国共合作领域本体的推理规则确立

6.4.2　国共合作领域本体的推理规则确立

1.国共合作领域本体的推理机制

推理是按某种策略由已知判断推出另一种判断的过程，推理机制分为两类:基于逻辑的领域知识检测推理和基于关系的蕴涵知识发现推理。在国共合作领域本体的研究中，推理以国共领域本体库中的OWL语义知识为根据，是一种基于语义的知识推理。

(1)基于逻辑的领域知识检测推理

基于逻辑的领域知识检测推理主要是在OWL语言的逻辑基础——描述逻辑的基础上，运用TABLEAU算法，对我们所构建的国共关系领域的概念层次、声明的实例以及实例间复杂的语义关系进行检测，以保证本体库结构的逻辑一致性和知识描述的正确性，为后续的蕴涵知识推理、本体库的拓展以及与其他领域本体库的集成提供逻辑保证。具体而言，基于逻辑的领域知识检测包括在本体术语库Tbox和断言库Abox中进行包含性检测、可满足性检测、一致性检测等，其中可满足性检测是领域知识检测推理中的核心问题，因为在描述逻辑推理中，包含性问题与一致性问题都可化为可满足性问题，而基于描述逻辑的TABLEAU算法能在多项式时间内完成可满足性的计算问题。项目中主要是在本体构建工具Protégé3.1中集成了RACER推理机插件，完成该项推理任务。在运用RACER对国共关系领域本体库检测时，发现了一定数量的逻辑错误，并及时得到了改正。这也为我们后续的蕴涵知识推理开发提供了必须的逻辑保障和原始知识准备。

(2)基于关系的蕴涵知识发现推理

基于关系的蕴涵知识发现推理的主要思想就是在国共合作领域本体库的概念层次与属性关系的基础上，采取规则推理策略，在本体库中进行模式匹配。在推理过程中，主要考虑概念与概念之间关系(超类、子类、成员、部分等关系)、概念与个体关系(实例关系)、实例与实例的关系(亲缘、同事、相关、包含关系等)以及对象属性关系(父子、传递、互逆、对称关系等)。在蕴涵知识发现推理中，可以判断一个个体是否是某个或多个类的实例、判断某个类中所有的实例、判断两个实例之间的关系、判断与某个实例有特定关系的实例、类(属性)的层次体系结构推理等。基于关系的蕴涵知识发现推理实现过程是:首先在领域专家的帮助下，对国共合作领域本体的语义关系进行详细的分析，然后确定推理的规则，并借助工具进行规则的形式化语言描述，最后对所建立的107条推理规则逐条在Jena 2推理机环境中进行测试并优化，从而形成蕴涵知识推理所需的规则集，将规则集文件绑定到开源的Jena 2中com.hp.hp1.jena.reasone.rulesys包中，再调用com.hp.hp1.jena.reasoner.rulesys.builtins、com.hp.hp1.jena. reasoner两个包分别对规则进行解析，并引入进行基于RETE算法的推理机进行规则模式匹配，从而获得推理结果。

国共合作领域本体的语义关系分析:

“国共合作”历史领域知识具有历史跨度时间长，人物、事件多，关系复杂等特点，利用本体的语义描述能力来表现这个历史领域已经发生的和正在发生的错综复杂的人文事件关系，涉及数以万计的概念、关系和实例。在我们已经建立的本体库中，共有167个本体类、108个关系属性和13 129个实例。要在这样一个庞大的领域本体库中进行知识推理，我们必须认真分析其间复杂的语义关系，从而确立我们的推理规则。

本体中的关系表示概念之间、概念和个体实例之间的关联。国共合作领域本体中典型的关系有:子类关系、实例关系、时间关系、互逆关系等。我们主要探讨这些关系的逻辑特点，从而确立其推理规则，以应用于我们的推理过程。

①Is-a关系(子类关系)

Is-a关系是典型的概念之间的二元关系，用于指出事物间抽象概念上的类属关系，它形成了概念之间的逻辑层次分类结构，如Is-A(民主党派人物，个体人物)就表示在国共关系领域本体库中，民主党派人物类是个体人物类的子类。子类关系不满足对称性，但具有自反性、反对称性和传递性，因此基于塔.A关系的知识推理规则如下:

(i)传递性规则:

(Is-a(C₁，C₂)A Is-(C₂，C₃))-Is-(C₁，C₃)

(ii)对象属性继承规则:

(Is-a(C₁，C₂)A HasAttfibute(C₂，A))-HasAttribute(C₁，A)

(iii)数据属性继承规则:

(Is-a(C₁，C₂)A HasProperty(C₂，P))-HrmProperty(C₁，P)

(iv)实例传递归属规则:

(Is-a(C₁，C₂)A Instance-of(e，C₁))-Instanceof(e，C₂)

(v)父子类逆关系规则:

subClassOf(C1，C2)→subClassOf(C2，C1)

