邏輯學(xué)原理在基于本體的知識(shí)組織中的應(yīng)用

邏輯學(xué)原理在基于本體的知識(shí)組織中的應(yīng)用1.引言知識(shí)組織是知識(shí)的有序化，知識(shí)組織的目的就是通過知識(shí)的整合、序化，充足發(fā)掘智力資源，促進(jìn)知識(shí)創(chuàng)新。由于當(dāng)前知識(shí)信息量劇增，現(xiàn)有的知識(shí)組織方法，如分類主題法、文獻(xiàn)索引方法、導(dǎo)航系統(tǒng)方法、元數(shù)據(jù)等，已經(jīng)無法知足當(dāng)前大量異構(gòu)信息的檢索需求，這就需要在知識(shí)組織領(lǐng)域研究更具普遍適用性、可反復(fù)利用、方便使用的新型的知識(shí)組織形式，本體論就在這樣的情況下產(chǎn)生了。邏輯學(xué)是人類認(rèn)識(shí)和改造世界的繩尺和工具，是一切學(xué)說和理論中關(guān)于判定和推理規(guī)律的提煉和抽象，它被應(yīng)用于社會(huì)科學(xué)和天然科學(xué)的方方面面。在基于本體的知識(shí)組織中人們運(yùn)用了大量的邏輯學(xué)原理，本體和邏輯學(xué)密不可分。2.本體論概述2.1本體的概念本體的概念起源于哲學(xué)，本體一方面研究存在的實(shí)質(zhì)，另一方面研究整個(gè)世界的基本特征。這些年，人們將本體的概念引入圖書情報(bào)領(lǐng)域，用以解決知識(shí)表示、知識(shí)重用、知識(shí)分享、知識(shí)組織體系方面的有關(guān)問題。在引入的經(jīng)過中，本體的內(nèi)涵也隨之變化。在圖書情報(bào)領(lǐng)域，本體是指一套有關(guān)某一學(xué)科或某一領(lǐng)域的術(shù)語詞表，以及術(shù)語之間關(guān)系的規(guī)范和說明。2.2本體的作用近年來各個(gè)學(xué)科漸漸認(rèn)識(shí)到本體在解決知識(shí)概念表示和知識(shí)組織體系等方面起到的主要作用。經(jīng)過學(xué)者的研究和比照，本體在知識(shí)組織中的優(yōu)勢(shì)明顯大于分類法和敘詞表。本體的作用重要有兩方面：一是本體的分析澄清了領(lǐng)域知識(shí)的構(gòu)造，本體的可重用性避免了反復(fù)的領(lǐng)域知識(shí)分析進(jìn)而為知識(shí)表示打好基礎(chǔ)；二是統(tǒng)一的術(shù)語和概念使知識(shí)分享成為可能。2.3本體的類型根據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域不同，可將本體分為三類：頂級(jí)本體、應(yīng)用本體和領(lǐng)域本體。頂級(jí)本體是描繪敘述最一般化的概念，如空間、時(shí)間、事件、行動(dòng)等，獨(dú)立于特定的問題與領(lǐng)域，作為群眾溝通的工具，能夠以為是真實(shí)世界的常識(shí)性知識(shí)。應(yīng)用本體是描繪敘述了既依靠于某個(gè)特定領(lǐng)域又依靠于某個(gè)課題的知識(shí)，它與解決問題的方法相關(guān)聯(lián)。一個(gè)應(yīng)用本體與用來描繪敘述專業(yè)領(lǐng)域的概念相關(guān)聯(lián)，這些概念是解決問題的方法體系的構(gòu)成部分。領(lǐng)域本體是指以一個(gè)特定的領(lǐng)域?yàn)槊枥L敘述對(duì)象的本體，提供該特定領(lǐng)域的概念定義和概念之間的關(guān)系、重要理論和基本原理、領(lǐng)域中發(fā)生的活動(dòng)等。