基于本体的农业知识建模研究

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1、基于本体的农业知识建模研究　　摘要：针对农业领域存在的知识表示、共享、重用等问题，将本体理念与技术引入农业领域。介绍了本体论的有关概念和理论，在关于本体已有研究的基础上，提出了构建农业领域本体的基本原则、流程和方法。最后，以枸杞病虫害知识为例构建了领域本体，可为促进枸杞病虫害综合防治的知识共享及重用提供参考。　　关键词：农业本体；知识建模；知识管理；农业信息化　　DOIDOI：10.11907/rjdk.162137　　中图分类号：TP301　　文献标识码：A文章编号：1672-7800（2016）012-0065-03　　0引言　　随着信息技术的飞速发展，

2、信息量不断增加，如何合理描述、表达、组织和管理海量无序的知识资源，并有效进行知识共享和服务是知识管理领域迫切需要解决的问题。本体（Ontology）作为共享概念模型的明确的形式化规范说明，为知识和概念提供了一个科学的组织方法。由于本体的支持，知识服务如搜索、积累和组织等效率得到极大提高，同时知识的发现、重用和共享变成现实。作为农业信息化的基础，农业领域知识是一种可以大幅度提高农业劳动力和生产效率的生产要素。因此，研究农业领域的本体知识建模，构建面向本体的农业知识库，完善农业知识服务体系，是推动农业信息化合理发展的必要措施。8　　为加强农民和农技人员对农作物病

3、虫害认识，有效指导病虫害的防治工作，农作物病虫害知识和信息的表示与共享技术显得尤为重要。目前已有的农作物病虫害知识表示方法有：基于模糊推理的知识表示方法[1]、基于产生式规则表示知识[2]和基于案例推理的知识提取方法[3]等。这些传统方法构建的知识库不仅具有很强的领域特性，而且在知识获得、表达、共享和重用等方面都存在不足。随着本体论研究在农业信息管理领域的渗透，农业病虫害本体的研究不断深入，如水稻病虫草害本体[4]、蔬菜病虫害知识库[5]、柑橘病虫害本体[6]、玉米病虫害[7]等，但大多数相关研究都存在领域的局限性。本文借助本体理论的思想，运用本体方法组织知

4、识，选择枸杞病害和虫害作为研究对象，构建结构良好的枸杞病虫害领域本体库，为枸杞病虫害知识服务提供支持。　　1本体与农业本体8　　本体论原是哲学领域中为研究存在而发展出来的一个概念，现在被用于信息科学中，其概念和内涵也随之改变和不断完善。在信息科学领域中本体论是一种利用计算机语言和模型来进行领域知识表示和组织，结合信息技术进行知识管理、共享和服务的科学方法论。本体是通过领域专家的积极参与和通力协作而构建的领域概念、关系和公理体系的集合，以计算机能理解的语言和形式描述、表示和组织知识，促进知识重用、知识共享和知识服务[8]。农业本体是农业学科领域内概念、概念与概

5、念间的相互关系以机器能理解的形式化语言表示和组织农业知识和模型。农业本体给农业领域提供了统一的术语和概念，使得农业知识高效可靠地获取、共享和服务成为可能。随着本体论研究在农业领域的渗透，本体在农业知识库构建、知识共享服务及智能检索等方面具有良好的应用前景。　　2本体构建　　2.1本体模型　　本体在结构上包含5个基本建模原语：概念、关系、函数、公理和实例。概念通常也被称为类，指任何事物，表示领域中具有相同属性的对象的名词集合，是知识领域内的标准与规范，为知识的共建共享提供了基础，概念以层次关系加以组织；关系描述概念相互之间的交互关系，如继承关系、整体与部分的关

6、系等；函数是一种特殊的关系；公理采取特定逻辑形式的断言（包括规则在内），表示任何情况下都正确的描述；实例代表元素，也就是概念中的具体例子，是整个本体的基础对象。本体是知识概念化的显式规范说明，它将知识以一种明确的、形式化的方式表示出来。本体可以表示为一个五元组O=（V，C，R，A，X），其中，V表示论域中的术语集，C表示概念集，R表示概念间的层次关系，具有自反性、无环性、有向性和传递性，A表示概念和关系的属性值集合，X表示公理集，是对概念和关系属性值的约束。　　2.2本体构建原则　　本体是一种先进的信息资源知识组织方法，本体构建是一项复杂的系统工程，目前没有

7、统一的本体构建方法和规则，Gruber提出本体构建的5个原则，即本体的定义具备清晰性、完整性、一致性、最大单向可扩展性和最小编码相关性[9]。对于领域本体的构建，还应遵循以下4个原则：8标准化建设原则、本体复用原则、协作原则和评建结合的原则。其中，标准化可以提高本体的共享性、防止和避免信息应用相互脱节；本体复用采用多层次继承方法，减少和避免本体的重复定义；协作原则要求众多领域专家、知识工程师和IT人员协作参本体构建；评建结合原则要求在本体构建过程中检验本体是否完整，是否满足用户的实际需求，需要不断接受评估和提高。　　2.3本体构建方法和流程　　随着本体在各领

8、域的广泛应用，出现了多种本体构建方法，国内外比较有影