●郭少友，常楨，竇暢（鄭州大學(xué)信息管理學(xué)院，鄭州450001）

國內(nèi)知識元研究綜述

●郭少友，常楨，竇暢（鄭州大學(xué)信息管理學(xué)院，鄭州450001）

知識元；知識元抽??；知識元表示；知識元集成；知識元鏈接

分析國內(nèi)知識元研究的現(xiàn)狀，包括知識元的基本概念、類型、抽取、表示、鏈接與集成、應(yīng)用等多個方面。針對知識元研究中的一些關(guān)鍵問題，提出自己的看法。

對蘊含在數(shù)字資源中的知識進行揭示、描述與組織，是實現(xiàn)知識檢索和知識管理的前提。將揭示和描述知識的粒度細化為知識元，有助于提高知識獲取的效率和精確度。自20世紀(jì)70年代末美國情報學(xué)家弗拉基米爾·斯拉麥卡提出，知識的控制單位將從文獻深化到文獻中的數(shù)據(jù)、公式、事實、結(jié)論等最小的獨立的“知識元”開始，國內(nèi)學(xué)者對這一概念及其相關(guān)問題進行了較為深入和持久的研究。本文通過知網(wǎng)檢索發(fā)現(xiàn)，題目包含“知識元”的期刊論文72篇、碩博士論文25篇、會議論文6篇，關(guān)鍵詞包含“知識元”的期刊論文323篇、碩博士論文71篇、會議論文19篇。研究成果的作者主要來自教育學(xué)領(lǐng)域、計算機科學(xué)領(lǐng)域、圖書情報領(lǐng)域，所討論的對象主要是中小學(xué)教育資源、醫(yī)學(xué)數(shù)字資源、一般數(shù)字資源，所討論的內(nèi)容涉及知識元的基本概念、類型、抽取、表示、鏈接與集成、應(yīng)用等多個方面。

1 基本問題研究

1.1 知識元的概念

在國內(nèi)，知識元這一概念出現(xiàn)較早，學(xué)者們對其進行了不同的界定和解讀。

劉新等［1］認(rèn)為，一個相對獨立且能夠準(zhǔn)確地表達知識的內(nèi)涵和外延，并能對一個知識進行完整描述的知識單元就是知識元。張亮等［2］認(rèn)為，知識元是指不可再分割的具有完備知識表達的知識單位。姜永常等［3］認(rèn)為，知識元是構(gòu)成知識結(jié)構(gòu)的最小獨立單元，用來表示一個個針對特定問題的解決方案。文庭孝等［4］認(rèn)為知識元是在知識管理中可以對知識進行獨立、自由、有效地識別、處理與組合的基本知識單位。溫有奎等［5］認(rèn)為知識元是構(gòu)造知識結(jié)構(gòu)的基元，將知識分解為知識元以后，比較容易選擇與之相適應(yīng)的查詢及存儲方式，以便用戶直接查找、組裝以及完善知識結(jié)構(gòu)，加快知識的創(chuàng)新速度。畢經(jīng)元［6］認(rèn)為知識元是進行知識的存儲、共享和引用的最小存儲單位。

盡管國內(nèi)學(xué)者都強調(diào)了知識元應(yīng)具有獨立性、穩(wěn)定性和完整性，但對它的理解卻有一定差別，主要反映在知識元的粒度上，大部分學(xué)者認(rèn)為知識元是最小獨立單元，不能再分割；少部分學(xué)者則認(rèn)為知識元是基本知識單位，可以再細分。

1.2 知識元的類型

王延章［7］把知識元分為對象知識元、屬性知識元和屬性映射關(guān)系知識元。其中，對象知識元表示的是客觀事物實體，屬性知識元對客觀事物實體的特征進行描述，屬性映射關(guān)系知識元是對對象知識元內(nèi)部屬性狀態(tài)相互作用關(guān)系的展開描述。溫有奎等［8］將知識元分成描述型和過程型兩類，前者可細分為信息報道型、名詞解釋型、數(shù)值型、問題描述型、文獻引證型等；后者可細分為步驟型、方法型、定義型、原理型、經(jīng)驗型等。張靜等［9］將知識元分為七個類型，即概念型、原理型、方法型、事實型、陳述型、數(shù)值型、模型型。原小玲［10］認(rèn)為，知識元可以分為理論與方法型知識元、事實型知識元和數(shù)值型知識元。其中，理論與方法型知識元包括思想、方法論、公理、原理、定律以及正在探索中的觀念、觀點、方法與技巧，事實型知識元包括自然、社會存在和演變的事實信息，數(shù)值型知識元包括各種數(shù)據(jù)類知識和科學(xué)數(shù)據(jù)，具有數(shù)值分析和知識推理功能。

