趙 振，胡乃平，劉 敏，嚴(yán)雋薇

（1.青島科技大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266061；2.同濟(jì)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

0 引言

維護(hù)、維修和大修（Maintenance，Repair &Overhaul，MRO）行業(yè)中的大機(jī)器，是指一個(gè)大型的、智能的、自動(dòng)化的綜合系統(tǒng)，從功能上包括機(jī)械系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)等各種復(fù)雜的子系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上可以由成千上萬(wàn)的組件、零部件和電路組成，因此對(duì)大機(jī)器的維修過(guò)程是一個(gè)非常繁冗、復(fù)雜的工作。尤其在利用已有知識(shí)對(duì)故障進(jìn)行推理、診斷這一步驟中，不僅需要維修人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，還需要大量的大機(jī)器生產(chǎn)、零部件供應(yīng)、運(yùn)營(yíng)和維修等環(huán)節(jié)的各方知識(shí)來(lái)協(xié)助完成對(duì)故障原因的推理，這些知識(shí)分別來(lái)自設(shè)備供應(yīng)商、備件供應(yīng)商、MRO 服務(wù)提供商和設(shè)備運(yùn)營(yíng)商等企業(yè)。由于問(wèn)題的復(fù)雜性，其推理過(guò)程往往比較復(fù)雜，這就要求來(lái)自網(wǎng)絡(luò)中形形色色企業(yè)的知識(shí)具有較高的可信性；否則，如果不考慮所獲得的知識(shí)是否可信、不衡量其可信度的高低，則在推理鏈較長(zhǎng)的情況下，由每一環(huán)知識(shí)的不可信性所導(dǎo)致的推理累積誤差會(huì)越來(lái)越大，最終得到的推理結(jié)論很可能與正確的結(jié)果截然相反。

問(wèn)題不僅反映在應(yīng)用層面上，在不確定性推理的技術(shù)層面也一直存在著類(lèi)似的問(wèn)題。目前在不確定性推理理論（主要包括在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上抽象得到的可信度方法、基于Bayes理論的概率推理、基于信任測(cè)度函數(shù)的證據(jù)理論、基于模糊集合論的模糊推理等技術(shù)）的推理過(guò)程中，常常需要大量的概率數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)造知識(shí)庫(kù)，并且難以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行確定和解釋?zhuān)绕湓谕评礞溳^長(zhǎng)、傳遞關(guān)系較復(fù)雜的情況下，累計(jì)的誤差會(huì)很大，較難實(shí)現(xiàn)有效、準(zhǔn)確地推理。以上問(wèn)題無(wú)不突出反映了對(duì)知識(shí)可信性衡量的重大意義。

可信性是在正確性、可靠性、安全性、時(shí)效性、完整性、可用性、可預(yù)測(cè)性、生存性和可控性等眾多概念的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新概念，是客觀對(duì)象諸多屬性在人們心目中的一個(gè)綜合反映，其定義涵蓋面相當(dāng)寬泛。隨著相關(guān)研究的開(kāi)展，有關(guān)可信理論的研究從Anderson 首次提出可信系統(tǒng)（trusted system）到可信計(jì)算組（Trusted Computing Group，TCG）的可信計(jì)算（trusted computing）已有30余年的歷史，研究重點(diǎn)從早期的容錯(cuò)計(jì)算、故障檢測(cè)和冗余備份技術(shù)發(fā)展到近期的可信硬件平臺(tái)、可信軟件系統(tǒng)、可信網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。

