易鋼

摘要：近年來(lái)本體被計(jì)算機(jī)領(lǐng)域廣泛用于知識(shí)表達(dá)共享和重用，國(guó)內(nèi)外很多大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)對(duì)本體展開(kāi)了大量相關(guān)研究，為了整合中醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)信息資源實(shí)現(xiàn)中醫(yī)學(xué)知識(shí)的共享和重用，利用本體技術(shù)構(gòu)建中醫(yī)學(xué)知識(shí)庫(kù)，通過(guò)對(duì)本體描述語(yǔ)言，本體構(gòu)建工具和領(lǐng)域本體構(gòu)建方法的研究，采用骨架法構(gòu)建了中醫(yī)方藥本體，以此為例探討中醫(yī)藥學(xué)本體構(gòu)建方法。關(guān)鍵詞：本體；知識(shí)庫(kù)；OWL；骨架法；方藥

中圖分類號(hào)：TP18文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)01-0223-03

Research of Traditional Chinese Medicine Ontology Based on Protégé

YI Gang

（Department of Computer, Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410208, China）

Abstract: In recent years, ontology has been widely used in the field of computer knowledge to express a lot of sharing and reuse of domestic and foreign universities and research institutions launched a large body of research, in order to integrate the medical resources to achieve in the field of information sharing and reuse of medical knowledge to use technology to build the ontology medical knowledge base, through ontology languages, ontology construction tools, and domain ontology construction method of research, the use of Chinese herbs skeleton method to build the body, as an example of traditional Chinese medicine ontology construction method. Key words: ontology; knowledge base; OWL; skeleton method; stomach disease

信息資源隨著社會(huì)的發(fā)展不斷積累，國(guó)內(nèi)醫(yī)療信息化市場(chǎng)熱潮涌動(dòng)，在發(fā)展數(shù)字醫(yī)療的過(guò)成中則面臨著醫(yī)療信息的標(biāo)著化、統(tǒng)一化、一體化等問(wèn)題。中醫(yī)作為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)，在經(jīng)歷了幾千年長(zhǎng)期形成了大量的數(shù)據(jù)，獨(dú)特的中醫(yī)理論和中醫(yī)診斷技術(shù)。中醫(yī)學(xué)在信息化階段還有很大的研究發(fā)展空間，它的數(shù)據(jù)多建立在人的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，其規(guī)律受自身理論的支配，其客觀性與科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不在一個(gè)層面上。若果用科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取方法和標(biāo)準(zhǔn)衡量中醫(yī)數(shù)據(jù)，即便是實(shí)證數(shù)據(jù)仍不可避免帶有主觀因素。

本體(Ontology)的概念實(shí)際上是哲學(xué)上的一個(gè)概念，近二十年來(lái)，計(jì)算機(jī)人工智能領(lǐng)域大量使用本體概念。形象的描述,本體就像個(gè)位于人和機(jī)器之間智能的中間構(gòu)件,通過(guò)這個(gè)中間構(gòu)件使得人和機(jī)器的交流變得通暢，它能幫助機(jī)器理解自然語(yǔ)言，自然語(yǔ)言的不斷擴(kuò)充，能導(dǎo)致機(jī)器做出相應(yīng)的變化和修改。本體具有自我學(xué)習(xí)的能力并且能夠和自然語(yǔ)言同步。那么本體是怎么學(xué)習(xí)的呢？它也和人一樣必須遵循一定的“語(yǔ)言規(guī)則”，它利用一套推理機(jī)制從已知出發(fā)“推理”要學(xué)的新東西。所以一個(gè)本體是一個(gè)自我完善的系統(tǒng)，它通過(guò)自己的一套公理和推理規(guī)則達(dá)到人類類似的智能學(xué)習(xí)，并且它的運(yùn)行準(zhǔn)確無(wú)誤。因此，本文嘗試使用本體編輯工具Protégé作為知識(shí)庫(kù)建立工具，以建立中醫(yī)方藥本體為例，利用中醫(yī)藥歷史文獻(xiàn)及公認(rèn)的中醫(yī)藥知識(shí)和中藥專家對(duì)方藥進(jìn)行全面詮釋，討論構(gòu)建中醫(yī)藥本體的方法。

1 Protégé工具

Protégé工具是一個(gè)斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)的本體編輯和知識(shí)獲取軟件，第一本版本是1987年推出，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是Java，屬于開(kāi)放源碼軟件。由于該軟件設(shè)計(jì)優(yōu)秀并且包含眾多的插件，使得Protégé成為最常見(jiàn)的本體論編輯器之一。

2中醫(yī)方藥本體的建立

目前本體的研究包括領(lǐng)域知識(shí)本體、通用本體、方法本體、元數(shù)據(jù)本體等。知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)提供基本詞匯以及詞匯之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)相應(yīng)的本體是建立大型知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的第一步，這對(duì)于知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的組織起著至關(guān)重要的作用。