雖然上述各種觀點的文字描述有所不同，所給出的類型也不一，但每種觀點基本上大同小異，都從概念、事實、方法策略等幾個維度來分類知識元。此外，有些文獻給出的類型并不來源于同一個分類標(biāo)準(zhǔn)，且類型之間有重疊，如文獻［9］中的事實型和陳述型。

2 知識元的抽取和表示方法研究

2.1 知識元的抽取方法

從數(shù)字資源中抽取知識元是知識元應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過對現(xiàn)有相關(guān)文獻的分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)學(xué)者所提出的方法大致可分為基于文本結(jié)構(gòu)的抽取方法與基于規(guī)則的抽取方法兩種類型。

（1）基于文本結(jié)構(gòu)的抽取方法。典型代表有兩個。①姜永常等［11］提出基于文本物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)的抽取方法。其中，物理結(jié)構(gòu)={標(biāo)題，作者，機構(gòu)，章，節(jié)，段，句，詞，引文}，表達了文本的主觀認(rèn)知結(jié)構(gòu)；邏輯結(jié)構(gòu)={主題，層次，段落，句子，主題詞，標(biāo)識詞，分類號}，表達了文本的客觀知識結(jié)構(gòu)。通過對文本物理結(jié)構(gòu)的分析，建立文本的邏輯結(jié)構(gòu)，從中抽取標(biāo)題、小標(biāo)題、段首、段尾、結(jié)論、引文等作為引導(dǎo)知識元的向?qū)畔ⅰＭㄟ^向?qū)畔⒓纯山⑽谋拘畔⑴c知識元之間的關(guān)系，為文本知識元的發(fā)現(xiàn)指明方向。②周寧等［12］提出的抽取方法包含三個步驟：結(jié)構(gòu)解析、長度解析、內(nèi)容解析。針對給定的文本，該方法首先根據(jù)事先給定的結(jié)構(gòu)約束來抽取文本片段，并用長度解析器來檢查文本片段的最大和最小長度，用內(nèi)容解析器將文本片段解析成僅包含單詞的單詞線性表并在此基礎(chǔ)上生成知識元。

（2）基于規(guī)則的抽取方法。典型代表是蔣玲［13］提出的基于規(guī)則的知識元抽取方法。該方法首先對文本進行分句，然后提取向?qū)畔⑺诘南嚓P(guān)主題句，構(gòu)成候選主題句集合；在分析文本各屬性的句法結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上建立各屬性知識元的句法模型，即提取規(guī)則；將主題詞與提取規(guī)則組合，根據(jù)屬性值知識元句法模型對所有主題句做句法匹配，從而提取具有該句法的知識元描述候選句，并通過人工干預(yù)確定知識元描述句；然后將主題詞+屬性詞的組合作為知識元名稱，將提取的主題句作為知識元描述，并根據(jù)句法模型來確定各知識元描述句的屬性，將輸入文本作為知識元來源等。最后將提取出的知識元入庫。

2.2 知識元的表示方法

知識元的表示是指通過使用框架、模型、符號等來描述知識元，使知識元符號化、形式化或模型化，以使知識元成為便于機器處理的形式?，F(xiàn)有研究主要采用基于框架表示法的方法和基于本體的方法來表示知識元。

（1）基于框架表示法的知識元表示方法?？蚣鼙硎痉ㄊ且钥蚣芾碚摓榛A(chǔ)發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)化表示方法，它將知識表示成高度模塊化的結(jié)構(gòu)?？蚣苡煽蚣苊c若干個槽組成，每個槽擁有若干個側(cè)面，每個側(cè)面還可擁有若干值，而具體情況則可根據(jù)實際需求來取舍。通過從不同角度分別建立框架，可以得到一個框架系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以從不同角度來描述一個事物，而通過框架間的轉(zhuǎn)換也可以表示事物狀態(tài)的變化以及其他活動。周寧等［12］在框架表示法的基礎(chǔ)上，提出了XML平臺上的知識元表示方法，并給出了知識元框架的巴科斯范式格式。

