念其鋒，李立耀，趙少卡，吳紅霞

（福建技術(shù)師范學(xué)院a.大數(shù)據(jù)與人工智能學(xué)院；b.非遺數(shù)字化與多源信息融合福建省高校工程研究中心，福建福清 350300）

非物質(zhì)文化遺產(chǎn)（intangible cultural heritage,以下簡(jiǎn)稱“非遺”，ICH）是國(guó)家和民族的寶貴文化財(cái)富，彰顯了民族文化和歷史底蘊(yùn)，必須通過(guò)現(xiàn)代化技術(shù)和管理手段加以永久保護(hù)，使其源遠(yuǎn)流長(zhǎng).自20 世紀(jì)90 年代初起，隨著互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、大數(shù)據(jù)等數(shù)字化技術(shù)的高速發(fā)展，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)手段來(lái)保護(hù)非遺越來(lái)越受到世界各國(guó)重視，數(shù)字化技術(shù)已成為非遺保護(hù)的重要途徑，非遺數(shù)字化是非遺保護(hù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一[1].非遺數(shù)字化包括數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)展示與應(yīng)用等技術(shù)層面.近年來(lái)，無(wú)論研究深度還是研究廣度，相關(guān)理論和技術(shù)都得到快速發(fā)展，獲得大量研究成果[1-10].數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和方法是非遺數(shù)字化保護(hù)的基礎(chǔ)，如何高效組織和管理大量的非遺數(shù)據(jù)，成為非遺數(shù)字化保護(hù)向非遺智能化保護(hù)演化的技術(shù)瓶頸之一.目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)非遺機(jī)構(gòu)大多采用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，大多根據(jù)自身特定需求而相繼建立特色鮮明、獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的非遺數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用系統(tǒng).但是，這些非遺數(shù)據(jù)庫(kù)之間明顯存在數(shù)據(jù)異構(gòu)、兼容性差等缺陷，形成“數(shù)據(jù)孤島”而無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與融合，限制了非遺數(shù)字化保護(hù)的進(jìn)一步發(fā)展.

每一項(xiàng)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)都有自身的生命軌跡，在不同的時(shí)間空間內(nèi)持續(xù)演化，具有明顯的動(dòng)態(tài)性.因此，活態(tài)性是非遺的一個(gè)重要特征，體現(xiàn)了非遺項(xiàng)目的傳承和演變情況，必須成為非遺數(shù)字化保護(hù)所體現(xiàn)的重要內(nèi)涵.在非遺數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和應(yīng)用過(guò)程中，產(chǎn)生大量具有活態(tài)性的顯性非遺數(shù)據(jù)，同時(shí)蘊(yùn)含許多深層次的非遺隱性知識(shí).借助知識(shí)建模理論、方法和工具進(jìn)行非遺知識(shí)建模，使非遺知識(shí)體系具備可理解性、完備性、可推理性和可解釋性，從而構(gòu)建非遺知識(shí)庫(kù)，為非遺數(shù)字化和智能化保護(hù)奠定基礎(chǔ).

本體是語(yǔ)義網(wǎng)的核心技術(shù)，是對(duì)客觀世界進(jìn)行明確的形式化和概念化描述，已廣泛應(yīng)用于人工智能領(lǐng)域.由于在表示非遺概念、非遺屬性及它們之間深層次關(guān)系具有明顯優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者利用本體技術(shù)對(duì)非遺領(lǐng)域知識(shí)建模，取得了一系列研究成果[2-11].滕春娥等以黑龍江地區(qū)赫哲族為例，構(gòu)建了非遺知識(shí)組織體系，包括確定概念、建立模型和軟件建模三個(gè)階段[2].侯西龍等在非遺領(lǐng)域知識(shí)要素和語(yǔ)義關(guān)系分析基礎(chǔ)上，構(gòu)建了非遺知識(shí)本體模型，并以湖北省非遺項(xiàng)目為例，開(kāi)發(fā)了非遺知識(shí)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集與知識(shí)服務(wù)平臺(tái)[3].魏清華等在關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)上，以甘肅省國(guó)家級(jí)非遺為例，構(gòu)建甘肅省非遺知識(shí)庫(kù)[4].何春雨等采用本體和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)技術(shù)，以赫哲族非遺資源為例，構(gòu)建非物質(zhì)文化遺產(chǎn)資源本體庫(kù)[5].同樣地，本體工程技術(shù)在其它領(lǐng)域知識(shí)建模方面也得到了廣泛應(yīng)用，構(gòu)建了諸多領(lǐng)域本體[12-16].已有研究成果對(duì)非遺知識(shí)管理具有重要的應(yīng)用和參考價(jià)值.本文從知識(shí)模型的系統(tǒng)性、規(guī)范性等層面出發(fā)，運(yùn)用本體七元組形式對(duì)非遺領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行建模，提高本體質(zhì)量.同時(shí)，提出了概念沖突檢測(cè)算法，有效解決了本體中概念之間繼承關(guān)系不一致問(wèn)題，有效提升非遺知識(shí)推理效率.通過(guò)構(gòu)建非物質(zhì)文化遺產(chǎn)領(lǐng)域知識(shí)的本體模型，提高了非遺領(lǐng)域知識(shí)的共享性和非遺智能化應(yīng)用前景，對(duì)推動(dòng)非遺數(shù)字化保護(hù)具有重要意義.