2.1本體的構(gòu)建原則和方法

本體到目前為止，構(gòu)建原則歸納為滿足后建本體必須逐條參考先建本體，沿用其合理?xiàng)l目，若棄用先建本體，必須闡明實(shí)質(zhì)性分歧，此原則也適用于任何本體的自身修改過(guò)程[5]。但構(gòu)建本體并沒(méi)有形成相對(duì)完善的構(gòu)建方法，不同的領(lǐng)域有不同的構(gòu)建方法，我們選擇的是Mike Uschold & King的“骨架”法，具體流程見(jiàn)圖1[2]。

1)確定本體的應(yīng)用目的與應(yīng)用范圍:確定本體的研究目的和用戶的范圍（如管理者、技術(shù)員、程序員）；比對(duì)本體應(yīng)用環(huán)境和目的；建立本體用戶文檔；確定本體的形式化程度。

2)本體的分析:根據(jù)本體應(yīng)用目的和形式化程度，確定本體知識(shí)范圍，通過(guò)該領(lǐng)域?qū)＜业难芯刻接懀x本體所有術(shù)語(yǔ)的意義及其之間的相關(guān)關(guān)系。

3)本體的表示:是確定本體形式化的東西，可以用語(yǔ)義模型表示本體。

4)本體的檢驗(yàn):構(gòu)建相應(yīng)本體后，通過(guò)相關(guān)專家對(duì)本體做最后論證，包括檢查本體各元素間的語(yǔ)法上清晰性、一致性、完整性、可擴(kuò)展性。

5)本體的建立:建立本體表示知識(shí)，這是一個(gè)知識(shí)概念話和形式化的過(guò)程，首先通過(guò)設(shè)計(jì)知識(shí)本體概念結(jié)構(gòu)，確定本體結(jié)構(gòu)，其次利用函數(shù)、類、公理、關(guān)系等組織和表示概念知識(shí)，最后選擇合適工具和語(yǔ)言構(gòu)建具體本體。

本體的建立過(guò)程是一個(gè)反復(fù)、不斷推敲和完善的過(guò)程。通常領(lǐng)域本體的建立不是一撮而就的，我們需要在應(yīng)用中不斷的修改、完善與擴(kuò)充。

2.2中醫(yī)方藥本體的定義

不同的本體應(yīng)用環(huán)境，需要不同的領(lǐng)域知識(shí)范圍，我們構(gòu)建中醫(yī)方藥本體目的是能夠根據(jù)中醫(yī)方藥知識(shí)庫(kù)中的現(xiàn)有知識(shí)，對(duì)中醫(yī)醫(yī)師臨床用藥意見(jiàn)做出提示，也就是在辨證的基礎(chǔ)上，依據(jù)確立的法治，選擇適當(dāng)?shù)乃幬锖团湮榻M成。并根據(jù)系統(tǒng)中的知識(shí)判斷出用藥的合理性和相應(yīng)的療效。我們構(gòu)建本體的應(yīng)用范圍是中醫(yī)臨床醫(yī)師或者中醫(yī)在校學(xué)生，作為學(xué)生學(xué)習(xí)的相關(guān)指導(dǎo)。

以本文的領(lǐng)域本體建模的范圍就是嚴(yán)格按照Gruber本體約定最小(Minimal Ontological commitment)原則將涉及中醫(yī)方劑知識(shí)利用本體表達(dá)，集中體現(xiàn)為方藥組成、功用、用法、加減、主治[3]。

中醫(yī)用藥過(guò)程中，準(zhǔn)確的辨證乃是采取“有的放矢”治療措施的前提。只有通過(guò)對(duì)癥狀的全面分析，仔細(xì)鑒別、認(rèn)真判斷等獲得病人狀況，然后根據(jù)確立的法治選擇相關(guān)方藥，并進(jìn)行藥味、藥量加減，組方結(jié)構(gòu)充分表明了方中藥物配伍之間的主從關(guān)系。因此，進(jìn)一步了中醫(yī)方藥的概念和意義、熟悉方藥的君藥、臣藥、佐藥、使藥之間的關(guān)系，掌握中醫(yī)用藥原則與方法等非常重要。

2.3利用Protégé構(gòu)建中醫(yī)方藥本體模型

通過(guò)相應(yīng)的中醫(yī)藥專家的分析和研究建立中醫(yī)方藥本體，并需要借助Protégé本體編輯工具來(lái)具體實(shí)施。

2.3.1定義類和屬性

本體中最基本的組織單元就是類，類是創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例的模板，是同種對(duì)象的集合和抽象，類是一種層次結(jié)構(gòu)的組織形式。子類繼承父類，子類也是一種概念模型，是父類更具體的概念。如”方藥”是中醫(yī)方藥本體的最高層次類而方藥組成、方藥功用等是其子類它們會(huì)繼承方藥的所有特性。

