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下一代Web关键 知识网格管理共享知识资源

2017-03-31 14:37

　　如何统一、规范、有效地管理各种资源成为下一代Web所面临的关键问题。知识网格的研究目标，是建立基于下一代Web的信息、知识和服务资源，进行有效共享和管理的模型、方法和平台。

　　知识网格的核心问题

　　知识网格是一个智能互联的环境，能使用户(或虚拟角色)有效地获取、发布、共享和管理知识资源，并为用户和其它服务提供所需的知识服务，辅助实现知识创新、协同工作、问题解决和决策支持。知识网格要解决的核心问题包括以下3个方面。

　　资源的规范组织—资源空间模型

　　资源的规范组织是解决如何规范地组织资源空间，使用户和服务能够有效、正确地根据语义操作各种资源，提高资源的使用效率。资源的规范组织主要通过资源空间模型实现。资源空间模型是用统一的资源视图定义、共享和管理各种Web资源的模型。

　　信息资源包括通过Internet传输的各种类型的电子文档；知识资源包括用机器可理解的方式表示的概念、公理、规则和方法；服务资源包括使用现有Web标准进行交互的可重用的过程集合。资源空间模型主要体现的思想包括：统一的资源抽象、统一的资源划分和规范、统一的资源操作、统一的资源视图。

　　资源的智能聚合—软设备

　　资源的智能聚合是解决如何使资源能够互相理解，根据用户的需求有效、动态、智能地聚合各种资源。资源的智能聚合主要通过软设备实现。

　　软设备是一种下一代Web的资源，它能通过单一语义映像智能地聚集资源，使各种资源在语义级得到统一，相互提供服务，或者根据资源的内容和相关配置为其它虚拟角色提供服务。任何通过Internet可以存取的硬件设备，都可以看作是提供服务的软设备，需要通过软设备实现相应操作。

　　软设备包括六个主要组件：

　　◆ 存贮器，用机器可理解的方式存贮各种资源；

　　◆ 探测器，负责在用户发布的需求列表中探测软设备能满足的需求；

　　◆ 解释器，负责解释资源的内容；

　　◆ 多个内置的工作流，根据不同的需求安排软设备的工作方式；

　　◆ 知识库，支持解释器、探测器和工作流的具体实现；

　　◆ 界面，支持生产者定义资源的内容，通过浏览器把解释器的输出传递给消费者。

　　软设备社会是一个运行在知识网格上，由需求、角色和服务构成的高级虚拟社区。软设备社会包括生产者、消费者和软设备三种角色。生产者增加或配置软设备的内容，消费者提出需求，通过浏览器选择需要的服务，订阅软设备提供的服务。软设备可以是生产者也可以是消费者，可以接受多个提供者提供的内容，并能主动在一定系统开销下寻找能够满足的需求，为多个消费者提供服务。

　　资源的语义互联—语义链网络

　　资源的语义互联是解决如何使Web资源的语义能被机器理解。资源的语义互联主要通过类型化的语义链网络实现。

　　语义链主要用于描述两个资源之间的有序关系，表达了资源之间的语义关系，可以表示为从一个资源到另一个资源的类型化的指针。语义链包括七种基本类型：因果关系、蕴含关系、子类型关系、相似关系、实例关系、顺序关系和参考关系。

　　语义链网络是用语义链替代现有Web超链结构的语义互联网模型，其中结点表示资源，有向边表示类型化的语义链，结点和边组成一个有向网络，此有向网络表达了互联网上的资源及其语义关系。

　　模型与方法

　　知识网格是一种基于Internet的资源收集、表示、共享和管理的方法、平台和工具，其目标是提供比现有Web信息服务更好的、智能的、高性能的协同问题解决支持平台。中国知识网格研究组研究和建立的与知识网格相关的模型和方法有很多，也有着广泛的应用领域。

　　知识网格操作语言

　　知识网格操作语言(KGOL)的目标是辅助用户完成建立、存贮、修改和检索知识网格的操作，实现对全球分布的知识资源的共享和管理。通过KGOL，用户可以完成以下操作：确定资源的坐标，在知识空间定位知识资源；选择合适的操作并设置参数；用相应操作激活执行引擎；接收并显示操作结果。

