基于CBR的电子政务本体模型

熊聪聪，王兰婷，郝璐萌，邓 滢

（天津科技大学计算机科学与信息工程学院，天津 300222）



基于CBR的电子政务本体模型

熊聪聪，王兰婷，郝璐萌，邓 滢

（天津科技大学计算机科学与信息工程学院，天津 300222）

摘 要：针对电子政务案例推理过程中不同业务部门在案例理解上产生的语义歧义问题，构建了电子政务本体模型.根据电子政务案例结构特点，将ABC本体进行扩充，在此基础上提出了基于CBR的电子政务本体模型，并详细定义了模型中的概念、关系、函数、公理和实例等要素.最后以电子政务纪检监察案例对该模型进行了验证，结果表明该模型可以较好地实现纪检监察的知识共享.

关键词：电子政务；语义歧义；本体模型；ABC本体；知识共享

基于案例的推理（case-based reasoning，CBR）近年来已成为人工智能领域十分受重视的研究分支［1］，其核心思想是利用以往的案例经验来指导当前案例的决策.在案例推理过程中，决策者可从案例库中检索与待解决案例最相似的源案例，然后重用源案例中的相关信息或对其进行适当修正，以指导当前新案例的解决.

互联网技术的迅速发展，使得电子政务在政府公共服务管理领域发挥着越来越重要的作用，其在建设过程中积累了大量的决策案例，这些案例记录了当时的决策情景、处理办法、决策执行的结果等.基于CBR技术和电子政务的特点，使得CBR成为电子政务辅助决策的常用技术之一，而案例表示是整个案例推理过程的基础［2］，但是由于电子政务工作通常由不同业务部门相互协作，导致电子政务业务处理时出现语义歧义问题.因此，现阶段有必要利用一定的信息技术，实现电子政务领域知识的统一理解，从而有效地提高政务人员的办公效率.

本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明［3］，其语法规则的严格性和在知识表达和应用的过程中的一致性，促进了对领域知识的共同理解，因而成为解决语义冲突问题的重要工具.

目前国内外对电子政务建模的研究越来越多，如文献［4］介绍了激励概念模型，此模型能够产生一个有效的、可扩展的电子政务本体，详细说明了本体的设计过程，最后实现了对模型的测试；文献［5］根据电子政务特点，提出了一个电子政务本体模型用以描述服务发现目标，模型使得目标发现的过程更为简单，方便了用户的使用；文献［6］主要研究了语义电子政务，对政务语义、本体及工作流等概念进行了详细描述，并运用本体编辑器等工具构建了基于语义电子政务的概念架构.与国外对电子政务的研究不同，国内对电子政务及本体的研究更倾向于应用性，如文献［7］为了实现让用户更智能化地利用政务资源，构建了一个电子政务智能浏览系统的体系结构，描述了本体的构建、智能浏览的工作流程，并对系统的推理原理和智能浏览等进行了详细说明；文献［8］提供了一种将本体和语义推理相结合的新方法，利用语义推理，通过语义相关度和相似度的计算，实现了信息的语义融合；文献［9］提出了一种个性化目录引擎模型，该模型基于本体扩展国家标准目录体系，建立了需求本体和用户本体，针对不同类型的用户对目录体系进行个性化，同时采用了数据挖掘技术学习和分析用户兴趣，从而使得个性化目录体系的动态更新与维护得以实现.

上述电子政务建模理论及应用方面的研究，对具体的本体模型的构建很少有详细的过程描述，而基于案例推理的电子政务本体模型及模型图的构建则更少.基于CBR的电子政务决策需要利用当前案例的基本信息从历史案例库中查找与其相似的案例，从而对查找到的案例进行重用，因此基于CBR的电子政务案例至少要包括政务事件的基本信息和解决方案两部分.本文根据已有的研究成果，设计了包含电子政务相关事件基本信息和解决方案的本体模型，以期消除CBR推理过程中在案例理解上的语义歧义，从而提高政务决策的效率.