定義類和類層次的基本方法是:從所有概念中選取頂層概念，作為本體類中的基類，以及其它類與基類的繼承關(guān)系作為本體類中類層次結(jié)構(gòu)中的錨點(diǎn)。類的層次關(guān)系通過(guò)它們之間類的關(guān)系來(lái)確定。如解表劑類的實(shí)例是全部治療表癥的實(shí)例，則解表劑類為方藥類的子類，以下就中醫(yī)方藥本體的類和類層次劃分具體說(shuō)明。在長(zhǎng)期臨床實(shí)踐積累中，中醫(yī)形成了許多經(jīng)典的方劑，如麻煩湯、小青龍湯等，不同方劑反映了由中醫(yī)獨(dú)特的哲學(xué)或世界觀出發(fā)的對(duì)疾病滋生形成，形態(tài)構(gòu)成，變化轉(zhuǎn)歸，治療控制的特有的視角和思考。在辯證過(guò)程中，各種辯證方法互相參照、補(bǔ)充、演繹，

形成中醫(yī)特有的錯(cuò)綜復(fù)雜的中醫(yī)診斷學(xué)。

本文方劑本體設(shè)計(jì)過(guò)程中，在保留中醫(yī)辨證特色的原則下，將不同的辯證方法下形成的方劑，如解表劑、瀉下劑、清熱劑、溫里劑、安神劑、消食劑、驅(qū)蟲(chóng)劑等作為為方劑類下的基本的錨點(diǎn)，進(jìn)行類與類層次劃分[3]。

1)建立并保存項(xiàng)目

打開(kāi)Protégé，點(diǎn)擊“新建(Create New Owl Ontology)”按鈕，然后點(diǎn)擊Continue,選擇保存位置。然后選擇“select a project type”。為了便于本體和系統(tǒng)的交互，筆者建議將新建項(xiàng)目存為“OWL/XML”格式。然后點(diǎn)擊“Finish”按鈕，新的項(xiàng)目即被成功地建立。

2)創(chuàng)建并命名類

創(chuàng)建類及類的命名在Protégé主界面中。

3)創(chuàng)建類的屬性(Properties)

4)本體定義的邏輯檢驗(yàn)

本體定義的邏輯檢驗(yàn)實(shí)際上是對(duì)本體概念的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，常用的方法有直接利用Protégé中檢驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行，也可以利用DIG接口編程調(diào)用Racer推理引擎來(lái)解決，推理引擎支持下的本體檢驗(yàn)和本體推理，通過(guò)對(duì)本體概念的一致性檢驗(yàn)來(lái)達(dá)到本體檢驗(yàn)的目的，本文通過(guò)Protégé和Racer的接口，使用Racer推理來(lái)檢驗(yàn)本體建立的邏輯是否有誤。

例如：解表劑即是表癥的下位詞，也是方藥的下位詞，如果我們將解表劑改為里癥的下位詞，這顯然是矛盾的，因?yàn)槔锇Y與表癥是互斥的概念。

5)本體實(shí)例的建立

在Protégé中，通過(guò)individuals標(biāo)簽的三個(gè)面板達(dá)到添加實(shí)例的目的。內(nèi)容包括實(shí)例名稱和附加在該類上的屬性。當(dāng)大量的實(shí)例被賦予相應(yīng)的屬性及屬性值時(shí)，就形成了相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)庫(kù)[4]。

實(shí)例建立分為兩步：首先選擇類，創(chuàng)建該類的實(shí)例；然后添加各實(shí)例的值。下面是解表劑中得具體實(shí)例。

①選擇方劑類->解表劑類，添加“麻黃湯”。

②在Members list窗口中點(diǎn)擊Add individuals，輸入實(shí)例名稱，并編輯實(shí)例的各種屬性。分別添加組成、用法、功用、主治、加減。

實(shí)例例子：

Defframe麻黃湯:中醫(yī)方劑類

{

組成:麻黃9g，桂枝6g，杏仁9g，炙甘草3g。

用法:水煎溫服，服后加蓋衣被，取微汗。

功用:發(fā)汗解表，宣肺平喘。

主治:外感風(fēng)寒表實(shí)癥。

加減:無(wú)。

}

3總結(jié)

本文介紹領(lǐng)域知識(shí)本體的構(gòu)造原則、構(gòu)造過(guò)程及注意事項(xiàng)，并用Protégé工具構(gòu)造了一個(gè)具體的知識(shí)本體——中醫(yī)方藥本體。知識(shí)本體能夠較好地描述領(lǐng)域知識(shí)中的概念屬性以及概念之間的相互關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)基于領(lǐng)域知識(shí)語(yǔ)義的資源檢索，大大提高檢索結(jié)果之間的相關(guān)度。由此可見(jiàn)，構(gòu)造合適規(guī)模的領(lǐng)域知識(shí)本體是中醫(yī)藥學(xué)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)分析的第一塊基石。

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