蘇顯新 許文娟 趙洪亮

摘要：在農(nóng)業(yè)本體理論的基礎(chǔ)上構(gòu)建了大豆信息服務(wù)系統(tǒng)，探討了設(shè)計核心思想和實現(xiàn)思路等。通過利用本體的特性實現(xiàn)大豆知識內(nèi)容的精確存儲，同時通過本體工具的推理功能來提高大豆本體的構(gòu)建效率和準(zhǔn)確性，從而可以實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的專業(yè)知識內(nèi)容存儲，進而實現(xiàn)信息服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用。最終一個好的領(lǐng)域本體庫可以為領(lǐng)域內(nèi)的人工智能實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大豆；農(nóng)業(yè)本體；信息服務(wù)；人工智能

中圖分類號：ＴＰ３１１．５２；Ｓ５６５．１文獻標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）15－3336-04

Ｏｎｔｏｌｏｇｙ－Bａｓｅｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ aｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ oｆ Ｓｏｙｂｅａｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ

ＳＵ Ｘｉａｎ－ｘｉｎ，ＸＵ Ｗｅｎ－ｊｕａｎ，ＺＨＡＯ Ｈｏｎｇ－ｌｉａｎｇ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１６１， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｏｎｔｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｉｄｅａｓ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｄｅａｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｎｔｏｌｏｇｙ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｏｙｂｅａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ｓｔｏｒａｇｅ， ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｏｎｔｏｌｏｇｙ ｔｏｏｌｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｏｙｂｅａｎ ｏｎｔｏｌｏｇｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎs ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ， ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄａｔａｂａｓｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｆｉｎａｌｌｙ ａ ｇｏｏｄ ｄｏｍａｉｎ ｏｎｔｏｌｏｇｙ ｌｉｂｒａｒｙ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｏｙｂｅａｎ； ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｏｎｔｏｌｏｇｙ； ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅ； ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ

農(nóng)業(yè)本體論可以描述農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)知識結(jié)構(gòu)，從而為農(nóng)業(yè)知識表達做好鋪墊。農(nóng)業(yè)本體也是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)知識的概念、屬性、過程和它們之間相互關(guān)系形式化、具體化的描述。這種描述可成信息系統(tǒng)中可移植、可重用、可共享的組件或數(shù)據(jù)代碼， 讓硬件能夠理解，并可以通過本體關(guān)系進行推理，為用戶及上端軟件系統(tǒng)使用提供了統(tǒng)一的術(shù)語及概念，使知識準(zhǔn)確性提高，有利于獲取、提高獲取速度并增加知識可靠性［１］。

針對我國大豆產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在所面臨的諸如外國糧商控制、轉(zhuǎn)基因大豆侵害、集約性、農(nóng)民分辨知識能力差等問題，構(gòu)建一個能提供準(zhǔn)確信息獲取、專業(yè)知識問答等功能的信息系統(tǒng)，從而推動我國大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

１大豆信息服務(wù)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

構(gòu)建大豆信息服務(wù)系統(tǒng)需要以下三大領(lǐng)域知識作為基礎(chǔ)：本體論相關(guān)知識和本體構(gòu)建方法；農(nóng)業(yè)信息理論、農(nóng)業(yè)推廣理論、大豆專業(yè)知識；數(shù)據(jù)庫知識、開發(fā)工具的使用。

本體理論的應(yīng)用主要以農(nóng)業(yè)本體理論為支持，通過對大豆知識的細化然后得出大豆相關(guān)本體及層次分類，利用本體開發(fā)工具進行構(gòu)建［２］。如ｐｒｏｔéｇé２０００。在設(shè)計和構(gòu)建本體的同時要熟悉大量的大豆相關(guān)知識，了解該作物的習(xí)性、分類、生理特點、病理、種植分布等。并且還要結(jié)合農(nóng)業(yè)推廣等相關(guān)理論爭取既能進行細化的本體構(gòu)造，同時也能在服務(wù)系統(tǒng)進行大豆知識普及和推廣。圖１為基于本體的大豆信息服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建思路。

２大豆信息服務(wù)系統(tǒng)的本體構(gòu)建

２．１本體概念

經(jīng)過了這么多年的發(fā)展，我國的學(xué)者根據(jù)對本體概念的理解，將本體的定義歸納為６點［３］。①本體是對某領(lǐng)域的概念化的描述；②一個本體的聲明轉(zhuǎn)換到另一個聲明可能會不可逆；③概念是現(xiàn)實對象在某些或某屬性空間上的投影；④任何本體不可能包含對象全部屬性，只會限制到所研究的領(lǐng)域范圍內(nèi)；⑤投影的規(guī)則可能非常復(fù)雜，會涉及多次投影和其他轉(zhuǎn)換；⑥對同一領(lǐng)域的概念化有某些共同點，但是概念化可能會有差異存在。

