建模。所以这种中层配置本体可以在某些具体领域内只做微小改动就可以直接应用。

2 配置本体建立方法的研究

从应用工程的角度提出建立配置本体的一般典型过程,主要包括下面三个部分:

首先,设计配置知识的整体概念结构,包括识别重要的概念项、概念属性和概念间的关系;识别具有实例的概念;产生概念定义,确定本体论的结构。

其次,利用类、关系、公理、实例等本体论要素组织和表示配置领域概念知识,其详细程度以满足配置本体的应用目的为宜。

最后,选择合适的本体论工具和语言,建立具体的配置本体。

3 配置本体的语义表达

基于本体规范的语法和良好定义的语义,将产品配置领域中涉及到的概念知识、结构关系以及配置约束以计算机能够理解的方式表达出来。

3.1 概念的语义表达

使用本体自身的语义和语法,将配置领域中使用的部件以“类”的形式表达,以充分条件和充分必要条件两部分组成类的语义定义,通过继承特性获得父类的属性,并在同父类子群中区分互斥类的概念;配置属性和约束将以本体中的“属性”和“规则”的形式表达,属性分为对象属性和数据属性两种,分别指定属性的定义域和值域,并通过互逆型、函数型、对称型和传递型四类子属性对每个目标属性定义,当具体本体语言表达收到限制时考虑用规则语言表达;而零件则以“实例”的形式表达,同一实例可以分属于多个类,并根据相应属性定义的值域选定或赋予其具体值。

然后利用本体推理机(例如Pellet)对配置本体进行概念定义的逻辑不一致性校对,并且根据概念定义可以得到新概念的自动分类。值得注意的是大部分本体语言具有“开放世界假设”,因此对每个概念的定义都要严格遵守此原则。

3.2 结构性关系表达

为了表达可配置产品的结构组成关系,本文提出了两个互逆和非对称的属性定义用以表达直接父/子部件的概念,分别是hasDirectIngredient和isDirectIngredientOf;且定义了“hasSubIngredient”和“isSubIngredientOf”两个属性用以描述直接和间接父/子部件。

而根据底层部件和装配件的属性特征,即只要具有下属部件的类即为装配件,相反的即为底层部件,通过校对hasDirectIngredient和isDirectIngredientOf的定义域和值域就可以确定某一部件属于哪类部件。再通过定义另外一对布尔值属性isSimpleComponent和isAssembly用来标示这两种不同的部件分类。

3.3 配置约束表达

为了标明部件被选配与否,设计了函数型数据属性isSelected,配置过程中通过给予其不同的布尔值标示该部件是否被选配。同理为了描述概念赋值型约束,再提出一个函数型数据属性hasValue作为赋值的接口,其定义域为需要赋值的类,值域为任何XML范式的数据类型。

产品配置最基本的两种约束两两互斥和两两相容约束则是通过定义了两个属性isInclusiveWith和isExclusiveWith来表达这两种约束关系,并用另外两个对称型的属性theInclusiveViolated和theExclusiveViolated用来标记约束的违背情况。其中属性isInclusiveWith具有对称性和非对称性之分,对称性的两两相容约束意味着如果前置条件发生了,后置条件必须发生,而且如果后置条件发生了,则前置条件也要发生,然而非对称性的后置条件发生并不意味着前置条件必然发生。其中有两类这种约束,一类是属性值的比较,用来控制两个属性值之间的两两互斥或相容约束关系,另一类是选配项的选择,用来控制两个选配项之间的两两互斥或相容约束关系。

用以上定义的属性也可以描述全局性约束,即不管新配置问题是什么都要遵守的约束,例如一些属性的取值范围约束。还有在配置过程中伴随着一些特定的约束的激活而触发的增量式约束,在这种情况下把约束条件分割成不同的约束描述规则。

4 基于OWL和SWRL语言的语义表达举例

本研究建立配置本体时,选择了OWL作为本体描述语言。由于OWL不能直接获取属性的值,为了完善其在配置约束表达方面的不足,引用了SWRL用以表达复杂繁琐的配置约束关系。列举几个语义表达实例以示原理:

(1)赋值型约束(OWL)

(2)间接部件的确定(SWRL)

5 系统实现

以电脑为配置实例在本体编辑器Protégé系统中实现其配置知识建模。该电脑的组成部分概念划分在图2的左侧类浏览器中建立,每一个概念的定义由图2右侧的类编辑器中设计。而组成电脑的零件定义和属性赋值在如图3所示的实例编辑界面中实现,其中包括一些简单的约束知识的定义。通过SWRL规则嵌入插件输入所需要描述的约束知识,如图4中isAssembly规则的执行情况可知,通过编写输入的SWRL规则的执行,推理出Motherboard_1和PC_1都是装配件,即实现了配置知识的语义描述和自动推理功能。

6 结语

本文提出了基于本体的产品配置知识模型,负责对可配置产品结构组成信息、约束关系,以及客户化定制的需求信息进行建模,并为后续的配置求解提供基础数据支持。该配置本体最大特点在于知识表达能力强、具有自推理功能,且一定的通用性致使其在应用于具体配置领域时只需简单扩展或继承即可实现知识的表达。

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