本体论及本体论在计算机科学技术中的应用

刘德清辽宁师范大学海华学院

本体论及本体论在计算机科学技术中的应用

刘德清
辽宁师范大学海华学院

在西方哲学中有一种特殊的形态——本体论，在以柏拉图、黑格尔为主的西方传统哲学中，人们把本体论作为“第一哲学”或者主干，也就是说其他哲学是以本体论为基础发展而来的，他们把本体论看成哲学中的哲学、理论中的理论。笔者在本文中首先分析了哲学中本体论的含义，然后就计算机学科中本体论的含义进行了探讨，最后研究了在计算机科学技术中本体论的应用。

本体论 计算机技术 应用研究

和日常语言中的“是”相比哲学范畴的本体论有很大的差别，本体论中的“是”指的是它的规定性逻辑，这也是和生活语言的根本性差别。出现在日常生活中的语言或者概念从本质上来看都是总结的经验：指的是经验中的对象或者以主观心态做出的描述，本体论语言则是以规范性的逻辑规定的“语言”，具有较强的逻辑性。这和计算机科学技术有一定的联系，计算机语言和生活中也有一定的差别，生活中使用的“十进制”，而计算机使用的是“二进制”，也需要一定的逻辑。笔者在本文中首先分析了哲学中本体论的含义，然后就计算机学科中本体论的含义进行了探讨，最后研究了在计算机科学技术中本体论的应用。

1 哲学中本体论的含义

1.1 本体论的概念

如今世界上定义的本体论还未统一，各不相同，但是一般而言对其理解具有一定的范畴。从大体上看，在马克思哲学出现之前使用的本体论有两种：广义、狭义。

从广义上看，本体论指的是存在物体的本性，要想认识到本性需要通过认识论，所以本体论是对一切客观存在的本性进行研究的学问，对其怎样认识进行研究的成为认识论，也就意味着认识论和本体论相对称。

从狭义的角度来看，在广义上本体论的研究划分为几种，研究宇宙的起源和结构、研究世界的本性，前者是宇宙论，后者为本体论，这是宇宙论和本体论相对称。

如今在西方哲学中上述两种方法依然存在。而在马克思哲学中没有本体论的广义和狭义之分，这说明哲学整个问题的过程中使用辩证唯物主义的方式。

1.2 本体论的研究

希腊哲学史上有研究“本体”的渊源。早在米利都学派时期，早期的希腊哲学家就对组成万物的最基本元素——本原（希腊文arche）进行探索并研究。研究“本原”即成为“本体论”的先声，同时渐渐的向研究being靠近。后来的巴门尼德也曾经指出：是以外便无非是，存在之为存在者必一。认为存在是永恒不变的，变化的是思维。巴门尼德对being（是，存在）的探讨，基本上奠定了本体论研究的方向。但是，只有苏格拉底和柏拉图才能领会，和他们同时期的哲学家对此大都忽视了。所以，持有原子论点的学者虽然也对真理认识和暗昧认识有所区分，从思维和感觉上存在一定的不同；但是探索“本原”能否从经验获得却很模糊，才从本质上来看没有对经验和超验加以区分。从苏格拉底没有最终结论的对话中，已经表示要想获取真理使用经验归纳法是不可能的；在柏拉图看来，则表示“本原”是验证世界真理的根本。

在古希腊罗马哲学中，研究本体论主要集中在对世界的本原和基质进行探索。巴门尼德提出的本原是唯一不变的，让研究存在成为那一时期的主题。亚里士多德认为实体是哲学研究的主要对象，而实体或本体的问题是和本体的本质、共相以及个体有关的问题。在他看来和其他哲学相比，对实体哲学或者本体哲学进行研究是最重要的，高于其他一切哲学。 从此之后，本体论的研究方向更加开阔。

2 本体的分类和应用

2.1 本体的分类

在不同的层次上开展本体的研究以及开发工作。以本体的研究层次为基础，划分的类别为：

1） 顶层本体：主要对非常通用的概念开展研究。如行为、对象、时间、空间等，他们没有特定的问题和领域。所以，我们可以在一个很大的范围内共享顶层本体。

2） 领域本体： 研究的领域比较狭窄，有特定的领域要求，如计算机科学、医学等。

3） 任务本体： 经过推理活动或者任务进行定义，如诊断等。他们在描述自己词汇的过程中可以使用顶层本体的词汇。和领域本体相比，任务本体和其处于一样的开发和研究层次。