當(dāng)前對(duì)本體的研究，基本集中在領(lǐng)域本體這個(gè)分支中，所以本文所牽涉的本體領(lǐng)域是以領(lǐng)域本體為代表的。3.邏輯學(xué)概述邏輯學(xué)是研究推理、論證及其規(guī)律，以及一些邏輯方法的科學(xué)。它經(jīng)過數(shù)百年的發(fā)展，如今已經(jīng)成為每個(gè)詳細(xì)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和學(xué)科之中。邏輯學(xué)是一個(gè)特別龐大的學(xué)科群，本文重要針對(duì)本體應(yīng)用的邏輯學(xué)原理——概念邏輯、思維邏輯、謂詞邏輯和歸納推理邏輯，下面分別介紹。3.1概念邏輯邏輯學(xué)中關(guān)于概念的研究和闡述是一個(gè)主要的構(gòu)成部分，概念邏輯原理重要包含概念之間的關(guān)系原理、概念的劃分原理、概念的概括與限制原理、概念與語詞的關(guān)系原理、概念的種類原理和概念的分析與綜合原理等。3.1.1概念之間的關(guān)系原理邏輯學(xué)從外延方面研究概念間的關(guān)系。根據(jù)概念的外延有無重合之處，可把概念間的關(guān)系分為相容關(guān)系和不相容關(guān)系兩種。相容關(guān)系指兩個(gè)概念在外延上完全重合和部分重合。根據(jù)概念外延的重合情況，可分為完全重合和部分重合。因而，概念的相容關(guān)系又可分為同一關(guān)系、屬種關(guān)系和穿插關(guān)系。不相容關(guān)系指兩個(gè)概念在外延上完全不同的關(guān)系。概念的不相容關(guān)系又可區(qū)分為矛盾關(guān)系和反對(duì)關(guān)系。矛盾關(guān)系是指這樣兩個(gè)概念之間的關(guān)系，即兩個(gè)概念的外延是相互排擠的，而且這兩個(gè)概念的外延之和窮盡了它們屬概念的全部外延。反對(duì)關(guān)系，是指這樣兩個(gè)概念之間的關(guān)系，即兩個(gè)概念的外延是相互排擠的，而且這兩個(gè)概念的外延之和沒有窮盡它們屬概念的全部外延。3.1.2概念的劃分原理劃分是揭示概念外延，即按一定標(biāo)準(zhǔn)把一個(gè)類概念分為若干并列的種概念的邏輯方法。其中被劃分的概念稱為劃分的母項(xiàng)；劃分后所得的概念稱為劃分的子項(xiàng)；進(jìn)行劃分時(shí)所采取的標(biāo)準(zhǔn)稱為劃分的根據(jù)。任何一個(gè)劃分必需根據(jù)這三要從來構(gòu)成。劃分的方法有一次劃分和連續(xù)劃分等。劃分必需遵守下面規(guī)則：第一，每次劃分中，根據(jù)只能有一個(gè)，不能采取兩個(gè)或兩個(gè)以上的根據(jù)；第二，劃分所得的各個(gè)子項(xiàng)外延之和必需等于母項(xiàng)的外延；第三，劃分的子項(xiàng)應(yīng)是相互排擠的，各個(gè)子項(xiàng)之間是不相容關(guān)系；第四，劃分不能越級(jí)。3．1．3概念的概括與限制原理概念的概括是減少概念的內(nèi)涵，使外延較小的種概念過渡到外延較大的屬概念的一種邏輯方法。概念的限制是增長(zhǎng)概念的內(nèi)涵，使外延較大的屬概念過渡到外延較小的種概念的一種邏輯方法。概念的概括和限制是人們明確概念的一種邏輯方法。然而要正確對(duì)概念概括和限制，就必需遵照下面兩條規(guī)則：首先，限制后所得的概念必需是原概念的種概念，概括后所得的概念必需是原概念的屬概念，即不具有屬種關(guān)系的概念不能概括和限制。其次，外延最小的種概念不能再限制，由于它下面再?zèng)]有種概念了；外延最大的屬概念不能再概括，由于它上面沒有屬概念了。