（2）基于本體的知識元表示方法。本體是對某一領(lǐng)域中的術(shù)語及術(shù)語間關(guān)系的規(guī)范說明，提供對領(lǐng)域知識的共同理解和描述，用于共享、交流和復(fù)用，由經(jīng)過精確定義的概念及概念間的關(guān)系組成。袁名依等［14］提出一種基于知識元本體的知識統(tǒng)一表示方法，其中知識元本體包含Creator、KnowledgeElement、KnowldegeElementAbstract、KnowledgeElementDescription和History等五個類，KnowledgeElement用于描述不同的知識單元，KnowledgeElementDescription用于表示知識元描述體，History用于記錄知識元的演進發(fā)展過程。

如前所述，知識元是一種相對獨立的知識單元，其本身也是知識，常用的知識表示方法也適用于知識元的表示?，F(xiàn)有的研究較多地關(guān)注知識元的框架表示法、基于本體的表示法，較少涉及知識元的謂詞邏輯表示法、產(chǎn)生式規(guī)則表示法、語義網(wǎng)絡(luò)表示法、面向?qū)ο蟊硎痉ā?/p>

3 知識元的集成與應(yīng)用研究

雖然知識元本身具有一定的結(jié)構(gòu)且能夠在邏輯上完備地表達某一完整的事實、方法等，但是將知識元作為獨立的個體進行分析所能獲得的效益是有限的。為了更有效地利用知識元，對其進行集成是必要的。而知識元的應(yīng)用也建立在知識元的集成之上。

3.1 知識元的集成

知識元集成是指通過某種技術(shù)、方法或策略，在所提取并已標(biāo)引和表示的知識元或知識元集之間建立一定的聯(lián)系，以便于理解顯性知識、揭示隱性知識、發(fā)現(xiàn)新知識的行為。

畢經(jīng)元［6］提出了一種基于Web2.0的知識元鏈接體系。首先將文獻單元按知識結(jié)構(gòu)分類，并過濾掉無用信息；然后根據(jù)知識內(nèi)容對知識元的特征信息層的屬性（名稱、內(nèi)容、作用等）進行填充，設(shè)置知識元的導(dǎo)航信息層屬性內(nèi)容（鏈接、來源）。成鵬［15］提出了一種基于語義Web的知識元集成模型——SBKⅠ模型。該模型分為三個模塊：知識元挖掘模塊、本體構(gòu)建模塊以及語義集成模塊。其中，語義集成模塊通過在本體中的領(lǐng)域間添加語義邏輯關(guān)系將本體中領(lǐng)域間的非相關(guān)的概念集成起來，使其中非相關(guān)的概念間隱性的關(guān)系能夠顯性化，從而得到具有語義邏輯的知識元鏈。溫有奎等［16］提出了一個知識元語義鏈接模型，其公式為：K（S）+N（K（E）+K（S））=K（S+）S），其中K（S）表示知識結(jié)構(gòu)，K（E）表示知識元，N表示信息導(dǎo)航鏈接。強調(diào)知識結(jié)構(gòu)是一個比較完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)成主要是由信息對獨立的知識元的導(dǎo)航而形成。

綜合起來看，現(xiàn)有研究主要是通過在知識元之間建立導(dǎo)航鏈接來實現(xiàn)集成，并考慮了語義因素，但對集成過程中知識元的規(guī)范化、同義知識元的有效關(guān)聯(lián)等問題缺乏深入的探討。

3.2 知識元的應(yīng)用

（1）在突發(fā)事件處理中的應(yīng)用。仲秋雁等［17］通過抽取情景共性要素及要素關(guān)系來形成情景元模型，在此基礎(chǔ)上提出具體領(lǐng)域的基于知識元的情景概念模型，并認(rèn)為該研究有利于應(yīng)用計算機進行情景模擬的研究實現(xiàn)，有助于決策人員的決策行為，并為進一步針對情景進行非常規(guī)突發(fā)事件的應(yīng)對提供基礎(chǔ)。楊德寬等［18］認(rèn)為，隨著突發(fā)事件復(fù)雜性的增加，科學(xué)與高效應(yīng)急的關(guān)鍵是如何實現(xiàn)模型的組合調(diào)用，根據(jù)突發(fā)事件應(yīng)急決策的特點，提出了基于知識元網(wǎng)絡(luò)的組合調(diào)用方法，可通過構(gòu)造動態(tài)模型組合網(wǎng)絡(luò)來解決模型組合調(diào)用問題。