1 非遺領(lǐng)域本體的構(gòu)建準(zhǔn)則和步驟

本體技術(shù)已經(jīng)在不同領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，但不同領(lǐng)域本體的構(gòu)建過(guò)程和方法存在較大差異，甚至同一領(lǐng)域本體的構(gòu)建方法也不一樣，目前還沒(méi)有形成一種標(biāo)準(zhǔn)的本體構(gòu)建方法.然而，本體構(gòu)建是一個(gè)系統(tǒng)性工程，高質(zhì)量的領(lǐng)域本體需要建立在科學(xué)的構(gòu)建準(zhǔn)則和構(gòu)建步驟基礎(chǔ)上.

1.1 非遺領(lǐng)域本體的構(gòu)建準(zhǔn)則

Gruber[17]在給出本體定義的同時(shí)，提出了一種本體構(gòu)建原則已被廣泛采納和應(yīng)用，是目前最有影響力的本體構(gòu)建準(zhǔn)則，包括明確性（clarity）、一致性（coherence）、可擴(kuò)展性（extendibility）、最小編碼偏差（minimal encoding bias）、 最 小 本 體 承 諾（minimal ontological commitment）.在此構(gòu)建準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，非遺領(lǐng)域本體可以對(duì)非遺領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行形式化表示，可以明確地定義非遺領(lǐng)域中的概念、屬性、關(guān)系等，是可重用的和可共享的領(lǐng)域本體.

1.2 非遺領(lǐng)域本體的構(gòu)建流程

目前，本體構(gòu)建方法主要有七步法、骨架法、TOVE 法、METHONLOGY 法、KACTUS 法、IDEF5 法等，其中，七步法是應(yīng)用較為廣泛的一種本體構(gòu)建方法，其構(gòu)建步驟如圖1 所示.在分析本體構(gòu)建方法和非遺領(lǐng)域知識(shí)表示特性的基礎(chǔ)上，以七步法為基礎(chǔ)，結(jié)合自頂向下的本體開(kāi)發(fā)與建模方法，建立了非遺領(lǐng)域本體知識(shí)模型的構(gòu)建流程，如圖2 所示.

圖1 本體構(gòu)建步驟

圖2 非遺本體構(gòu)建流程

2 非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto 的建模

在文化遺產(chǎn)知識(shí)建模研究領(lǐng)域內(nèi)，CIDOC概念參考模型（CIDOC conceptual reference model，CIDOC CRM）[18]是一個(gè)兼具理論和實(shí)踐的信息融合工具，對(duì)構(gòu)建非遺領(lǐng)域本體具有非常重要的參考價(jià)值，對(duì)本文ICH-Onto 的概念、關(guān)系、屬性的建立也具有借鑒意義.同時(shí)，《中華人民共和國(guó)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)法》、中國(guó)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)網(wǎng)、各省市地區(qū)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)網(wǎng)，以及文獻(xiàn)圖書資料都是構(gòu)建ICH-Onto的信息源，其中包含了海量的非遺知識(shí).因此，系統(tǒng)分析了非遺領(lǐng)域知識(shí)，充分挖掘非遺知識(shí)的組成因素，通過(guò)非遺項(xiàng)目、非遺繼承人、非遺項(xiàng)目類型、非遺項(xiàng)目申報(bào)時(shí)間、申報(bào)單位、申報(bào)地區(qū)等方面描述非遺知識(shí)，從而得到非遺本體術(shù)語(yǔ).

