梁振霖，胡 斌

(华中科技大学管理学院，湖北 武汉 430074)

本体论(ontology)最早属哲学的范畴，是一种对存在的系统化解释，20世纪80年代末本体开始被引入人工智能领域，到20世纪90年代初国际计算机界为了就本体的定义和一些公理及规范化表述达成共识召开了多次研讨会，其中最著名的定义是GRUBER在1993年提出的“本体论是对概念模型的精确描述”，因此有人把本体论工程称为连接信息系统与哲学之间的纽带。NICOLA把概念模型定义为:C=＜D，W，R＞，其中D为一个领域，W为该领域中相关事物状态的集合，R为领域空间＜D，W＞上概念关系的集合，本体论即为采用某种语言对概念模型的描述[1]。本体提供清楚且正式的语义信息，且本体是自然描述某个领域的概念、概念的属性及其概念之间的关系，因此可以方便地共享和复用。

本体的构建即把现实的领域问题抽象为一组概念及概念之间的关系[2]，并准确地转化为计算机可以理解的语义[3]。目前在国际上关于医学、保健和产品销售的词汇已经有了通用的本体库，但在很多领域还是缺乏能广泛使用的本体。国内学者对本体的研究已有10多年，与国外相比在理论研究和实践构建上都存在一定的差距。陆汝铃等从实用的角度对本体进行了如下定义:“本体是关于某个主题的形式化和说明性表示，包括它的论域、论域中诸对象的名称、定义及相互关系”。曹存根的团队建立了植物学本体、关于人的顶层本体，研究了基于本体的知识获取方法。张维明对领域本体的表示、推理和集成进行了研究。整体而言目前国内对本体的研究仍处于起步阶段，特别是在领域本体构建方面缺少能得到大家认可的贡献，因此本体在它最初提出来时的优势无法体现，这也是目前本体研究遭遇瓶颈阶段的一个重要原因。现阶段本体论发展必须由各领域专家在自己领域内建立信息完备的领域本体，扩充各个领域的本体库，达到领域知识复用的目的。

在模拟系统开发上本体已经有了研究成果[4]，且因其良好的概念层次结构和对逻辑推理的支持而得到了广泛的应用[5]。陈刚等设计并实现了虚拟领域本体构造[6]，该系统在领域知识库中只保存最基本的领域本体，当用户需要新的领域本体时，由系统经过分析用户提出的具体需求后对已有的领域本体进行重新组合或增减，从而在现有领域本体的基础上动态地构造出新的领域本体。因此，将本体用于管理系统模拟领域，可基于已封装了功能和数据的模拟服务组件，用本体描述领域概念、模拟需求，以及模拟组件的属性，根据实际场景及需求，实时匹配和组合模拟服务组件[7－8]，更智能化地应对复杂环境，建立面向服务的模拟模型。笔者将初步构建出管理系统模拟中离散事件模型的领域本体，并验证领域本体的准确性。

1 领域本体构建的基本概念

1.1 本体的分类

按照领域依赖程度，本体可以分为以下4种:

(1)顶层本体(top－level ontology)。描述最普通的概念及概念之间的关系，它完全独立于特定的问题和领域，是具有普遍意义的描述客观世界常识的本体。

(2)领域本体(domain ontology)。描述特定领域中的概念及概念之间的关系。

(3)任务本体(tast ontology)。描述特定任务或行为中的概念及概念之间的关系。

(4)应用本体(application ontology)。描述依赖于特定领域和任务的概念及概念之间的关系。

其中领域本体和任务本体在同一研发层次，它们都能引用顶层本体中定义的词汇来描述自己的词汇，应用本体既能引用领域本体中的概念，也能引用任务本体中的概念。这四者的关系可用图形表示，如图1所示。

图1 按照领域依赖程度的本体分类

对离散事件模拟模型的本体表达属于领域本体这一层次。

1.2 领域本体的构建思路

构建领域本体的基本思路如下:

(1)需求分析。构建领域本体要反映出用户对系统功能的需求，要明确创建本体的范围;

(2)制定计划。制定本体构建计划先列出领域内所有相关的概念和覆盖的知识，在工作的每个阶段明确计划中要达到的工作目标，对任务层层分解，以便有效地控制和协调;

(3)构建本体。用本体语言表示出领域本体的主要概念，揭示概念间的各种关系;

(4)评价本体。对构建好的本体，从正确性和有效性方面进行评价，确定本体是否能有效应用;

(5)本体进化。随着领域知识的增加和应用需求的发展，开发者需要对已建本体进行更新，增加新的概念和概念之间的关系;

(6)复用本体。本体最大的特点就是其良好的复用性，由于概念的明确性，一个内容层次清晰的本体能在领域内得到很好的复用，目前国外有一些很好的本体库已经得到领域内的公认并被大量引用。