２．２大豆本體的構(gòu)建方法

大豆信息系統(tǒng)主要圍繞大豆信息進行相關(guān)的信息服務(wù)，關(guān)于大豆本體的構(gòu)建方法可以遵循以下思想。

１）確定領(lǐng)域本體及其構(gòu)建范圍和目標(biāo)。首先確定將要構(gòu)建的大豆領(lǐng)域相關(guān)本體，構(gòu)建本體的目標(biāo)是通過本體精準(zhǔn)定位及描述領(lǐng)域本體內(nèi)的概念及知識信息，同時可以通過語義推理對大豆相關(guān)信息進行處理。如信息增殖、合理化分類。最主要的問題是通過本體可以準(zhǔn)確分辨領(lǐng)域內(nèi)的信息內(nèi)容，避免模糊不清的關(guān)鍵字影響查詢結(jié)果，或者對于查詢結(jié)果人們抱有不確定性從而影響學(xué)習(xí)和使用領(lǐng)域知識［４］。

２）建立及確定領(lǐng)域內(nèi)的核心及基本本體。根據(jù)國際通用構(gòu)建方法應(yīng)該建立及確定領(lǐng)域內(nèi)的核心本體和基本本體及領(lǐng)域本體內(nèi)的相關(guān)術(shù)語。并且這些本體主要描述該領(lǐng)域內(nèi)的繼承關(guān)系，以便于后期推理。

３）根據(jù)大豆本體設(shè)置概念結(jié)構(gòu)。關(guān)于概念結(jié)構(gòu)的設(shè)置有三種常用方法：自頂向下、自底向上、雙向法。在這里用自頂向下方法設(shè)計大豆概念結(jié)構(gòu)。圖２結(jié)果表明，大豆本體中關(guān)于大豆概念之間的關(guān)系可以構(gòu)成語義網(wǎng)絡(luò)圖Ｇ（Ｖ，Ｅ）。類似計算機科學(xué)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)的表示，Ｖ表示大豆本體中概念的節(jié)點，Ｅ表示大豆本體概念語義關(guān)系有向邊集合。可以簡單理解為指向其根節(jié)點的子節(jié)點，有向邊的根問子節(jié)點的父節(jié)點，它們之間要有繼承關(guān)系［５］。

４）制定本體間的屬性。屬性是用來描述各個本體間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

５）將概念結(jié)構(gòu)存入數(shù)據(jù)庫?？梢愿鶕?jù)語義網(wǎng)絡(luò)或?qū)哟蔚母拍罱Y(jié)構(gòu)包括其推理結(jié)果存入系統(tǒng)前臺開發(fā)支持的數(shù)據(jù)庫。例如Ｐｒｏｔéｇé ３．４．２支持ｍｙｓｑｌ數(shù)據(jù)庫，而大多數(shù)系統(tǒng)開發(fā)平臺都支持ｍｙｓｑｌ數(shù)據(jù)庫，有利于系統(tǒng)的開發(fā)。

２．３大豆本體創(chuàng)建舉例

大豆是一種豆科植物，它的種子含有豐富的蛋白質(zhì)和脂肪。我國的大豆種類可以分為北方春大豆、黃淮流域夏大豆、長江流域夏大豆等。在遵循大豆本體設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，使用Ｐｒｏｔéｇé ３．４．２工具對大豆本體的創(chuàng)建舉例示范。

１）根據(jù)大豆知識結(jié)構(gòu)構(gòu)建樹狀結(jié)構(gòu)圖及建立類的層次結(jié)構(gòu)，對于不同子類添加限定條件。其中對于明確性的不同類事物，類與類之間互相具有排他性（明確不是相同種類），例如動物－植物、大豆－玉米、氣體－液體。

２）建立領(lǐng)域內(nèi)各種屬性，屬性可以描述領(lǐng)域內(nèi)各概念節(jié)點的關(guān)系結(jié)構(gòu)，知識內(nèi)容的性質(zhì)及特征，某些屬性具有繼承性，某些屬性具有本質(zhì)性（事物而區(qū)別于其他事物的屬性）。例如，已知領(lǐng)域內(nèi)的某一類是另一類的子類或包含于另一類則創(chuàng)建一個“部分屬性（ｉｓ＿ｐａｒｔ＿ｏｆ）”定義父類和子類的包含和繼承關(guān)系。圖３設(shè)置了ｉｓ＿ｐａｒｔ＿ｏｆ屬性，由此可知北方春大豆是大豆的一部分。