1　电子政务本体模型

1.1电子政务案例的结构特点分析

电子政务案例对将来要发生的事务处理具有指导作用，涵盖了一些典型事务处理过程和结果的描述.电子政务案例的结构包括以下内容：

政务基本信息.电子政务案例是对政府办公真实情景的描述，对基本信息如政务处置日期、处理对象等特征进行有效记录，是保持案例的完整性和可参照性的必要前提.

政务处理方法.电子政务案例最重要的内容是对案例的处置过程有明确的描述.如果缺少了处理方法的记述，那么这个案例就不能视为对未来案例具有参考价值的案例了.

政务处理结果.处理结果即整个案例处理要达到的目的，包括对案例经验教训的总结和对案例处理结果的保存，对未来案例也有一定的指导意义.

1.2ABC本体模型

在构建电子政务领域本体时，既可以使用通用上层本体进行建模，也可以直接建立电子政务领域本体模型.但是，直接建立领域本体模型较复杂，且消耗的时间较长，而利用通用的上层本体构建电子政务领域本体，可有效降低本体构造的复杂性，实现资源的有效利用.

ABC本体模型为领域本体、功能本体或特征本体的发展提供了通用的概念基础［10］，在ABC本体中，实体类Entity代表全部类的基类，是最顶层的概念.Entity有5个直接子类，分别为时象类Temporality、抽象类Abstraction、具象类Actuality、时间Time和地点Place.Temporality类代表所有与时间相关的实体类，包括事件类Event、上下文Situation、动作类Action.Abstraction类是一种抽象的思维，代表的实体是非客观存在的概念，它有1个子类Work.Actuality类与Abstraction相反，它代表的是一种与时间无关的现实世界中客观存在的实体，Artifact和Agent是Actuality的直接子类，Artifact类还包括2个子类Item和Manifestation.

由于ABC本体是通用型本体模型，对电子政务领域的概念、关系等并没有针对性，因此在直接将ABC本体模型应用于电子政务领域时会存在很多问题，如Event的概念不能清晰地描述案例事件的整个过程；Situation不能准确表达政务处理过程中事务处理的状态；Agent相对于拥有多种角色的电子政务事务过于笼统等.

1.3ABC本体模型的扩充

考虑到电子政务案例的结构特点和通用的ABC本体模型在政务领域应用上的缺陷，为了更好地表达电子政务案例的知识结构，本文对ABC上层本体进行了扩充，得到扩充的ABC本体模型图EGABC（E-government ABC）.在ABC本体模型的基础上，扩充的ABC本体模型增加了8个类：GovernmentAffairs、GovernmentProcess、State、GovernmentSubject、GovernmentObject、GovernmentOfficial、ExternalPersonnel、Goal，分别代表政府事务类、政务处理过程类、事务处理状态类、政务主体类、政务客体类、政府人员类、外部人员类、目标类.扩充ABC本体模型EGABC结构图如图1所示.

图1　 扩充ABC本体模型Fig.1　Extended ABC ontology model

该扩充ABC本体的特点主要表现在：

（1）EGABC模型是根据电子政务的领域特点建立的，具有一定的针对性，可有效消除领域内语义冲突的问题.

（2）由于政府事务GovernmentAffairs代表电子政务中需要处理的事务，其是与时间相关的，因此将它作为子类在Temporality类下扩充.

（3）由于电子政务处理事务的过程较复杂，需多部门、多机构合作完成，因此对Situation类进行了扩充，增加了状态类State，可更清楚地描述当前事务的处理状态.

（4）由于电子政务的事务处理是一个分阶段的过程，并且在每个处理过程中都包含着不同目的的工作，因此，对Manifestation类添加了事务处理过程类GovernmentProcess，以便更好地理解电子政务中事务处理的整个过程.

（5）由于电子政务领域涉及很多角色，因此需要对Agent进行细化，增加了4个子类（政务客体类GovernmentObject、政务主体类GovernmentSubject、外部人员类ExternalPersonnel、政府人员类GovernmentOfficial），从而更好地表达电子政务领域的各个主客体，分工更明确，更易于理解.