领域本体开发流程如图2所示。

图2 领域本体开发流程

1.3 离散系统模型的领域术语

根据系统自变量(一般指时间变量)发生的变化是离散型还是连续型，系统模型可以分为离散系统模型和连续系统模型。离散系统模型的特点是状态变量在随离散变化自变量改变时有时会呈现突变现象，而连续系统模型的状态变量随着连续变化的自变量发生连续的改变。目前离散模拟是最成熟的模拟方法，在现实生活中有着更普遍的意义，例如银行顾客到达的事件、工业工程中原材料流入加工等都属于离散事件模型。

表1列出离散系统模型中的一些基本概念[9]。

以银行排队系统为例，顾客就是离散系统模型中的实体，系统的资源主要有银行服务人员和自动取款机两种，实体和资源的属性主要有数目、等待时间和服务时间、资源处于空闲还是繁忙状态等。银行排队系统中的事件有3种，即顾客到达、服务开始和服务结束，活动有两类，即排队活动和服务活动。表2列出了银行排队系统模型的基本术语。

2 离散事件模型的本体构建

到目前为止，本体工程中比较有名的几种方法包括 TOVE法、Methontology方法、骨架法、IDEF－5法和7步法等，这些方法大多是手工构建领域本体，仍处于相对不成熟的阶段，领域本体的建设还处于探索期，因此构建过程中还存在着很多问题。唐爱民等对如何基于国防叙词表来构建国防领域本体进行了研究，他们结合Enterprise方法、Methontology方法和软件开发模型即“瀑布模型”提出了一种基于叙词表的领域本体构建方法，最后通过《国防科学技术叙词表》成功构建了军用飞机领域本体的原型[10]。

领域本体的详细设计过程也可称为领域本体的具体构建过程，是该方法中最核心、最关键的步骤，本体的一般开发过程包括:

(1)定义本体的类。根据表1中列出的术语，可以定义 Entity、Resource、Attributes、Event、Activity、Process、System State、Simulation Clock 和Statistical counter这9个类。

(2)在分类学(子类－超类)层次上基本类如图3所示。

这些类从OWL语言的规则上讲是不相交的，因此在protégé中需要声明基本类与其他类的关系，如图4所示，例如对Activity类声明，它与其他类的关系是Disjoint classes。

(3)定义属性并描述这些属性的允许值如图5所示。

图3 离散事件模型的基本类

图4 声明基本类与其他类的关系

图5 对实体类属性的描述

(4)填充属性值形成实例。本体开发采用迭代步骤，最初定义粗略的本体，接着修改并细化进化的本体，随后填充细节，如图6所示。再将银行排队系统的领域术语加入到最初构建的本体中，如图7所示。

图6 离散事件模型的本体

图7 离散事件模型的本体关系图

本体中的部分关系视图如图8所示，其中Queue up和Line up是等价关系;排队活动是Activity的子类，同时也是The bank line up simulation model的子类;Discrete simulation model是后两者的父类。

图8 排队活动的关系图

3 结论

笔者将离散模拟模型领域概念罗列出来，基于叙词表的本体构建原理，使用protégé 4.0建立离散模拟模型的领域本体，定义了概念之间的关系和概念属性的取值，使得模型关系能清晰地展现，有利于不同领域学者了解该模型，进而基于已封装了功能和数据的模拟服务组件，实时匹配组合模拟服务组件。本体是体现现实世界的模型，因此对建好的领域本体还需要根据现实应用和实际情况的发展进行扩充。

[1] 赵波，陶跃华.本体论及本体论在计算机科学技术中的应用[J]. 云南师范大学学报，2002，22(6):5－7.

[2] 于江德，李学钰，樊孝忠.信息抽取中领域本体的设计和实现[J].电子科技大学学报，2008，37(5):746－749.

[3] NICOLA A D，MISSIKOFF M，NAVIGLI R.A software engineering approach to ontology building[J].Information Systems，2009，34(2):258 －275.

[4] TRAN Q N N，LOW G.MOBMAS:a methodology for ontology－based multi－agent systems development[J].Information and Software Technology，2008，50(7/8):697－722.

[5] 邓志鸿，唐世渭，张铭，等.Ontology研究综述[J].北京大学学报:自然科学版，2002，38(5):730－738.

[6] 陈刚，陆汝铃，金芝.基于领域知识重用的虚拟领域本体构造[J]. 软件学报，2003，14(3):350－355.

[7] TSAI W T，SUN X，HUANG Q，et al.An ontologybased collaborative service － oriented simulation framework with microsoft robotics studio[J].Simulation Modelling Practice and Theory，2008(16):1392－1414.

[8] 张童，刘云生，查亚兵.基于本体的仿真服务定制与组合[J].国防科技大学学报，2007，29(4):105－109.

[9] 胡斌，周明.管理系统模拟[M].北京:清华大学出版社，2008:17－98.

[10] 唐爱民，真溱.基于叙词表的领域本体构建研究[J].现代图书情报技术，2005(4):1－5.