目前，對(duì)于可信理論、模型的研究也呈現(xiàn)出與多個(gè)研究領(lǐng)域相互結(jié)合、滲透的趨勢(shì)，如Peer-to-Peer環(huán)境下的多粒度可信模型研究［1-6］、Web 服務(wù)組合的可靠性研究［7-19］、語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境中協(xié)同本體構(gòu)建中的概念可信度研究［20］、基于區(qū)域角色的可信模型研究［21-22］、節(jié)點(diǎn)語(yǔ)義信息的可信度研究［23-24］等。研究從不同角度、不同粒度層面上，說(shuō)明了構(gòu)建可信模型、研究可信計(jì)算理論的必要性和重要性，滿(mǎn)足了目前信息技術(shù)在紛繁復(fù)雜的環(huán)境中對(duì)可信性的要求。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中的資源粒度不斷發(fā)生著變化，例如，由之前的單臺(tái)計(jì)算機(jī)到局域網(wǎng)資源，又進(jìn)一步通過(guò)共享、協(xié)同形成網(wǎng)格資源等；在引入了面向服務(wù)的架構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）及Web Service技術(shù)之后，網(wǎng)絡(luò)資源粒度析化為Web服務(wù)及Web服務(wù)組合；而隨著語(yǔ)義網(wǎng)概念的引入及知識(shí)管理等研究的展開(kāi)，更加注重了對(duì)信息中知識(shí)的獲取、挖掘、分析和理解等功能。于是，網(wǎng)絡(luò)資源中出現(xiàn)了表達(dá)和存儲(chǔ)各種領(lǐng)域知識(shí)的知識(shí)源。然而，查詢(xún)、推理這些知識(shí)源所得的知識(shí)可信度往往很難衡量和獲得，在知識(shí)膨脹的時(shí)代，尤其是當(dāng)面對(duì)Internet中海量的數(shù)據(jù)及知識(shí)時(shí)，如何確認(rèn)知識(shí)的可信性，以確保各種關(guān)于知識(shí)的操作和業(yè)務(wù)交互等的安全、高效、有效和可信，是迫切需要解決的問(wèn)題。而對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源中知識(shí)的可信度量，將有利于提高網(wǎng)絡(luò)資源共享的安全性和可用性，提高面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中業(yè)務(wù)、流程的交互與協(xié)同的效率和效果。

目前，為向網(wǎng)絡(luò)提供結(jié)構(gòu)化、機(jī)器可讀、支持推理、消除異構(gòu)和開(kāi)放的知識(shí)源，使用本體技術(shù)來(lái)構(gòu)建知識(shí)模型以及形式化的表達(dá)知識(shí)，是公認(rèn)的、比較有效的解決方案。本文旨在將本體所構(gòu)建的知識(shí)模型作為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要的單位知識(shí)資源，并在以往研究的基礎(chǔ)上提出在本體這一粒度層面上進(jìn)行可信評(píng)價(jià)，建立一個(gè)本體可信計(jì)算模型。結(jié)合本體技術(shù)及可信計(jì)算兩個(gè)領(lǐng)域已有的工作基礎(chǔ)和研究成果，研究構(gòu)建面向以本體為基本粒度單位的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下知識(shí)資源的可信模型。其中：圍繞本體自身可信，研究基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的本體自身概念可信和基于構(gòu)建本體映射的本體自身語(yǔ)義信息可信的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及可信子模型；圍繞本體全局可信，研究基于推薦的本體全局推薦可信和本體所處環(huán)境可信的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及可信子模型。

1 相關(guān)研究可信計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)資源不同粒度層面上的研究

對(duì)于可信理論、模型的研究呈現(xiàn)出與多個(gè)研究領(lǐng)域相互結(jié)合、滲透的趨勢(shì)，體現(xiàn)在不同粒度層面網(wǎng)絡(luò)資源的可信研究上尤為明顯。

（1）Peer-to-Peer 環(huán)境下 的多粒 度可信模型研究

目前存在若干基于Peer-to-Peer環(huán)境的信任模型，文獻(xiàn)［3］討論了公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（Public Key Infrastructure，PKI）的信任模型、基于局部推薦的模型和基于數(shù)據(jù)簽名的模型及其存在的問(wèn)題，另外還存在以下模型：

1）基于角色的信任模型。在這類(lèi)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)依據(jù)其興趣加入不同的社區(qū)，社區(qū)是擁有共同興趣的節(jié)點(diǎn)集合，同一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以加入不同的社區(qū)。依據(jù)節(jié)點(diǎn)對(duì)不同社區(qū)的隸屬程度，決定它在不同方面的可信度。如Dynamic Coalitions中采用的信任模型，但該模型仍然存在一定的缺陷［4］。

2）基于貝葉斯的信任模型。這類(lèi)系統(tǒng)的核心思想是：依據(jù)一定的參數(shù)（如文件質(zhì)量、下載速率等），利用貝葉斯概率的方法計(jì)算可信度，如Wang在文獻(xiàn)［5］中討論的信任模型。然而其可信度的計(jì)算實(shí)質(zhì)上是基于用戶(hù)自身的主觀判定，往往具有片面性。