　　知识流

　　知识流是在用户和知识处理机制之间传递知识的过程。知识流包括三个重要属性：方向、内容和载体，分别确定知识的发送者和接收者、共享的知识内容、知识的传播媒介。

　　地理分布的项目团队涉及到工作级和知识级的合作。工作级的合作可以通过工作流和工作流管理系统建模和管理，知识级的合作可以通过知识流模型建模进行管理。知识流、工作流、知识网格集成的参考模型包括知识流、角色、工作流和知识网格四个层次，第一层映射把每个角色映射到知识流的知识点，第二层映射把每个角色映射到工作流的活动，第三层映射把每个角色映射到团队成员。

　　知识流、工作流和知识网格集成的优点体现在：

　　◆ 实现分布团队成员之间知识级的合作，通过正确设计知识流网络优化合作过程，提高整个团队解决问题的能力和工作效率；

　　◆ 知识流和工作流相结合，可以更好地对协同过程建模，优于单独使用知识流或工作流的建模方法；

　　◆ 使分布团队松散依赖于每一个成员的能力，知识流的知识聚集特色能稳定整个团队的知识水平，不受人员变动的影响。

　　主动文档框架

　　传统的电子文档可以看作是被动文档，用户需要借助搜索引擎检索和浏览文档。文档内容的表示基于较小的文档碎片，不能直接反映较大粒度的语义。被动文档通常具有两个缺陷：用户在大规模文档中找到所需要信息的效率比较低；搜索引擎不具有和文档内容相关的背景知识，不能理解文档的内容和语义，因此不能提供理想的信息服务。

　　主动文档框架是一个自表示、自解释、自执行的文档机制，每一个主动文档包括一系列内置引擎用于浏览和检索文档，并进行推理。主动文档的内容通过四个方面反映：粒度层次、模板层次、背景知识和类型化的语义链。每一个主动文档有两种类型的粒度：文档和内容。模板层次由文档模板和文档碎片模板之间的对应关系构成。文档的背景知识涉及一系列理论和相关应用领域，包括概念本体、公理、推理规则、方法和约束。

　　主动文档框架应用于大规模Web文档的主动服务，具有以下优点：

　　◆ 文档内容的表示不仅结合了本体和文档的结构知识，还包括文档的背景知识和语义链，因此，能增强信息检索服务的准确性，提供智能服务；

　　◆ 每一个主动文档封装了文档的内容和支持的操作，用户不需要了解很多背景知识和很好的阅读技巧，就能通过主动文档学习，得到智能化的信息服务；

　　◆ 用户只要提出需求，不需要通过关键词匹配搜索信息，服务提供者为用户提供满足条件的主动文档，提高了Web信息服务的效率和灵活性。

　　基于语义的图像检索

　　目前图像检索的主要障碍是难以描述图像的语义信息，该组织提出了一种根据相关图像的语义和图像之间的语义关系，反映目的图像语义的方法。图像之间的语义关系通过语义链表示，多种类型的语义链构成基于语义链的图像网络。基于语义链的推理规则主要用于辅助智能图像检索。

　　基于语义的图像检索方法和传统方法相比具有以下特点：

　　◆ 检索结果不是孤立的图像列表，而是基于语义的相关图像或图像碎片的聚合；

　　◆ 用户可以根据语义链确定的路径浏览图像，并进行推理。

　　目前，基于语义的Web图像检索方法已经在信息网格和知识网格平台得到实现，正交的语义空间进一步提高了图像检索的效果和智能性。

　　语义链建造工具和智能浏览器

　　语义链建造工具是用来定义、修改、验证和访问语义链网络的软件工具，它通过XML描述语义链网络，实现跨平台信息交换。智能浏览器主要辅助用户根据层次化的语义链浏览语义链网络，推荐和当前浏览内容语义相关的内容，使用户能够预见语义链的终点，并根据需要选择下一步浏览的路径。

　　目前，中国知识网格研究组正进行一个国家基础研究计划项目，完成知识网格的底层实现，并研究其在eScience领域的应用。

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