（2）在古籍研究中的應(yīng)用。肖懷志等［19］認(rèn)為，可以利用那些基于歷史年代本體建立的語義關(guān)聯(lián)來聚集相關(guān)歷史年代知識元，以此達到聚集同一或相關(guān)史實的目的。其中，歷史年代知識元由歷史年代標(biāo)引和歷史事件或史實構(gòu)成，是史書中可以控制的最小知識單元，具有完整的邏輯性。丁侃［20］討論了中醫(yī)古籍元數(shù)據(jù)規(guī)范體系，構(gòu)建了以知識元結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)的中醫(yī)古籍元數(shù)據(jù)分類體系。游章才等［21］在知識元語義分析的基礎(chǔ)上，探討了中藥“性-效-證-癥-病”知識元之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)規(guī)律。陳冠林等［22］在藥性－功效知識元語義分析的基礎(chǔ)上論述了中藥復(fù)方的整體功效。此外，還有學(xué)者通過抽取、構(gòu)建中醫(yī)藥知識元，分析知識元語義及知識元之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，來嘗試探析中醫(yī)古籍中概念不明確的知識元的含義。

（3）在信息檢索方面的應(yīng)用。信息檢索一直面臨著查準(zhǔn)率、查全率不高的問題。傳統(tǒng)信息檢索系統(tǒng)不能滿足人們的知識需求的根本原因在于知識組織的深度僅僅停留在文獻層次上，解決方法之一是將文獻知識的控制單位深入到知識的最小單位——知識元層次上。［23］溫有奎［24］提出了知識組織與檢索中知識元與向?qū)畔⒌膶?dǎo)航變換的理論與方法，并對知識元的理論基礎(chǔ)——認(rèn)知元進行了研究。

綜合起來看，知識元理論和方法在古籍整理和突發(fā)事件處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究較多，而在信息檢索領(lǐng)域的應(yīng)用研究較少。從理論上講，利用知識元來實現(xiàn)信息資源的組織和檢索，有助于從根本上解決信息檢索的傳統(tǒng)痼疾，但目前這方面的研究尚有待加強。

4 思考

關(guān)于知識元的含義。現(xiàn)有研究在討論知識元這一概念的含義時，或者強調(diào)知識元是不可再分割的最小知識單元，或者認(rèn)為知識元是基本知識單位，大多都是從理論層面進行描述，很少有簡單、清晰的知識元示例，讀者理解起來比較困難。筆者認(rèn)為，知識元的含義可以理解為用三元組表示的、包含主謂賓結(jié)構(gòu)的最小知識單元，例如“嗎丁啉是多潘立酮”、“嗎丁啉是Domperidone”、“中國中央電視臺央視”是三個不同的知識元。其中，斜體字是謂詞，其前后詞語分別是主語和賓語。對于“中共十八大于2012年11月8日在北京召開”這一陳述，按現(xiàn)有文獻的主流觀點來看只包含一個知識元，但從最小知識單元的角度看，可從中解析出“中共十八大召開時間是2012年11月8日”、“中共十八大召開地點是北京”兩個知識元。

關(guān)于知識元的類型。如果上述知識元定義成立的話，判斷知識元的類型則是比較困難的事情。對于一個只包含主謂賓的三元組來說，其所包含的信息不足以用來準(zhǔn)確地判斷其類型，如知識元“DNAⅤaccines treat Mice”，其含義是DNA疫苗治療鼠類，如果按本文1.2節(jié)所述的類型進行分類的話，可算作方法型、經(jīng)驗型、事實型或陳述型知識元。同一個知識元在不同的上下文環(huán)境中具有不同的身份，從現(xiàn)有分類方法來看，可能屬于不同的類型。這種分類上的多變性導(dǎo)致關(guān)于知識元類型的討論意義不大。

