●鞠彥輝（渤海大學 信息科學與工程學院，遼寧 錦州 121000）

近年來，數字圖書館作為一個綜合的研究領域在許多方面得到了很大的發(fā)展，然而在對于如何保證在分布式網絡環(huán)境下，人們能夠更準確地獲得其所需要的信息方面并沒有突破性的進展?！盎ゲ僮鳌痹噲D通過建立信息資源之間的互操作機制來解決這一問題。所謂數字圖書館互操作是指數字圖書館系統(tǒng)之間交換和共享數據的能力，具體分為結構互操作、語法互操作和語義互操作 （semantic interoperability）三種類型，[1]其中語義互操作作為一種高層的互操作理念，是數字圖書館信息服務的目的。以前人們提出的互操作技術由于缺乏可理解的語義和共享的形式化基礎，異構信息資源間難以共享和互操作。目前在計算機異構應用系統(tǒng)集成、地理信息系統(tǒng)圖形信息共享、電子商務管理、數字圖書館等領域，本體技術已成為建立領域共識、實現語義互操作的研究熱點。因此，本文提出本體驅動的數字圖書館信息資源語義互操作解決方案，以解決分布式數字圖書館之間異構信息資源的語義互操作問題。

1 本體對數字圖書館信息資源語義互操作的驅動作用分析

本體的本質是通過概念模型對信息作完全的形式化描述，使計算機可以理解網上的信息，建立本體的目的是為了實現領域知識的共享與重用。本體對數字圖書館信息資源語義互操作的驅動作用包括：（1）本體是依靠人的智慧而創(chuàng)建的工程化產品，可在用戶間或軟件代理間達成對于信息組織結構的共同理解和認識。（2）提供與描述型元數據有關語義描述的知識地圖。（3）在本體的幫助下可以實現獨立于人工干預的信息互操作，在機器—機器的環(huán)境中，本體采用機器可讀的方式進行領域概念的表示，這些特點可以用來構建自動化的信息處理機制。（4）本體是數字圖書館系統(tǒng)之間信息通信的中介。通過為不同的領域構建領域本體，然后再在這些領域本體之間建設上層本體，結合其他技術來實現這些系統(tǒng)間的互操作和通信。

2 本體驅動的數字圖書館異構信息資源語義互操作框架

通過上面的分析，本節(jié)構建一個本體驅動的數字圖書館信息資源語義互操作框架，主要包括三個部分：（1）數字圖書館各種類型信息資源本體的建立；（2）本體間的映射及合并；（3）語義互操作服務。如圖1所示。

2.1 數字圖書館信息資源本體的建立

圖1 本體驅動的數字圖書館信息資源語義互操作框架

數字圖書館信息資源類型多樣，包括文本文獻信息資源、多媒體信息資源及知識管理倉庫等，因此，數字圖書館信息資源本體的構建包括以下三個層次：（1）基于本體的文本文獻信息資源構建，其實質是建立文獻之間的等級結構，并定義文獻之間的關系。因為文本文獻的等級關系在MARC上有較好的體現，所以在MARC數據的基礎上構建本體具有較強的可行性和實用性。構建本體的最終目的是實現推理，利用文獻的等級結構和定義的屬性可以在轉化后的MARC上實現推導文獻間關系的目標。構建文本文獻本體的最后一步是將推理的結果生成知識庫。[2]（2）基于本體的多媒體信息資源構建。針對多媒體信息所固有的異構性、多分布性、增長性和變化性等特點，語義方法是當前多媒體信息資源本體構建研究的重點。基于本體的語義網（Semantic Web）由于其分層結構的特點，可以滿足不同用戶群的需要，提供簡單的分類方法和關系，附加層的表達性、功能性和復雜性可根據不同的用戶需求增加，從而實現可擴展性和語言的表達性之間的平衡。（3）基于本體的知識管理知識庫構建。數字圖書館的最終目標是實現對知識的管理。在知識管理的全過程中構建本體，可以實現對知識本身的揭示，實現數字圖書館中信息資源最高層次的構建。在知識管理的過程中構建本體主要由三項工作構成：① 獲取知識，根據“知網”建立等級結構；② 按本體規(guī)則對知識進行描述、存儲，以形成知識庫；③ 在推理基礎上提供知識的智能檢索，以實現知識重用。[3]

2.2 數字圖書館信息資源本體間的映射

在網絡環(huán)境下，數字圖書館信息資源之間的語義互操作實際上是實現信息資源本體間的映射。本體映射是解決不同本體間的知識共享和重用問題的主要技術，它是指在已生成的本體上建立語義級的概念關聯，以便雙方能使用通用接口，對同一事物有共同的理解。數字圖書館信息資源本體映射的一般過程為：（1）本體的輸入。這里假設只輸入描述同一或相似領域的兩個不同本體O1和O2，它們可以用不同語言說明，為了能夠準確映射，需要把它們轉換為相同格式。（2）特征提取。提取用于計算相似度的特征，如概念、屬性的名稱等。（3）選擇用于映射的概念對。（4）進行相似度計算。很多系統(tǒng)使用匹配操作器（半）自動地發(fā)現不同本體或模式間的相似度，如果映射過程完全是手動的，這一過程可以略過。相似度的計算是本體映射過程中一個至關重要的步驟，主要包括語義相似度的計算、描述相似度的計算、鄰近層次概念相似度的計算等。（5）相似度整合。有多種方法用來衡量本體實體之間的相似度，得出多種相似度值，因此要對各相似度進行綜合考慮，從而得到一個整體上的相似度。（6）優(yōu)化。第（4）步結束后，已經得到待映射的各個實體之間的初始相似度，這時一般需要人工的干預，利用領域知識，對其進行調節(jié)。（7）迭代第（2）步到第（6）步，直到得到滿意的結果。[4]（8）輸出映射后的本體。如圖2所示。