子类关系的传递性规则主要用于确定多个概念之间的父子层次关系;而实例的传递归属规则可对概念的实例进行检查;而对象(数据)属性继承规则用于子类对父类属性的继承。

②2+2 Instance-Of关系

Instance-Of关系是典型的概念与个体之间的二元关系。对于概念C及其实例集Sic。则实例集Sic中的元素e和概念C之间的关系称为实例关系(Instance-of)，记作Instance-of(e，C)。如Instance-of(章乃器，民主党派人物)，就表示人物“章乃器”是“民主党派人物”类的一个实例。实例关系没有自反性、对称性和传递性。但是从概念的内涵可知，实例和概念之间具有很好的对象属性和数据属性的继承性，而基于实例关系的知识推理正是通过继承规则实现的。

(i)对象属性继承规则:(www.xing528.com)

(instance-of(e，C)∧HasAttribute(C，A))→HasAttribute(e，A)

(ii)数据属性继承规则:

(Instance-of(e，C)∧HasProperty(C，P))→HasProperty(e，P)

③SubAttributeof关系(子属性关系)

SubAttfibuteof关系是典型的对象属性之间的二元关系，用于指出事物关系属性上的类属关系，它形成了对象属性之间的逻辑层次分类结构，如SubAttributeof(bebrotherWith，beSiblingWith)就表示在国共关系领域本体库中，兄弟关系属性是兄弟姐妹关系属性的子属性。子属性关系不满足对称性，但具有自反性、反对称性和传递性，因此基于SubAttributeof关系的知识推理规则如下:

(i)传递性规则:

(SubAttributeof(A₁，A₂)∧SubAttributeof(A₂，A₃))→SubAtrributeof(A₁，A₃)

(ii)属性外延规则:

(HasAttribute(C，A₁))∧SubAttributeof(A₁，A₂))→HasAttribute(C，A₂)

(iii)属性外延具体化规则:

(A₁(e₁，e₂))∧SubAttributeof(A₁，A₂))→A₂(e₁，e₂)

(iv)父子属性逆关系规则:

SubAttributeof(A₁，A₂)→SuperAttributeof(A₂，A₁)

在属性外延具体化规则中，A(e₁，e₂)表示实例e₁具有对象属性A₁，其值为e₂，就是说实例e₁与e₂具有关系A₁。属性传递规则主要用于确定多个对象属性之间的层次关系，在推理过程中，一般作为中间规则，供其他规则推理调用;属性外延规则主要用于判断多个对象属性与单个类之间的语义关系;属性外延具体化规则用于判断两个实例在两个父子对象属性层次上的关系。

④实例与实例之间关系

在建立的本体库中描述了数以万计的实例之间的关系，我们就是通过基本的108个对象属性来描述的，这108个对象属性主要包括人物关系(亲缘关系、师生关系、同乡关系等)、组织发展演变关系、资源相关关系、事件因果关系、地理邻近/包含关系、时间先后/包含关系等。要展现国共关系领域错综复杂的关系显然是不够的，必须要通过建立领域规则进行推理获取蕴涵知识。在确定规则的时候，首先并不考虑对象属性的定义域与值域，而是将对象属性抽象，单纯考虑对象属性本身及其相互之间的传递性、互逆性、对称性来确定泛化的推理规则，通过推理，国共领域本体库仅对象属性就增加到215个，而断言事实的增加更是数以万计，这在一定程度上发现了领域蕴涵知识，拓展了本体库。基于实例之间对象属性的推理规则如下:

(i)对称关系规则:

(SmyAttribute(A)∧A(e₁，e₂))→A(e₂，e₁)

(ii)传递关系规则:

(TraAttribute(A)∧A(e₁，e₂)∧A(e₂，e₃))→A(e₁，e₃)

(iii)互逆关系规则:

(AthAttribute(A₁，A₂)∧A₁(e₁，e₂))→A₂(e₂，e₁)

其中，SymAttribute(A)表示对象属性A具有对称性，是对称属性类的一个实例;TraAttribute(A)表示对象属性A具有传递性，是传递属性类的一个实例;而AthAttribute(A₁，A₂)表示对象属性A₁与A₂是互逆关系;e(i∈N)表示本体实例。

在确定了以上的泛化规则之后，再考虑对象属性的具体语义，将泛化规则具体化。以上四种关系只是国共领域本体库中基本的关系，对这四种语义关系进行分析，所得到的推理规则只是我们推理中基本规则，在考虑数据属性、用户查询推理变量以及事实公理等情况下，完整的推理规则库(包含静态规则102条，动态规则5条)形成，推理规则库包括人物关系推理规则54条，地理方位关系推理规则15条，事件发展演变关系推理规则14条，资源关系推理规则4条，与时间有关推理规则16条，组织演变规则4条。对这些规则进行Jena规则格式的形式化描述之后，就成为完善的规则库文件，我们就在推理引擎Jena中绑定规则库文件和先前建立的国共合作领域本体库文件，从而进行蕴涵知识推理。