關(guān)于知識元的表示。從知識元集成、應(yīng)用以及知識推理的角度看，采用合適的模型來表示知識元是至關(guān)重要的。本文2.2節(jié)簡單討論了可用于知識元表示的各種方法。筆者認(rèn)為，其中，基于本體的表示方法可將知識元表示成規(guī)范的、公共可理解的形式，易于滿足知識元集成與應(yīng)用以及知識推理的需求。文獻［15］對此進行了探討，但只考慮了知識元本體的使用，忽略了與各種領(lǐng)域知識相關(guān)的領(lǐng)域本體，而這些本體可以有效地規(guī)范蘊含在知識元中的概念及關(guān)系。例如，知識元“DNAⅤaccines treat Mice”描述的是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的知識，其主語和賓語可用醫(yī)學(xué)領(lǐng)域本體UMLS中的概念加以規(guī)范，謂詞可用UMLS中的語義關(guān)系加以規(guī)范，結(jié)果是：“DNAⅤaccines”規(guī)范為“Ⅴaccines，DNA”、“treat”規(guī)范為“treats”、“Mice”規(guī)范為“Mus”，規(guī)范后的知識元可表示為“Ⅴaccines，DNA treats Mus”。筆者建議，可進一步按RDF格式的要求來表示知識元，結(jié)果形如“umls：Ⅴaccines，DNA umls：treats umls：Mus”。其中，前綴umls指向UMLS本體。任何能兼容UMLS的系統(tǒng)都可以準(zhǔn)確無誤地理解并應(yīng)用該知識元。

關(guān)于知識元的集成。當(dāng)采用RDF格式來表示知識元時，知識元集成的難度則大為降低，集成過程中需要解決的主要問題是不同本體之間的映射問題以及映射之后同義知識元之間的關(guān)聯(lián)問題。如果所有知識元均屬于同一個領(lǐng)域，且其主謂賓都采用同一本體的詞語進行規(guī)范，則在將這些知識元按RDF格式保存起來的同時，實質(zhì)上已經(jīng)自動進行了集成，形成了知識元鏈接網(wǎng)絡(luò)。如果知識元采用多個領(lǐng)域本體進行規(guī)范，集成時，需要事先在不同領(lǐng)域本體之間建立映射關(guān)系，然后根據(jù)映射關(guān)系來判斷兩個知識元是否同義。筆者認(rèn)為，分別經(jīng)過兩個不同本體規(guī)范處理的同義知識元，可通過owl：sameAs建立關(guān)聯(lián)。例如，假設(shè)兩個知識元“umls：Ⅴaccines,DNA umls：treats umls：Mus”、“medonto：DNA疫苗medonto：治療medon to：鼠類”是同義關(guān)系，可新增一個知識元“umls：Ⅴaccines，DNA owl：sameAs medonto：DNA疫苗”來描述概念“umls：Ⅴaccines，DNA”與“medonto：DNA疫苗”之間的同義關(guān)系，從而間接達到在兩個同義知識元之間建立聯(lián)系的目的。

關(guān)于知識元的應(yīng)用。從現(xiàn)有研究成果來看，知識元在教學(xué)、管理、科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域都能發(fā)揮作用。依筆者看，知識元理論與方法無論應(yīng)用在哪個領(lǐng)域，本質(zhì)上都是對領(lǐng)域知識的細粒度組織以及基于此的知識檢索與知識服務(wù)。具體應(yīng)用時，需要重點解決兩個問題：（1）應(yīng)用領(lǐng)域的本體選擇或構(gòu)建問題。知識元最終要利用本體進行規(guī)范，形成公共可理解的RDF數(shù)據(jù)。如果所選的應(yīng)用領(lǐng)域有成熟的本體可用，則可直接采納；否則，需要組織領(lǐng)域?qū)＜覙?gòu)建可用的本體。（2）基于知識元的知識檢索。在知識元的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的知識組織，與關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)數(shù)字資源的深度整合——聚合。聚合結(jié)果可以通過可視化形式呈現(xiàn)給用戶，由用戶直接從中找到所需知識，也可以讓用戶通過SPARQL端點進行查詢。前者需要為用戶提供清晰、直觀的可視化界面，后者需要提供簡單易行的SPARQL查詢構(gòu)建器，兩項工作實現(xiàn)起來都有一定難度。

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G250

A

1005－8214（2014）11－0038－04

郭少友（1965－），男，鄭州大學(xué)信息管理學(xué)院教授；常楨（1992－），男，鄭州大學(xué)信息管理學(xué)院碩士研究生；竇暢（1991－），女，鄭州大學(xué)信息管理學(xué)院碩士研究生。

2014－01－26［責(zé)任編輯］閆東芳

本文系2013年度教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金項目“圖書館數(shù)字資源的細粒度語義化描述與復(fù)用研究”（項目編號：13YJA870008）研究成果之一。