扩充ABC本体模型对原ABC本体模型进行了细化，增加了电子政务领域的一些类，克服了通用ABC本体模型在电子政务实际应用时的缺点，可使ABC本体更好地适用于电子政务领域.

1.4基于CBR的电子政务案例本体模型

以扩充的EGABC本体模型为上位本体，建立基于CBR的电子政务案例本体模型（CBR-based e-government case ontology model，CECOM），其本体结构如图2所示.在本体结构中，电子政务的事务包括案例处理情景、案例解决方案、案例处理经验等内容.

案例处理情境记录了在电子政务中进行政务处理时的客观条件，如当时的政策要求.由于不同部门的要求不同，因此Situation与部门的要求是一对多的关系.

案例解决方案重点是对事务处理时的解决办法和阶段性处置动作和状态的详细描述.由于同一个解决方案可对应不同的政务过程，因而解决方案与政务过程是一对多的关系，并且同一种解决方案可为多种政务所应用，因此解决方案与政府事务也是一对多的关系.

案例处理经验是在长期处理政务时所积累的经验，同一个政府事务可以应用参考不同的案例经验，因此政府事务与案例经验是一对多的关系.

为了使政府事务能够顺利完成，在政务处理的过程中，必须伴随相应的一个或多个动作的执行，因此，政务处理过程与动作类之间是一对多的关系.

在电子政务的处理过程中，每一种解决方案都是由一个或多个事务的子过程所组成，因此，案例的解决方案与政务过程之间是一对多的关系.

不同的客体对象可能会遇到相同的事务处理情境，因此事务处理情境与客体对象之间是一对多的关系.

每一步动作都是由多个事务主体完成的，且每个主体也可以参与到多个处理动作中去，因此，处理动作与事务主体之间是多对多的关系.

由于政务处理的每个处理动作都需要依据一定的文件或材料，而每个文件材料是可以在多个动作过程中得到的，因此，处理动作与所需材料间是多对多的关系.

在政务处理的不同阶段，政府事务对应着不同的处理状态，因而政务事务与处理状态之间是一对多的关系.

基于CBR的电子政务领域本体模型详细地展现了电子政务领域的概念或关系，由于该模型将事件处理过程与相应的处置动作联系在一起，因而比较适合基于案例推理的电子政务决策.

图2　 基于CBR的电子政务案例本体结构Fig.2　E-government case ontology structure based on CBR

2　CECOM模型的形式化表示

Perez等曾提出5种本体建模元语［11］，分别为概念（Concepts）、关系（Relations）、函数（Functions）、公理（Axioms）和实例（Instances）.为更清晰地描述基于CBR的电子政务案例本体模型，本文根据该本体建模元语，对模型进行了形式化表示，将基于CBR的电子政务案例本体（CBR-based e-government case ontology，CEGO）定义为五元组.

定义1 CEGO_Ontology：=＜CEGO_Concepts，CEGO_Relations，CEGO_Functions，CEGO_Axioms，CEGO_Instances＞，其中，CEGO_Concepts表示电子政务案例本体模型中所有概念的集合，CEGO_Relations表示两相关概念间关系的集合，CEGO_Functions表示函数的集合，CEGO_Axioms表示公理的集合，CEGO_Instances表示实例的集合.

2.1CEGO_Concepts

定义2 基于CBR的电子政务案例本体模型中的概念定义为CEGO_Concepts：=｛Concept｝，表示电子政务案例中概念的集合，其中Concept为电子政务案例本体模型中的概念.

电子政务案例本体模型中的主要概念包括：

（1）政务案例（GovernmentAffairs），指通过多次处理事务后，所积累的关于政务处理的经验和知识的集合；

（2）政务客体（GovernmentObject），指进行政务处理时所需要处理的、客观存在的对象；

（3）政务主体（GovernmentSubject），指对政府事务进行处理的人、组织、机构等；

（4）事务解决方案（AffairsSolution），指为了使事务处理过程得以顺利进行而采取的措施；

（5）政务处理过程（GovernmentProcess），指在政府处理事务时所经过的程序或阶段；

（6）政务处理状态（State），用来描述政务处理过程中，在某个时间点或某个阶段政务所处的状态；

（7）所需资源（RequiredMaterial），指在政务处理过程中需要的资源或材料；

（8）政务处理动作（RequiredMaterial），指政务主体实施的能够使事件的状态发生改变的动作；

（9）目标（Goal），指政务处理过程中每一步所需要达到的目标，或整个事务处理过程必须达到的终极目标.