3.1.4概念與語詞的關(guān)系原理概念是反映事物實(shí)質(zhì)屬性的思維形式。任何概念必需借助于語詞來表達(dá)，概念是語詞的思想內(nèi)容，語詞則是表示概念的語言形式。概念與語詞既親密聯(lián)絡(luò)又互相區(qū)別，概念與語詞并不是一一對(duì)應(yīng)的。這表如今：第一，同一個(gè)語詞能夠表達(dá)不同的概念。例如：“累贅〞這一語詞表達(dá)的概念既能夠是用布包起來的包兒，又能夠是比方某種負(fù)擔(dān)。第二，不同的語詞能夠表達(dá)同一的概念。例如：計(jì)算機(jī)、電腦、電子計(jì)算機(jī)等語詞表達(dá)的概念都一樣。第三，任何概念都必需通過語詞來表達(dá)，但不是所有的語詞都能表達(dá)概念。語詞分為實(shí)詞和虛詞兩類，實(shí)詞都是表達(dá)概念的，而虛詞一般不表達(dá)概念。3.1.5概念的種類原理概念能夠根據(jù)其不同的反映對(duì)象劃分成不同的種類。根據(jù)概念所反映的對(duì)象能否為一類事物的集合體，能夠把概念分為集合概念和非集合概念。集合概念反映的對(duì)象是集合體，而非集合概念反映的對(duì)象是構(gòu)成集合體的個(gè)體。根據(jù)概念所反映的對(duì)象在數(shù)量上的不同，也就是說根據(jù)概念的外延數(shù)量的不同，可把概念分為單獨(dú)概念與普遍概念。根據(jù)概念所反映的對(duì)象能否具有某種屬性，能夠把概念分為正概念和負(fù)概念。3.1.6概念的分析與綜合原理分析是把整體分解為部分，或把復(fù)雜的事物分解為簡(jiǎn)單的要素，或把歷史的經(jīng)過分解為片段來研究的思維方法。其目的在于了解整體各個(gè)部分的性質(zhì)。綜合是把對(duì)象的各個(gè)部分、各個(gè)方面的各種因素結(jié)合起來，構(gòu)成對(duì)研究對(duì)象的統(tǒng)一整體認(rèn)識(shí)的思維方法。綜合是在分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，它的特點(diǎn)在于探求研究對(duì)象的各個(gè)部分、方面、因素和條理等。綜合必需與分析相結(jié)合。綜合要使其結(jié)果能真正反映現(xiàn)實(shí)的多樣性，就必需以客觀對(duì)象整體的分析為根據(jù)，沒有分析的綜合，認(rèn)識(shí)只能是抽象空洞的。分析是綜合的基礎(chǔ)，綜合是分析的深切進(jìn)入。在思維經(jīng)過中，分析與綜合是辯證的統(tǒng)一關(guān)系，兩者互相獨(dú)立，又互為前提，相互浸透，相互轉(zhuǎn)化。3.2思維邏輯思維是人腦對(duì)客觀事物的一般特性和規(guī)律性的一種概括的、間接的反映經(jīng)過，它反映出客觀事物的一般特性和規(guī)律性的聯(lián)絡(luò)和關(guān)系。邏輯是關(guān)于理性思維和語言能力的學(xué)問，而且推理作為一種思維形式是通過語言來表達(dá)的，語言的外化凝聚著思維。能夠說思維邏輯又是一種抽象邏輯，是邏輯表達(dá)的一種高級(jí)形式。3.3—階謂詞邏輯在數(shù)理邏輯中，表示一個(gè)個(gè)體性質(zhì)的詞稱為一階謂詞。描繪敘述邏輯是一階謂詞邏輯的一種。描繪敘述邏輯是人工智能領(lǐng)域的一個(gè)研究分支，是一種用來描繪敘述概念和概念條理關(guān)系的知識(shí)表示方法，能夠看成是謂詞邏輯的子語言，具有嚴(yán)格的以邏輯為基礎(chǔ)的語義和良好的推理機(jī)制。3.4歸納推理邏輯探求因果聯(lián)絡(luò)的邏輯方法是歸納推理，其方法是比較相關(guān)現(xiàn)象的各種場(chǎng)所，進(jìn)而概括出關(guān)于因果聯(lián)絡(luò)的一般性結(jié)論。