叙词本体演化的过程

5.2　叙词本体演化的过程

本体演化从本质上来说是对变化的自适应变更。对具体的演化过程没有一个严格的界定，只要能维护本体对变化的自适应变更，则都是可行的演化管理方案。

系统开发之前，首先对系统进行需求分析，即确定系统要实现的目标。其中一种典型的需求分析就是确定系统的应有行为。这种行为可以表示成系统的任务、服务或功能。当然，对一个系统来说，它除了需要拥有实现其应有行为的必要能力外，还应包含为实现必要能力而所需的次要功能或者说附加功能和关于用户使用的辅助功能等。因此，可从必要需求和辅助需求两个方面对系统进行需求分析。

一个本体演化系统，它可以包含如下的需求:

①必要需求

功能需求——本体演化系统必须能够处理给定的本体变化，同时确保底层本体和所有相关本体的一致性。

②辅助需求

导航需求——本体演化系统应该可以让用户容易地管理本体变化;精化需求——它应该为用户提供本体反复精化的建议。

功能需求是一个本体演化系统中最重要的部分:在一个一致的本体上进行一些变化后，该本体仍然能够保持一致的状态。导航需求通过给本体工程师提供控制信息来辅助功能需求。由于它能够估价变化管理行为的效力(例如识别出哪些变化是不必要的)，所以它能为工程师做出适当决定提供帮助。精化需求可以从本体数据和用户的行为分析中半自动化地发现潜在变化从而改善本体。

功能需求是必需的，后两个是补充演化系统的功能与工程师的需求之间的桥梁。事实上，辅助需求能够明显地改善演化系统的可用性。另一方面，功能需求定义了演化系统的可用范围。基于以上需求，本体的演化过程模型一般可分为以下六个部分:变化的捕获、变化的表示、语义的变化、变化的传播、变化的实现、变化的确认(见图5-1)。

(1)变化的捕获

本体演化过程从变化开始，这些变化有些是外在需求的变化，有些则是已有数据的变化。外在的需求变化主要有本体工程师根据变化修改本体以满足新的需求;终端用户对使用的本体实体提供外在的反馈信息。我们称这种外在的需求变化为由顶向下(topdown)的变化，称内在的需求变化为由底向上(bottom-up)的变化。它由系统中可通过分析被发现的行为表现出来。定义三种类型的发现机制实现对变化的捕获:结构驱动、数据驱动、使用驱动。结构驱动的变化可以从本体自身的结构中推断出来。数据驱动的变化通过修改数据集产生，例如，文本文档或者数据库，本体表示的知识模型等。使用驱动的变化是创建使用模式时引起的。

图5-1　本体演化图示

(2)变化的表示

为了处理这些变化，首先必须用合适的格式表示这些变化，即变化的表示需要被定义成给定的本体模型。用各种等级的粒度来表示变化，例如普通的变化和复杂的变化。通常的做法是对给定本体模型中本体的变化分门别类。

(3)语义的变化

语义的变化由本体自身引起，尤其是变化之后的本体一致性的检查和维护。本体一致性的含义十分依赖内在的本体模型。例如它可以通过像KAON本体模型中的约束集来定义，或者通过一个给定的模型理论来定义。

(4)变化的传播

本体经常被重用或者在本体之间进行扩展，一个本体的更新(映射，集成等)可能会导致依赖于该本体的其他本体发生变化。因此，本体演化过程中变化传播的任务是当本体发生变化更新时，保持各个相互依赖的本体之间的一致性，包括本体，实例等。

(5)变化的执行

本体演化过程中执行变化的任务是:首先告诉本体工程师所有的变更请求;然后执行这些变更或者请求;最后跟踪这些执行后的变更。

(6)变化的确认

很多情况下，需要确认对变化做出的一些操作。例如本体工程师理解有误，那么他所做出的变更操作将被取消，不能完成。还有一些变更操作是用来做测试或是实验数据用的，也不能被确认，这样会导致本体的改变。另外，在一个本体协作系统中，对于本体的变更，不同的本体设计者可能有不同的想法。因此很有必要对本体变更操作进行确认。

上述六个阶段中，中间四个阶段负责实现本体演化管理系统中最重要的功能需求，包括两个关键:能够处理变化;保持系统一致性。

从图5-1中可以看出，变化的表示直接影响后续阶段对变化的处理:首先需要经过变化的表示阶段将变化的请求表示为演化系统可处理的形式，这样后面阶段的处理才能够进行，而变化请求的表示形式也直接关系到对其进行处理的复杂度及准确性。

不同的变化表示形式所对应的变化操作对本体有不同的影响，会产生不同的不一致情况，变化的语义阶段则分析这些不一致情况所产生附加的变化使本体回到一致的状态。这个阶段是一个本体演化处理的核心。

变化传播阶段则处理变化本体对其外部影响所产生的不一致。对于依赖变化本体的其他本体，只要得到本体变化的信息，就可以进行与本体内部演化处理同样的过程;而对于依赖变化本体的程序等需要根据变化信息进行自己的适应性变更。

为了提供变化信息，一个主要的方法就是记录发生的变化，它是变化的实现阶段的任务之一。变化的实现阶段还需要进行变化结果的确认和变化的执行。经过管理者的确认之后，变化才可以执行，同时记录变化的执行过程。根据所记录的变化，本体自身可以退回到变化执行前的某一状态，且依赖该本体的本体或程序也可以使用所记录的信息进行更新。显然，变化的记录过程与变化的表示息息相关。

变化的捕获阶段实现本体系统的精化需求，能够不断地对本体进行改进和完善。引发本体演化的本体变化可以分为两类:自顶向下的变化和自底向上的变化，前者是由工程师或用户提出的显式变化，而后者是在系统中反应的隐式变化，它的产生就是变化的捕获阶段的任务。例如，如果某个概念在很长一段时间内都没有被访问，那么可以认为不再需要它，可进行删除操作，可通过分析以下信息来捕获潜在的变化:

a.本体的结构;

b.本体的实例;

c.用户使用模式的信息。

变化的确认阶段实现本体系统的导航需求，主要实现用户对变化的管理。它提供的功能如下:

①撤销变化使本体回到演化前的状态。本体一部分的变化将影响到其他部分及依赖它的元素。尽管变化的语义阶段能够有指导性地处理变化的影响，减少不必要的本体变化，但是，在很多情况下，我们还是需要撤销本体变化，例如下面的情况，变化的确认阶段的主要任务之一就是撤销这类情况中执行的变化:

a.当未正确理解变化的实际影响而执行了不应该执行的变化;

b.当只是以实验的目的改变本体;

c.当以协作的方式管理本体，对于本体如何变化，不同的工程师可能有不同的想法。

②提供变化的说明，帮助工程师确定是否正确地改变本体。这些说明包括怎样、为什么改变本体以及发生改变的是什么等;

③确保工程师知道他能够做什么、下一步怎么做以及做了之后会发生什么;

④确保完成一个请求的变化序列尽可能简单;

⑤尽量使显示的信息易于理解;

⑥当请求无法实现的时候，提供良好的反馈信息;

⑦提供良好的用户交互功能，帮助用户解决出现的问题。