圖2 數字圖書館信息資源本體映射的一般過程

目前有多種本體映射方法，按照本體定義模型進行分類，可以分為：（1）基于通用公共上層本體庫的本體概念映射。領域本體庫基于某個公共上層本體庫（如DOLCE）為基礎所構建，通過分析領域本體庫與公共上層本體庫之間的關系來計算本體概念之間的相似度。（2）基于本體概念相似度的本體映射。直接計算概念之間的相似度。其具體的計算方法有多種，如基于自然語言處理的計算方法、基于本體代數的方法等。（3）基于本體概念層次結構相似度的本體映射。以圖論方法和本體語言的結構特點來進行相似度分析，如果兩個概念的相鄰節(jié)點（子概念、父概念）是相似的，那么它們的相似性程度增加。[5]（4）基于（2）（3）兩種方法的擴展映射方法，是這兩種方法的加權綜合，基于概念及概念的相關內容來綜合加權計算概念間的相似度，從而最大限度地提高本體映射的質量。此外還有基于語義的方法、基于概念實例的方法、基于概念定義的方法等。由于數字圖書館信息資源類型多樣，所以為了提高映射準確率，本體映射往往是若干方法的綜合運用。經過本體間的映射，把數字圖書館系統(tǒng)A中信息資源的本體表達轉換為等同語義的數字圖書館系統(tǒng)B中應用的本體表達，A的應用系統(tǒng)可以像處理其他系統(tǒng)內部信息一樣處理B系統(tǒng)的信息。

2.3 數字圖書館信息資源語義互操作服務

完成了數字圖書館信息資源本體間的映射后，可以進行本體合并集成，構建領域本體服務器，領域本體服務器是進行信息互操作與集成的核心，是提供語義互操作服務的基礎?；诒倔w的數字圖書館信息資源語義互操作服務的整個過程即信息資源的語義化分析、表達、集成與管理的工作。主要包括以下幾方面內容：（1）用戶請求分析處理服務。對用戶的請求進行分析處理，使本體服務能夠被正確地解析。（2）語義沖突消除服務。在領域本體服務器的支持下進行數字圖書館信息資源語義沖突的智能化識別和處理，消除語義沖突和語義分歧的問題。（3）智能推理服務。在已經建立的語義化信息或知識及相關算法的支持下，針對基于RDF（S）/XML與OWL及其擴展描述的信息資源或語義模型，進行數字圖書館信息資源聚類、分類和學習等算法研究；進行信息與知識本體模型的生成、重用、演化（采用軟件演化和重用的方法）機制探索工作，并進行相應信息推理引擎的可重配置與重用技術，以及推理任務描述與分解技術研究。為了對語義Web中RDF（S）/XML與OWL及其擴展等元本體所描述的信息資源進行查詢，可以在面向XML描述信息的類SQL語言基礎上，擴展定義推理查詢公式的描述原語，從而構成相應的語義查詢機制。[6]（4）信息分析處理服務。其任務是完成各種與信息有關的分析處理的服務。它不直接訪問信息資源，側重于向用戶提供計算資源。它遵循一定的通信機制，提供一定的處理能力，一次服務可以有若干輸入、輸出。（5）信息獲取與一致化服務。信息獲取服務的主要任務是訪問一個信息內容實例，并且把該內容以指定的中介格式反饋給用戶。一致化服務是將信息獲取服務得到的數據轉換為統(tǒng)一的XML中介格式數據，即將異構數據同構化。[7]

3 結語

本文針對網絡環(huán)境下人們較難準確地獲取存儲在分布式數字圖書館中的信息資源的問題，提出本體驅動的數字圖書館信息資源語義互操作方案，將信息資源互操作和共享的問題轉化為本體間的映射問題，從而能有效解決數字圖書館異構信息資源互操作問題，為人們提供更好的信息服務。

[1]劉煒.語義互操作與Linked Data[EB/OL].[2008－12－23].http://www.lib.sjtu.edu.cn/adls/download/12-18/1218AM-C2.pdf.

[2]李培，孫琳.數字圖書館信息資源本體論的構建[J].圖書情報工作，2003（6）：25.

[3]張敏勤.基于本體的數字圖書館信息資源構建[J].大學圖書館學報，2007（3）：44－45.

[4]MarcEhrig，SteffenStaab.QOM-QuickOntologyMapping[C]//ISWC2004，LNCS3298：686.

[5]潘玉娥，等.基于分類的本體映射方法及映射工具實現[J].計算機應用研究，2007，24（10）：214.

[6]張維明.語義信息模型及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[7]楊昆，等.基于本體（Ontology）的空間信息互操作與集成方法研究[J].云南地理環(huán)境研究，2006，18（3）：23.