這種推理的目的在于探求現(xiàn)象發(fā)生的因果聯(lián)絡(luò)。一個(gè)現(xiàn)象存在必定產(chǎn)生另一個(gè)現(xiàn)象，在相互聯(lián)絡(luò)的現(xiàn)象中，若有一現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)必定引起另一現(xiàn)象的出現(xiàn)，我們說前一現(xiàn)象叫原因，后一現(xiàn)象叫結(jié)果。4.邏輯學(xué)原理在基于本體的知識(shí)組織中的應(yīng)用4.1邏輯學(xué)原理在本體構(gòu)建方法中的應(yīng)用本體構(gòu)建是本體知識(shí)獲取的核心，即從某個(gè)領(lǐng)域中獲取知識(shí)，構(gòu)成描繪敘述該領(lǐng)域數(shù)據(jù)的語義概念、實(shí)例和其間的關(guān)系。當(dāng)前構(gòu)建本體的方法重要有：基于敘詞表的領(lǐng)域本體構(gòu)建、基于SKOS的敘詞表到本體的轉(zhuǎn)換和利用OWL構(gòu)建本體等幾種方法。下面重要介紹基于敘詞表的領(lǐng)域本體構(gòu)建方法。在當(dāng)前階段，包括某一學(xué)科領(lǐng)域中相比照較完好的術(shù)語〔敘詞〕的是本學(xué)科領(lǐng)域的敘詞表。這些術(shù)語(敘詞〕都經(jīng)過該領(lǐng)域很多專家的有序組織，它們?yōu)楸臼掠虮倔w中概念的開創(chuàng)建立提供指點(diǎn)；敘詞表為領(lǐng)域本體開創(chuàng)建立還提供了線索和指點(diǎn)，這些指點(diǎn)將為領(lǐng)域本體的開創(chuàng)建立者們節(jié)省大量的時(shí)間和精神?；跀⒃~表構(gòu)建的領(lǐng)域本體至少在本事域的概念方面應(yīng)該是比較完好的?；跀⒃~表的本體構(gòu)建的核心思想是：把敘詞轉(zhuǎn)換成領(lǐng)域本體中的概念；根據(jù)敘詞間的條理關(guān)系，確定所對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域本體中概念間的等級(jí)關(guān)系；參考敘詞的限義詞、注釋為領(lǐng)域本體中的概念添加屬性；參照敘詞間的關(guān)系為領(lǐng)域本體中的概念添加關(guān)系、為領(lǐng)域本體中的概念添加實(shí)例。根據(jù)敘詞間的條理關(guān)系，確定所對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域本體中概念間的等級(jí)關(guān)系是指采取自中間展開〔Middleout)的方法，即最先確定最主要的概念，然后再確定其他相關(guān)概念。這里應(yīng)用了邏輯學(xué)中的概念之間的關(guān)系原理中的屬種關(guān)系，即等級(jí)高的概念包括若干個(gè)等級(jí)低的子概念。而這些本體中概念間的等級(jí)關(guān)系也具有條理關(guān)系，這應(yīng)用了邏輯學(xué)中概念的多方面屬性。由于本體作為領(lǐng)域概念模型也具有概念條理的構(gòu)造，但概念間的關(guān)系復(fù)雜、交織，其構(gòu)造更像一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，所以這應(yīng)用了邏輯學(xué)中的概念之間的關(guān)系原理中的穿插關(guān)系、矛盾關(guān)系和反對(duì)關(guān)系，即領(lǐng)域概念模型中的概念間的外延有穿插的、有排擠的。