2.2CEGO_Relations

定义3 电子政务案例本体模型中的关系定义为CEGO_Relations：=｛R（c1，c2）|c1，c2∈CEGO_Concepts｝，表示电子政务案例本体模型中概念之间的二元关系，其中c1和c2是电子政务本体模型中的2个概念.在电子政务领域本体模型中的二元关系主要包括以下几类：

（1）组成（composes），政务案例包括许多概念，如果在这些概念c1，c2，c3，…，cn中，c1的实例包含c2，c3，…，cn的实例，那么c1与c2，c3，…，cn间存在组成（composed-of）关系，如政务案例由事务处理情境、事务解决方案和案例经验总结3部分组成表示为

E-governmentCase⊆∃compose-of.Situation∪∃compose-of.Solution∪∃compose-of.Experience

（2）动作（implements），如果电子政务中c1与c2之间存在施动或受动的关系，那么称c1与c2存在动作关系，如政务主体参与事务处理表示为

E-governmentSubject⊆Subject∩Act .GovernmentProcess

（3）具有（affects），如果一个概念的实例c1是另一个概念c2的一个属性，就称c1与c2存在具有关系，如政务案例处置动作具有目标表示为

E-governmentAction⊆Action∩∀hasGoal.Goal

（4）参考（references），如果电子政务中某一个概念c1需要按照一定的要求来处理概念c2，那么称c1与c2存在参考关系，表示为

E-governmentSubject⊆Refer.Regulations

2.3CEGO_Functions

定义4 电子政务领域本体模型中的函数定义为CEGO_Functions：=｛F：c1×c2×…×cn-1→cn|ci∈EGO_Concepts∪CEGO_Relations｝.

在这种关系中，电子政务领域模型中的前n-1个元素可以惟一确定第n个元素，例如，电子政务事务处理过程中，前n-1项的事务处理结果直接决定了第n项的处理状态.

2.4CEGO_Axioms

定义5 电子政务领域本体模型中的公理定义为CEGO_Axioms：=｛A｝.

A代表永真断言，用以表示电子政务领域内始终成立的声明，如党员是政治面貌的一个子类，表示为

PartyMember∈PoliticalAffiliation

再如纪检案例与纪检监察案例是等价的表示为

DisciplineInspectionCase = DisciplineInspection AndSupervision.

2.5CEGO_Instances

定义6 电子政务领域本体模型中的实例定义为CEGO_Instances：=｛Instances|C（Instances），R（Instances）∈CEGO_Concepts∪ CEGO_Relations｝.

CEGO_Instances表示的是电子政务领域内概念和关系的实例集合，如GovernmentAffairs（纪检监察）表示纪检监察是一项政府事务.

3　基于CECOM模型的应用

基于CBR的电子政务案例本体模型为电子政务领域提供了一个通用的知识结构体系，描述了电子政务领域的相关概念以及概念间的关系等.通过该知识结构可以较方便地实现电子政务领域的知识描述.而电子政务领域庞大，包括方方面面的内容，如电子政务项目审批、电子政务应急预案、电子政务纪检监察等，基于模型特点，这些政务类型作为电子政务的分支，均可以根据CECOM模型实现领域知识的表达，从而对模型的效果进行有效的验证.

纪检监察是电子政务领域的一个重要模块，与传统的监察方式相比，基于电子政务的监察方式广泛接受大众的监督，透明性更强，有助于监察部门更公正的办公.纪检案例记录了当时的事务处理情景，包括案例获得途径、审核过程、办公时间、错误性质等，存储了事务解决方案，包括审核过程中材料不实的处理办法、依据处理条例对不同错误性质给与的处分办法等，还总结了案例的处理经验和教训，以便为将来案例的处理提供有价值的参考.

