面向语义Web的本体理论和工程方法研究

摘要

以描述逻辑为基础的本体是语义Web中重要的知识表示形式，随着本体描述语言OWL成为W3C的标准，本体层在语义Web体系结构中已渐趋成熟，然而随着语义Web越来越多的用于实际应用，本体工程面临着各种应用问题，如大规模本体不易维护、应用困难以及语义Web急需时态信息的规范说明的问题，但只使用本体难以有效解决这些问题。规则是语义Web中另一重要的知识表示形式，本体和规则有效结合可弥补各自在表达能力上的不足。本体和Datalog形式的规则有相同的逻辑基础，目前已有应用技术可支持这两者的结合，然而本体与Data log v，()形式的规则(回答集程序设计)存在较大语义差异，如何在语义层次上将两者有效结合是语义Web发展中的关键问题。本研究主要内容包括：
　　 ⑴将Datalog规则引入本体并使用本体模块化技术解决了大规模本体不易维护、应用困难的问题，提出了本体模块的定义，并以物流领域为应用背景，验证了方法的可行性。给出了物流领域问题域划分原则，并采用规则和程序将模块连接，形成不同语境下的知识表示。针对模块连接时产生的不一致问题提出约束原则，从而保证了模块间连接的正确性。在此基础上，优化了基于本体和单调规则的物流管理系统。实验表明，模块化技术将推理限制在较小的范围之内，降低了推理复杂度，大大减少了系统内存消耗，提高了系统响应速度，且本体模块易维护和复用。
　　 ⑵用间断区间的时态理论扩展了OWL-Time，以表达单个事件带间断时区的情况，用本体和单调规则表示了间断区间概念以及间断区间的时态关系，并以物流领域运输事件的表示为例验证了基于间断区间的时间本体在领域时态知识表示中的合理性。通过扩展Jena中的原语、Datalog规则以及对推理模型的操作构建了相应的推理机，对推理机进行实验检验，不仅验证了推理机运行的正确性，且保证了时间知识在本体和规则中表示的正确性。解决了带间断区间的时态知识在语义Web中表示和推理的问题。
　　 ⑶提出了一种用限定(circumscription)将一阶逻辑特别是描述逻辑和回答集程序设计结合的方法。这种方法不仅可描述NM-model的语义和disiunctive dl-programs的回答集语义，且NM-model的语义和disjunctivedl-programs的回答集语义的不同之处仅在于限定的策略不同，而且这种方法可引出本体和规则结合的新见解。首先，消除了对disiunctivedl-programs的回答集语义不能得到逻辑结论的非的误解；其次不同的限定策略可体现本体和规则结合时的不同语义，由此也引出了很多本体和规则结合的新语义，同时这种方法可以很清楚的展示这些语义间的区别和联系；最后，提出了一阶一般稳定模型也可以用相似的方法将本体和规则结合
　　 ⑷将本体和Datalog规则结合提出了解决语义Web中的大规模本体不易维护、应用困难，以及急需时态信息的规范说明的问题的方法，并在语义层次上将本体与以回答集语义为基础的规则结合起来，弥补了本体与规则在语义Web中单方面表达能力的不足。