能夠說本體中概念〔類〕之間的關(guān)系是無限的，任何描繪敘述所給定的領(lǐng)域本體的關(guān)系都能夠使用，這些關(guān)系用來消除概念之間的歧義，這對(duì)計(jì)算機(jī)智能地發(fā)現(xiàn)知識(shí)是非常主要的。參考敘詞的限義詞、注釋為領(lǐng)域本體中的概念添加屬性是指屬性具有繼承性，等級(jí)高的概念的屬性，其子概念、子概念的子概念都能繼承，因而還要為其子概念確定其特殊的屬性。這里應(yīng)用了邏輯學(xué)中的概念的種類原理里的正概念和負(fù)概念原理，即子概念必需含有其上位概念不具有的屬性，只要這樣能力構(gòu)成子概念。參照敘詞間的關(guān)系為領(lǐng)域本體中的概念添加關(guān)系、為領(lǐng)域本體中的概念添加實(shí)例是指領(lǐng)域本體中應(yīng)包括下面幾大類關(guān)系：同〔近〕義關(guān)系、反義〔相對(duì)〕關(guān)系、上位關(guān)系、下位關(guān)系、整體部分關(guān)系、部分整體關(guān)系、因果關(guān)系、果因關(guān)系、轉(zhuǎn)指關(guān)系、方式關(guān)系和位置關(guān)系。每類關(guān)系中都有多個(gè)詞匯，在構(gòu)建經(jīng)過中要選擇最能科學(xué)表達(dá)現(xiàn)實(shí)事物〔概念〕間關(guān)系的詞。其中的同〔近〕義關(guān)系、反義〔相對(duì)〕關(guān)系、上位關(guān)系、下位關(guān)系用到了邏輯學(xué)中的概念之間關(guān)系原理中的全部五種關(guān)系原理，詳細(xì)是同義關(guān)系對(duì)應(yīng)邏輯學(xué)中的同一關(guān)系、近義關(guān)系對(duì)應(yīng)邏輯學(xué)中的穿插關(guān)系、反義關(guān)系對(duì)應(yīng)邏輯學(xué)中的矛盾關(guān)系、相對(duì)關(guān)系對(duì)應(yīng)邏輯學(xué)中的反對(duì)關(guān)系、上位關(guān)系和下位關(guān)系對(duì)應(yīng)邏輯學(xué)中的屬種關(guān)系。其中的整體部分關(guān)系、部分整體關(guān)系用到了邏輯學(xué)中的概念的分析與綜合原理。整體部分關(guān)系對(duì)應(yīng)原理中的概念的分析部分，部分整體關(guān)系對(duì)應(yīng)原理中的概念的綜合部分。其中的因果關(guān)系、果因關(guān)系用到了邏輯學(xué)中歸納推理原理，即探求現(xiàn)象發(fā)生的因果聯(lián)絡(luò)，一個(gè)現(xiàn)象存在必定產(chǎn)生另一個(gè)現(xiàn)象，在相互聯(lián)絡(luò)的現(xiàn)象中，若有一現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)必定引起另一現(xiàn)象的出現(xiàn)，這里的現(xiàn)象產(chǎn)生對(duì)應(yīng)了領(lǐng)域本體中概念詞匯的因果關(guān)系、果因關(guān)系。4．2邏輯學(xué)原理在本體檢錯(cuò)推理中的應(yīng)用本體檢錯(cuò)推理是指在本體形式化語言的邏輯基礎(chǔ)上，運(yùn)用Tableau算法對(duì)本體的概念條理、聲明的實(shí)例以及實(shí)例間復(fù)雜的語義關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)，以保證本體庫(kù)構(gòu)造的邏輯一致性和知識(shí)描繪敘述的正確性，為后續(xù)的蘊(yùn)涵知識(shí)推理、本體庫(kù)的拓展和與其他領(lǐng)域本體庫(kù)的集成提供邏輯保證。