2.1 非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto 的定義

為了提高基于本體的非遺領(lǐng)域知識(shí)模型的系統(tǒng)性和完備性，便于構(gòu)建非物質(zhì)文化遺產(chǎn)知識(shí)模型，根據(jù)非遺知識(shí)的特點(diǎn)，本文對(duì)非遺領(lǐng)域知識(shí)本體ICH-Onto 進(jìn)行形式化定義.

定義1ICH-Onto ＝〈C,AC,R,AR,H,I,X〉

其中，C是非遺領(lǐng)域本體中的概念（concepts）集合或類（classes）集合（以下統(tǒng)稱為概念），例如：非遺項(xiàng)目、傳承人、保護(hù)單位等；AC是概念的屬性（attributes）集合，例如：一個(gè)非遺項(xiàng)目具有名稱和類別等屬性；R是概念間的關(guān)系（relations）集合，概念間關(guān)系包括定義域和值域兩個(gè)部分，而定義域通常為概念，值域可以為概念也可以是取值域，例如：部分和整體的part of 關(guān)系；AR是關(guān)系屬性集合，是對(duì)關(guān)系的進(jìn)一步限制，例如：非遺項(xiàng)目的類別關(guān)系只能取《中華人民共和國(guó)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)法》所規(guī)定的各種傳統(tǒng)文化表現(xiàn)形式，以及與其相關(guān)的實(shí)物和場(chǎng)所；H表示層次（hierarchies）的集合，通常定義在概念、關(guān)系、屬性上，表示對(duì)象之間的層次關(guān)系，例如：概念A(yù) 是概念B 的父類，概念B 是概念A(yù) 的子類；I表示實(shí)例（instances）的集合，實(shí)例具有唯一性；X表示公理（axioms）的集合，每一條公理代表一個(gè)斷言（assertion），例如：傳承人繼承（inheritOf）和非遺被繼承（inheritedBy）是互逆關(guān)系，傳統(tǒng)戲曲類與傳統(tǒng)醫(yī)藥是不相交的，等等.

定義2存 在 概 念Ci和 概 念Cj， 若Ci≤Cj，則稱Ci為子類，Cj為父類，即Ci繼承于Cj，記為subclassOf(Ci,Cj)或is_A(Ci,Cj).

定義3若概念Ci和概念Cj互為子類，即subclassOf(Ci,Cj)和subclassOf(Cj,Ci)均成立，那么稱概念Ci和概念Cj存在等價(jià)關(guān)系，記為equivalentTo(Ci,Cj).

定義4若存在任意兩個(gè)實(shí)例x∈Ci和y∈Cj，如果x和y均不相同，即{Ax∈Ci，Ay∈Cj|x≠y}，那么稱概念Ci和概念Cj是不相交的，記為disjointWith(Ci,Cj).

定義5如果x是概念C的實(shí)例，記為instanceOf(x,C).

2.2 非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto 的構(gòu)建

在系統(tǒng)分析非遺領(lǐng)域相關(guān)文件、借鑒非遺知識(shí)表示方法等基礎(chǔ)上，根據(jù)本體術(shù)語(yǔ)和ICH-Onto 本體的定義，ICH-Onto 本體從概念、概念屬性、關(guān)系、關(guān)系屬性、概念層次、實(shí)例、公理等七個(gè)方面來(lái)構(gòu)建.

2.2.1 ICH-Onto 的概念及其層次關(guān)系

為充分地對(duì)非遺知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)性表示，在借鑒其它文獻(xiàn)和咨詢非遺專家基礎(chǔ)上，非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto 的概念定義如下.

定義6ICH-Onto Classes = {Project, Person,Organization, Region, Category, Matter, Event,Document}

其中，Project 指非物質(zhì)文化遺產(chǎn)項(xiàng)目，可以是國(guó)家級(jí)非遺代表性項(xiàng)目名錄項(xiàng)，亦可以為各省、自治區(qū)、直轄市人民政府建立的地方非遺代表性項(xiàng)目名錄項(xiàng)；Person 是指非遺代表性項(xiàng)目的代表性傳承人；Organization 是指非遺代表性項(xiàng)目的保護(hù)單位；Region 是指非遺代表性項(xiàng)目的申報(bào)地區(qū)或單位；Category 是指非遺代表性項(xiàng)目的類別；Matter 是指與非遺代表性項(xiàng)目相關(guān)的事物，如圖片、視頻、實(shí)物等；Event 是指與非遺代表性項(xiàng)目相關(guān)的事件或活動(dòng)等；Document 是指與非遺代表性項(xiàng)目有關(guān)的文獻(xiàn)資料.