3）全局可信度模型。為獲取全局的節(jié)點(diǎn)可信度，該模型通過(guò)鄰居節(jié)點(diǎn)間相互滿(mǎn)意度的迭代來(lái)獲取節(jié)點(diǎn)的全局可信度。如Stanford的EigenRep［6］和文獻(xiàn)［3］的全局信任模型，也稱(chēng)單粒度模型。

4）由于單粒度模型的粒度很粗糙，忽略了同一節(jié)點(diǎn)的可信度在不同領(lǐng)域、不同方面的區(qū)別和聯(lián)系。文獻(xiàn)［1］提出了一種新的Peer-to-Peer環(huán)境下的多粒度信任模型和全局部分可信度，將信任模型的粒度進(jìn)一步細(xì)化，能夠?qū)τ脩?hù)針對(duì)某一具體領(lǐng)域的信任度進(jìn)行量化。這種多粒度模型（Multiple-Grain Model，MGM）可以針對(duì)信任樹(shù)中任一層次、任一領(lǐng)域計(jì)算可信度，分析和仿真說(shuō)明。它不但克服了已有模型的部分局限性，而且具有較好的工程可行性。

（2）Web服務(wù)組合的可靠性研究和Web服務(wù)執(zhí)行的可用性研究

可靠性關(guān)注在規(guī)定的條件和時(shí)間間隔內(nèi)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件能正常運(yùn)行的概率。服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題一直是服務(wù)計(jì)算領(lǐng)域提高服務(wù)執(zhí)行過(guò)程可靠性的核心問(wèn)題，如何提供具有服務(wù)質(zhì)量（Quality of Services，QoS）保證的Web服務(wù)及其組合，正在引起Web服務(wù)領(lǐng)域越來(lái)越多的關(guān)注。其中，如何聚合服務(wù)的多維QoS屬性，如何綜合評(píng)價(jià)組合流程的質(zhì)量聚合效果，成為流程執(zhí)行方案可靠性選擇的前提［25-31］。

可用性關(guān)注軟件在某一時(shí)刻所能提供有效功能的程度，提高可用性的途徑有系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性理論與方法、故障診斷與測(cè)試、系統(tǒng)恢復(fù)等技術(shù)。Web服務(wù)組合分析驗(yàn)證的主要目標(biāo)是在組合定義階段，對(duì)構(gòu)建的組合流程模型進(jìn)行檢查，解決對(duì)服務(wù)目標(biāo)的可達(dá)性和可終止性驗(yàn)證、調(diào)用過(guò)程中的死鎖檢查、流程的正確性檢驗(yàn)等可用性需求，以便在組合實(shí)施前發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)誤。

利用形式化的建模手段和分析方法描述組件服務(wù)之間的協(xié)同，分析組合服務(wù)的性質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要途徑。目前，研究人員已利用不同的形式化方法，給出了多種服務(wù)組合分析驗(yàn)證的解決方案，這些方法可分為基于模型檢驗(yàn)和基于Petri網(wǎng)技術(shù)兩類(lèi)［32-39］。

（3）語(yǔ)義網(wǎng)環(huán)境中協(xié)同構(gòu)建本體時(shí)的概念可信度研究

僅由少數(shù)權(quán)威領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c難以實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域本體構(gòu)建的繁重任務(wù)。文獻(xiàn)［20］利用可信度擴(kuò)展，標(biāo)記每個(gè)聲明資源描述框架（Resource Description Framework，RDF）被領(lǐng)域?qū)＜艺J(rèn)可的程度，協(xié)助多用戶(hù)共同參與領(lǐng)域本體的構(gòu)建，在一定程度上解決了目前僅由少數(shù)權(quán)威領(lǐng)域?qū)＜覙?gòu)建領(lǐng)域本體工作量繁重的困難，為知識(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)展和更新迅速的前沿領(lǐng)域進(jìn)行本體構(gòu)建提供了方便，同時(shí)也為領(lǐng)域本體的表示引入了量化的機(jī)制。