在本體檢錯(cuò)推理頂用到的邏輯學(xué)原理是描繪敘述邏輯。本體作為一種知識(shí)表示方法，其邏輯基礎(chǔ)、形式化語言以及模型驗(yàn)證問題都與描繪敘述邏輯嚴(yán)密相關(guān)。當(dāng)前主流的本體描繪敘述語言DAML、OIL和OWL都以描繪敘述邏輯作為形式化的基礎(chǔ)，主流的本體推理引擎也重要是基于描繪敘述邏輯實(shí)現(xiàn)的，如Fact、Race和Racer就分別是基于描繪敘述邏輯SH、描繪敘述邏輯SHN與描繪敘述邏輯SHIQ。從這個(gè)角度看，描繪敘述邏輯能夠被以為是本體檢錯(cuò)推理的邏輯基礎(chǔ)。4.3邏輯學(xué)原理在本體整合技術(shù)中的應(yīng)用在信息泛濫的今天，因特網(wǎng)、各種搜索引擎和在線檢索工具等雖然能夠提供大量的信息資源，但是怎樣從如此大量的信息中提取出有用信息，就好像從圖書館中查閱書籍，然后還需要讀者自己閱讀書籍才能夠有針對(duì)性地獲取相關(guān)信息。本體作為知識(shí)組織的工具，對(duì)其進(jìn)行整合和提取如同對(duì)大型圖書館進(jìn)行分類提取整合一般，具有非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義，是對(duì)知識(shí)組織工具的組織。要想利用知識(shí)計(jì)算出針對(duì)各種復(fù)雜問題的智能回答，必需把這些知識(shí)以合適于計(jì)算機(jī)自動(dòng)發(fā)掘的數(shù)據(jù)構(gòu)造表示出來。當(dāng)采集關(guān)于某一特定主題的時(shí)候，通過整合這些數(shù)據(jù)構(gòu)造，例如：在原有數(shù)據(jù)構(gòu)造的基礎(chǔ)上，參加新進(jìn)數(shù)據(jù)構(gòu)造中新的信息內(nèi)容、新增細(xì)節(jié)、精到準(zhǔn)確解釋、同義詞、同音異形詞等，剔除各種冗余因素，實(shí)現(xiàn)原有知識(shí)體系的提煉和完善。Adolfo提出的本體的整合技術(shù)OM(OntologyMerging)原理是應(yīng)用算法實(shí)如今沒有人工干擾的情況下來自網(wǎng)絡(luò)文件的本體融合，在考慮到不一致性、矛盾性和冗余的情況下構(gòu)成第三種本體，進(jìn)而得到一種更接近于現(xiàn)實(shí)的問題的答案:。Adolfo把整個(gè)經(jīng)過表示為：〔本體A+本體B)==本體，這里應(yīng)該留意的是本體C要和本體A、B的知識(shí)相一致，本體A、B是基于網(wǎng)絡(luò)上的各種不同文獻(xiàn)所得，而且這種知識(shí)的積聚要求合并的本體是關(guān)于一樣主題、一樣根概念的等量的本體不斷反復(fù)整個(gè)本體整合經(jīng)過。當(dāng)下層面上的本體整合不僅要求考慮到概念定義文句的排列問題，還要考慮到概念定義的實(shí)際語義表達(dá)方面，例如，來源本體中的概念之間的互相關(guān)聯(lián)；與其他概念的類似度問題等等。這里的本體的整合技術(shù)應(yīng)用了邏輯學(xué)中的概念之間的關(guān)系原理中的同一關(guān)系和矛盾關(guān)系。其中本體C的知識(shí)要同本體A和本體B的知識(shí)的和相一致，這應(yīng)用了邏輯學(xué)中的概念之間的關(guān)系原理中的同一關(guān)系，這一技術(shù)也是本體整合技術(shù)中的主要技術(shù)。另外，本體A和本體B必需是基于網(wǎng)絡(luò)上的各種不同文獻(xiàn)所得，這里的從不