4） 应用本体：对特定的应用进行描述，它不仅可以使用涉及特定本体领域的本体概念也可以使用现在任务本体中的概念。

2.2 本体的应用

所谓的本体指的是在某个领域表示人为设计的概念模型，对本体设计需要的一定的原则进行指导或评价。就设计本体的基本原则标准而言，Tom Gruber 中给出了5条：1） 明确性（Clarity）；2）一致性（Coherence）；3）可扩展性（ Extendibility）；4）最小编码偏差（Minimalencoding bias） ；5） 最小本体承诺（Minimal ontologicalcommitment ） 。

当前我们一致认为领域的专家在构造特定领域的Ontology的过程中需要参与。

明确领域中的概念、概念的属性和约束条件是本体建模的核心。本体的建模原语主要有5种：类、关系、函数、公理和实例。

3 计算机科学中本体论的含义

在哲学范畴内，存在的本体理论为系统化的解释，在计算机领域中应用本体论的含义，在其中人们赋予其的意义更具体、更全面。

在计算机科技领域中，本体论是明确表示和描述概念化对象（conceptualization）。Nicola Guarino定义的概念为：C = 〈D ，W ，R〉，其中D表示的是一个领域，W表示在此领域中和其有关事务所处状态的集合（state of af fai rs），R表示的领域空间〈D，W〉上概念关系（conceptual relation）的集合，本体论使用的是一种概念化的语言进行描述。所以，本体论对使用的语言具有较强的依赖性，以描述和表示形式的不同有不同的形式化程度，有三种不同类型的形式化。本体论具有越高的形式化程度，对计算机自动处理越有利。

就概念化对象的定义而言，某一确定领域中的术语、定义以及他们之间的语义等应该是此领域中的本体应该具有的最基本的信息。

4 本体论在计算机科学技术中的应用

上世纪九十年代，计算机科学技术中对本体论的研究逐渐增多，在各种技术系统设计中扮演重要的角色，发挥重要的作用，下文中笔者对此进行详细的分析。

4.1 在智能信息检索中的应用

对一般的WWW用户来讲，目前面临一个严重的问题——信息过载。当前普遍使用的信息检索或者编码过程的依赖或者全文检索。因为描述编码对其中的一部分内容进行反应，文献的内容在单个词汇中难以显现，因此上述方法不能保证检索内容和所需要的内容高度的吻合。

就实际的使用而言，为了更好地解决精确查询问题，人们通过研究发现使用语义定义可以很好地解决设上述问题。但是因为语义检索对资源信息的显示标注非常的依赖。

在智能检索信息系统里Ontology提供了形成查询和资源描述所欠缺的原语，其核心为Ontology技术，然后构建领域内的语义模型，让信息源有语义标注信息，保证系统内所有的Agent对其中的概念及其之间的关系建立的联系等相关知识、原理的认识比较统一，这让系统的精确性和联想能力显著地提升，可以让用户所需的信息可以被高效、快速、精确的检索出，同时也把一个全面的共同视图提供给系统内的所有用户。如今Ontology渐渐发展成为智能信息检索系统的核心部件，进行知识的表示。

4.2 在面向对象分析中的应用

如今在需求分析中面向对象分析具有一定的代表性，所谓的面向对象分析指的是语义网络模型和图与面向对象程序设计综合在一起而形成的一种分析方法。在这种分析方法中使用了关系、实体、属性等属于信息造型的概念，同时也使用了面向对象程序设计的语言概念如：对象、类、封闭。自底向上是面向对象分析的本质，通过抽象和认定事物，总结出一类事物的共同特点，区分其中的特性，表示的时候使用类和类层次。由此可知，面向对象分析法的进行的中心为对象和对象类，对象类和对象之间可以组成一定的层次关系，他们属于垂直的组织关系，对元素之间的父子关系进行深入的表示，就其余的内容而言：对象之间的关系和信息的传递，则居于次要的位置。而然现实世界中，软件和项目比较的复杂和庞大，要想对不同对象类和对象之间的关系进行掌握非常的困难，软件工程师在分析对象类之间的关系需要花费较长的时间和精力，而不对软件本身进行分析。个体对象的具体内容不会对软件开发的注意力产生吸引作用，他们思考的是在构造新的软件的过程中怎样使用已经获得的大量可用的软件。所以更应受到重视的为描述软件构筑之间的关系。