基于纪检案例的特点，本文利用CBR的电子政务案例本体模型，对电子政务领域的纪检监察进行了描述.纪检监察案例主要分为：案例查证（案例情景）、案例惩治（案例解决方案）和结果公示（案例经验总结）.按照纪检惩治案例的处理程序，将纪检惩治的部分知识描述为如图3所示，图中概念用大写英文字母表示，括号内的内容即为实例.其中CCC（CBR-based Chief Case）代表基于CBR的政务案例；BRO（By Review Organization）代表被审查组织；CSS（Case Specific Situations）代表案例具体情境；RO（Review Organization）代表审查组织；EN（Error Nature）代表错误性质；GCS（Government Case Subject）代表政务案例主体；GS（Government Reviewers）代表审查人员；BI（Basic Information）代表基本信息；GCO（Government Case Object）代表政务案例客体；LR（Laws and Regulations）代表法律法规；CPS（Case processing status）代表案例处理状态；CPT（Case Processing Time）代表案例处理时限；CRM（Case Review Material）代表案例审查材料；CEV（Case Event）代表案例突发事件；CRP（Case Review Process）代表审查过程；CDG（Case Disposal Goal）代表案例处置目标；CRW（Case Review Ways）代表审查方式；CR（Case Result）代表案例结果公示.

基于CECOM模型的纪检监察知识表示实现了对模型的正确运用，涵盖了政府事务（CCC）、政务处理过程（CRP）、事务处理状态（CPS）、政务主体（GCS）、政务客体（GCO）、政府人员（GS）、外部人员（CRM）和目标（CR）；体现了纪检案例的案例情景（CSS）、解决方案（CR）和经验总结（CDG）；同时满足了电子政务领域本体模型中的二元关系，如参考（依据，参照，…）、具有（所属单位，信息，…）、组成（案例情景，经验总结，…）、动作（审核，查询，得出结论，…）以及事件处理过程与相应的处置动作的联系（一对多，多对一，…）.

图3　 纪检监察知识片段Fig.3　Knowledge fragment of discipline inspection

对于纪检监察案例的各个核心部分进行案例的知识细化归档，部分内容显示见表1.

表1　纪检监察案例知识归档Tab.1　Knowledge archive of discipline inspection

4　结 语

本文基于电子政务案例的特点，在ABC本体的基础上进行扩充，形成扩充的ABC本体，建立了基于CBR的电子政务案例本体模型，并介绍了该模型的特点以及对模型的形式化定义和描述.最后，以电子政务纪检监察为例，建立了纪检惩治知识片段、知识归档图，验证了基于CBR的电子政务案例本体模型的应用.

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责任编辑：常涛

E-government Ontology Model Based on CBR

XIONG Congcong，WANG Lanting，HAO Lumeng，DENG Ying

（College of Computer Science and Information Engineering，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300222，China）

Abstract：In order to avoid semantic ambiguity in e-government cases in Case-Based Reasoning（CBR），an e-government ontology model was built on the basis of the extended ABC ontology model according to the characteristics of e-government cases structure，and the main elements of the model including concepts，relations，functions，axioms and instances were defined in detail.Finally，the model was validated by the example of e-government discipline inspection and supervision，and application results show that knowledge sharing could be well realized in the model.

Key words：E-government；ontology model；semantic ambiguity；ABC ontology；knowledge sharing

中图分类号：TP182

文献标志码：A

文章编号：1672-6510（2016）02-0072-07

收稿日期：2015-05-22；修回日期：2015-10-28

基金项目：国家自然科学基金资助项目（61402332，61272509）；天津市科技型中小企业技术创新资金项目（12ZXCXGX33500）

作者简介：熊聪聪（1961—），女，四川泸州人，教授，xiongcc@tust.edu.cn.

DOI:10.13364/j.issn.1672-6510.20150065