３）通過推理機推理本體關(guān)系。這里是信息系統(tǒng)應(yīng)用的核心部分之一，通過系統(tǒng)前臺用戶輸入的信息內(nèi)容往往需要通過推理機進行推理，然后再經(jīng)過系統(tǒng)后臺將處理結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。例如，對于一個未知本體ｕｎｋｎｏｗｎ開始僅知曉其為植物的一種，根據(jù)其本體屬性特征（如產(chǎn)地、形態(tài)、產(chǎn)量等）通過Ｒａｃｅｒ推理機進行推理（圖４），結(jié)果推斷出它是屬于北方春大豆的一種。從圖５中可以發(fā)現(xiàn)未知本體的父類發(fā)生了改變。

４）通過Ｐｒｏｔéｇé ３．４．２工具可以對大豆本體進行完善性編輯，并將編輯好的本體存入數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。

３大豆信息服務(wù)系統(tǒng)功能實現(xiàn)

３．１基于本體的新聞系統(tǒng)

基于平臺新聞系統(tǒng)的后臺管理可以根據(jù)本體知識劃分出的關(guān)鍵詞對新聞內(nèi)容進行分類，方便農(nóng)民、學(xué)者、專家等使用群體閱讀［６］。同時，專家及編輯可以根據(jù)本體分類編輯和錄入新聞。相對于其他新聞系統(tǒng)基于本體的新聞系統(tǒng)的特殊功能是可以準(zhǔn)確對新聞進行分類提高新聞編輯人員工作的準(zhǔn)確性，也提高了新聞閱讀者的針對性［７］。同時，基于本體的網(wǎng)絡(luò)信息采集也過濾了大量無關(guān)信息。

３．２基于本體的搜索引擎

基于本體的檢索及相關(guān)搜索引擎是國際本體研究的熱點，基于語義網(wǎng)絡(luò)的語義分類使得查詢結(jié)果最優(yōu)化，查詢得到的結(jié)果更為準(zhǔn)確。根據(jù)用戶輸入在本體庫通過推理來進行檢索而不是單純根據(jù)字符匹配來進行檢索［８］，提高了檢索準(zhǔn)確性避免了大量不相關(guān)搜索結(jié)果干擾使用者。

３．３基于本體的在線問答

與普通在線問答系統(tǒng)不同的是，基于本體的在線問答系統(tǒng)更多專注于領(lǐng)域知識，對于提問者問題的主語、謂詞、關(guān)鍵詞進行分析，提示使用者詢問知識內(nèi)容，列出相關(guān)知識名詞供使用者參考（圖６）。

４小結(jié)

如今網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到社會的各個環(huán)節(jié)，在豐富的農(nóng)業(yè)信息面前，對于相對略低素質(zhì)人群的農(nóng)民們無法準(zhǔn)確獲取他們需要的信息，有時會被繁亂的信息所誤導(dǎo)，甚至在信息的獲取上存在障礙。同時，各種傳播媒體也出現(xiàn)了信息過載的情況。本體對于信息的處理可以精準(zhǔn)有效地定位知識內(nèi)容再加以計算機系統(tǒng)程序的輔佐可以實現(xiàn)巨大的功能，擁有無限的潛力。強大的計算機程序可以簡化各種操作步驟，又可以使知識內(nèi)容的顯示直接并且豐富［９］，本體作為內(nèi)核則保證了知識表現(xiàn)的準(zhǔn)確性。這兩者的結(jié)合可以幫助農(nóng)民們克服原有的困難，真正有效地幫助農(nóng)民解決問題，服務(wù)于農(nóng)民。

參考文獻：

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［５］ 馮志勇，李文杰，李曉紅．本體論工程及其應(yīng)用［Ｍ］． 北京：清華大學(xué)出版社，２００７．

［６］ 蔡月茹，柳西玲．Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ基礎(chǔ)教程［Ｍ］．北京：清華大學(xué)出版社，２００５.

［７］ 萬捷，藤至陽．本體論在基于內(nèi)容信息檢索中的應(yīng)用［Ｊ］．計算機工程，２００３，２９（４）：１２２－１２３，１５２．

［８］ ＡＬＭＰＡＮＩＤＩＳ Ｇ，ＫＯＴＲＯＰＯＵＬＯＳ Ｃ， ＰＩＴＡＳ Ｉ． Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｅｘｔ ａｎｄ ｉｎｋ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｆｏｃｕｓｅｄ ｃｒａｗｌｉｎｇ－Ａｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｅａｒｃｈ ｅｎｇｉｎｅｓ［Ｊ］． Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００７，３２（６）：８８６－９０８．

［９］ 閻楚良．農(nóng)業(yè)機械數(shù)字化設(shè)計新技術(shù)［Ｍ］．北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，２００３．