显示表示领域概念的时候使用本体。以本体论的思想为出发点，该领域的一个公认的概念集合就是某领域中的本体，其中公认的语义也在概念之中，概念之间进行各种关联来体现这些语义。本体对概念内涵进行雕刻的方式具有通性也有特殊性，一般为通过其概念集合以及所处的上下文。我们可以知道，本体对相关领域的本质概念尤为强调，同时对本质概念之间的关联也非常的重视。在对象分析之中，利用描述现实世界的本体方法以及本体思想可以充分的刻画出各对象之间错综复杂的关系。

4.3 在软件构件重用中的应用

以构件为基础的计算机软件开发技术，其目的是使用各种技术让开发各软件的效率进一步提升，让一些不必要的劳动不重复出现。但是被重用的软件结构和相关信息一般在各式各类的数据库中贮存，所以，能够贮存构件的数据库一般为分布式也可以是异构的。

要是对重用构件开发软件的人员不是很熟悉甚至一无所知，因此整个Internet 网络就是其检索网络的空间。要想让所需的构建被快速的找到，必须以Internet为基础设计搜索引擎，该搜索引擎以用户输入的文字（关键词、关键字）为基础，可以迅速的返回相关信息资源库、资源表。因为可重用的构建资源库一般是异构式或者分布式的，所以为了让检索更方便，可以把一个中立的中介层构建在用户和软件构件库之间。在中介层中，人们在组织和管理软件构件的过程中使用领域本体的概念，通过统一的对本体集成构件数据库，让软件的开发效率进一步的提升。

4.4 在知识工程中的应用

一般在对基于知识的系统（Knowledge -based System ，KBS）进行开发的时候，在应用领域中知识工程师很难对其中完整、具体的工作方式进行系统的定义，所以一般的Knowledge -based System进行开发的过程中系统使用进化的原型系统方法。本体论知识概念被知识工程师引入知识工程中，对该模型中涵盖的概念、实例、公理、关系进行深度的说明，以此把领域本体建立。在分析属性的过程中使用元属性，并对属性提出一种和本体建模概念化相对应的形式化方法，把共享知识中的一些问题给予解决，让不同领域的组织间和人员间的交流得以实现。

4.5 本体论在网络入侵检测技术中的应用

对象是入侵检测应用主题的核心，该对象并非仅仅指的是被检测的对象，还包括和该对象相依附的检测方法，本体模型建立的核心为概念，检测入侵的过程中在主体的作用下通过本体模型的运用概念化自身的对象，因此资源扫描的可共享性以及一致性被保障。

以本体论的建模方式为发展，以本体论分布式处理机制为基础让不同系统和构建之间的协作性进一步强化，在应用系统之中本体扮演着知识理论的角色，为处理机制提供的知识结构是通用型的，不存在知识的隔阂和差异。以入本体模型为基础的入侵检测在应用上虽然会有一定的差距和困难，其中最主要的困难为要对本体模型进一步细化，让粒度的刻画更加的细致并概念化。除此之外，我们还需要进一步研究评价本体模型的形式化方法，以及概念类之间的映射存在的翻译问题，这才有助于在网络入侵中本体论更好的应用，强化网络入侵检测技术的水平，提升网络入侵检测的质量。

5 结束语

通过上文的论述我们可以知道，在计算机科学技术领域使用本体论，组织问题领域的术语以及术语之间的联系并建立本体，提供形式化的工具和方法，那么我们就可以方便的共用所建立的本体并对其进行深入的研究，以便于把计算机科学技术领域中的很多难题有效的解决。

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