ICH-Onto 本體主要由非遺項(xiàng)目、傳承人、保護(hù)單位、所屬地區(qū)、項(xiàng)目類別、項(xiàng)目事物、項(xiàng)目事件、項(xiàng)目文獻(xiàn)等核心概念組成，核心概念及其屬性如表1 所示.

表1 ICH-Onto 核心概念及其屬性

概念間層次關(guān)系用來(lái)描述本體概念與概念之間的層次關(guān)系，ICH-Onto 本體中主要包含了3種概念間層次關(guān)系：子類關(guān)系subclassOf、等價(jià)關(guān)系equivalentTo、不相交關(guān)系disjiontWith.

2.2.2 ICH-Onto 對(duì)象屬性及其限制

屬性分為數(shù)據(jù)屬性（Data properties）和對(duì)象屬性（Object properties）.其中，對(duì)象屬性用于描述概念之間的關(guān)系，其定義域和值域均為概念，例如：對(duì)象屬性inheritedBy 的定義域（Domains）為非遺項(xiàng)目概念，值域（Ranges）為傳承人.對(duì)象屬性包含功能性（Functional）、反向功能性（Inverse functional）、傳遞性（Transitive）、對(duì)稱性（Symmetric）、非對(duì)稱性（Asymmetric）、自反性（Reflexive）和非自反性（Irreflexive）等特性，其使用方法如表2 所示.

表2 對(duì)象屬性的特性

續(xù)表2

當(dāng)定義域?yàn)楦拍?，值域?yàn)槿≈涤驎r(shí)，該關(guān)系屬性就變?yōu)閿?shù)據(jù)屬性，用于描述對(duì)象與數(shù)據(jù)類型之間的關(guān)聯(lián)值.例如：對(duì)象屬性hasName的定義域可以為傳承人或非遺項(xiàng)目，值域?yàn)閭鞒腥诵彰蚍沁z項(xiàng)目名稱，數(shù)據(jù)類型為字符串string.圖3 給出了非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto 主要的對(duì)象屬性和數(shù)據(jù)屬性.

圖3 ICH-Onto 本體的主要對(duì)象屬性和數(shù)據(jù)屬性

2.2.3 ICH-Onto 公理

在本體工程中，公理代表一系列的事實(shí)、約束條件和推理規(guī)則.ICH-Onto 中定義的公理用于約束概念間、概念屬性間的關(guān)系，有概念間的等價(jià)關(guān)系、概念間的子類關(guān)系、概念間的不相交關(guān)系、概念屬性間的傳遞（transitive）、對(duì)稱（symmetric）、非對(duì)稱（asymmetric）等關(guān)系.例如，高甲戲是閩南地方戲曲劇種之一，又名戈甲戲、九角戲、大班、土班.高甲戲就是一種概念的存在公理，表示概念通過(guò)其名字唯一確定；另外，高甲戲是閩南地方戲曲的子類，構(gòu)成子類關(guān)系公理；高甲戲又名戈甲戲，說(shuō)明高甲戲和戈甲戲是等價(jià)關(guān)系公理.

2.2.4 ICH-Onto 本體概念沖突檢測(cè)算法

在構(gòu)建非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto 中，定義了數(shù)量較多的概念，概念與概念之間的關(guān)系較為復(fù)雜，可能會(huì)出現(xiàn)概念間沖突情況.例如，存在Ca?Cb，Cb?Cc而disjoinWith(Ca,Cc)，這是一種概念間關(guān)系沖突情況.再有，存在Ca?Cb，Cb?Cc，Cc?Ca這也是一種明顯的概念間關(guān)系沖突錯(cuò)誤.

隨著ICH-Onto 的擴(kuò)展，這種概念間沖突存在的可能性將會(huì)明顯增加.因此，為了提高非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto 的正確性和健壯性，需要消除本體概念間問(wèn)題沖突.本文運(yùn)用描述邏輯語(yǔ)言提出了本體概念間沖突檢測(cè)算法，具體過(guò)程如下.

（2）將ICH-Onto 每個(gè)概念Ci看成頂點(diǎn)vi，兩個(gè)概念之間繼承關(guān)系構(gòu)成有向邊ei，則G=(V,E)是一個(gè)有n個(gè)頂點(diǎn)的有向圖，其鄰接矩陣的定義如下：

（3）定義一個(gè)表示概念間關(guān)系的不相交的二維矩陣Disjoint[i][j]，如下：

（4）任取Disjoint[i][j]=1 的兩個(gè)頂點(diǎn)vi和vj，分別從vi和vj出發(fā)，利用深度優(yōu)先搜索算法DFS，查詢從頂點(diǎn)vi到頂點(diǎn)vj的路徑.如果找到一條有向連通路徑，說(shuō)明本體中存在概念間關(guān)系沖突現(xiàn)象，跳到步驟（6），否則，繼續(xù)查找下一對(duì)頂點(diǎn)，直到Disjoint[i][j]=1 的所有頂點(diǎn)對(duì)都搜索完畢.

（5）運(yùn)用廣度優(yōu)先搜索算法BFS，查找圖G中是否存在閉環(huán).如果存在閉環(huán)，表明本體中存在概念間關(guān)系沖突現(xiàn)象，則跳到步驟（6）.

（6）算法結(jié)束.

3 非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto 的實(shí)例化

在非遺領(lǐng)域知識(shí)建模的準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，深入分析非遺領(lǐng)域知識(shí)體系，運(yùn)用主流的本體開(kāi)發(fā)語(yǔ)言O(shè)WL（Web Ontology Language），定義非遺本體的概念、關(guān)系、屬性、層次、公理，并進(jìn)行實(shí)例化，從而構(gòu)建了非遺領(lǐng)域知識(shí)本體ICH-Onto，收集整理了福建省國(guó)家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)代表性項(xiàng)目數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表3 所示.借助Protégé 5.5.0 本體軟件構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)了非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto，圖4 顯示ICH-Onto的部分本體模型.

圖4 非物質(zhì)文化領(lǐng)域本體模型

表3 福建省國(guó)家級(jí)非遺項(xiàng)目（部分）

4 結(jié)論

數(shù)字化技術(shù)手段是非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)的重要途經(jīng)，而非遺知識(shí)建模進(jìn)一步提升了非遺數(shù)字化保護(hù)技術(shù)內(nèi)涵，使非遺領(lǐng)域數(shù)據(jù)具有語(yǔ)義內(nèi)涵，對(duì)非遺保護(hù)和智能化應(yīng)用具有非常重要的意義.本文在系統(tǒng)分析非遺領(lǐng)域數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用七步法構(gòu)建了非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto，該本體能夠系統(tǒng)全面地展示非遺概念和非遺概念間關(guān)系，具有完整性和完備性.本文提出了基于有向圖的本體概念間關(guān)系沖突檢測(cè)算法，能夠有效地檢測(cè)概念間關(guān)系沖突，提高了本體質(zhì)量，為本體的進(jìn)一步擴(kuò)展和應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).以福建省國(guó)家級(jí)非遺項(xiàng)目為例，對(duì)非遺領(lǐng)域本體ICH-Onto進(jìn)行實(shí)例化，結(jié)果進(jìn)一步表明ICH-Onto 的應(yīng)用價(jià)值和可操作性.雖然采用本體技術(shù)對(duì)非遺領(lǐng)域進(jìn)行知識(shí)建模，提高了非遺領(lǐng)域知識(shí)共享和應(yīng)用前景，但由于國(guó)內(nèi)外本體建模方法尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，人工構(gòu)建本體方法工程量大且效率不高，自動(dòng)化或半自動(dòng)化構(gòu)建本體方法將成為重要的發(fā)展趨勢(shì).因此，構(gòu)建非遺領(lǐng)域本體的意義不僅在于建立一個(gè)可共享的知識(shí)庫(kù)，更是未來(lái)智能服務(wù)和智能應(yīng)用的必然基礎(chǔ)，也將為非物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化、智能化保護(hù)提供數(shù)據(jù)和知識(shí)支撐.