（4）基于代理可信的社區(qū)聯(lián)盟服務(wù)代理架構(gòu)研究

數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)中，匿名代理互相協(xié)作，以發(fā)布他們的服務(wù)或者尋找其需要的服務(wù)。因此，對(duì)匿名代理的社會(huì)等級(jí)如名聲、信譽(yù)和可信度的了解具有重要的意義。通過(guò)這些相關(guān)屬性來(lái)了解代理的社會(huì)等級(jí)，從而增強(qiáng)在匿名、分散的社區(qū)中使用服務(wù)、業(yè)務(wù)交互等的穩(wěn)定性和信心，在保證選擇最優(yōu)服務(wù)的同時(shí)，能夠降低公眾的安全和業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)［21］提出Peer-to-Peer環(huán)境下的一個(gè)服務(wù)注冊(cè)框架。服務(wù)的注冊(cè)按照其背景分組，方便了服務(wù)消費(fèi)者及時(shí)發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的服務(wù)。其中服務(wù)與聯(lián)盟均通過(guò)語(yǔ)義的方式來(lái)定義，該方式有助于豐富社會(huì)等級(jí)及相關(guān)屬性的描述內(nèi)容。

（5）節(jié)點(diǎn)語(yǔ)義信息的可信度研究

信息的語(yǔ)義被本體明確地描述，從而使計(jì)算能夠理解這些信息并自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)地處理操作。用戶(hù)作為語(yǔ)義網(wǎng)中信息的提供者與使用者，頗為關(guān)心的問(wèn)題是信息的安全。信息的可信任度是信息安全的重要因素，因此可信任度計(jì)算成為語(yǔ)義網(wǎng)信息傳播中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文獻(xiàn)［23］提出一種基于本體的信息可信任度計(jì)算方法，該方法將語(yǔ)義網(wǎng)中信息的信任度分為傳播信息的信息內(nèi)容信任度計(jì)算和傳播節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)信任度計(jì)算兩個(gè)方面。在這兩種信任度計(jì)算的基礎(chǔ)上，綜合評(píng)估語(yǔ)義網(wǎng)中所傳遞的信息的語(yǔ)義信任度。

這些研究從不同角度、不同粒度層面說(shuō)明了構(gòu)建可信模型、研究可信計(jì)算理論的必要性和重要性，滿(mǎn)足目前信息技術(shù)紛繁復(fù)雜的環(huán)境中對(duì)可信性的要求。然而，在目前的研究方向中，對(duì)于知識(shí)可信的研究并未深入展開(kāi)。如上所述，有些研究?jī)H提出了可信度的概念及相關(guān)計(jì)算，并沒(méi)有對(duì)知識(shí)的可信評(píng)價(jià)建立系統(tǒng)的理論體系。隨著語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，知識(shí)業(yè)已成為網(wǎng)絡(luò)資源中重要的組成部分。隨著網(wǎng)絡(luò)中知識(shí)數(shù)量的遞增以及所處環(huán)境日趨復(fù)雜等種種問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)中知識(shí)的可信問(wèn)題越來(lái)越突出。因此，迫切需要對(duì)知識(shí)可信的理論進(jìn)行深入探索與研究。

2 本體可信評(píng)價(jià)體系

構(gòu)建對(duì)知識(shí)進(jìn)行可信性評(píng)價(jià)的體系，首先需要了解導(dǎo)致知識(shí)不可信的原因，大致包括：①知識(shí)是否被惡意提供；②所提供的知識(shí)是否專(zhuān)業(yè)；③該知識(shí)應(yīng)用于此，是否合適；④該知識(shí)所處環(huán)境能否支持可靠地讀取、推理。考慮解決上述導(dǎo)致知識(shí)不可信緣由的方法分別是：①對(duì)提供知識(shí)的知識(shí)主體進(jìn)行評(píng)價(jià)；②對(duì)知識(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)；③獲得的知識(shí)與所提問(wèn)題符合的程度；④知識(shí)所處環(huán)境相關(guān)性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)。

這里，將本體所構(gòu)建的知識(shí)模型作為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要的單位知識(shí)資源，提出在本體這一粒度層面上進(jìn)行可信評(píng)價(jià)，研究構(gòu)建一個(gè)本體可信評(píng)價(jià)體系，包括本體自身概念可信、本體語(yǔ)義信息可信、本體全局推薦可信及本體所處環(huán)境可信四個(gè)方面，以對(duì)應(yīng)解決上述導(dǎo)致知識(shí)不可信的原因。其中：本體自身概念的可信方面，主要通過(guò)大量的對(duì)本體知識(shí)的評(píng)價(jià)，對(duì)其可信性進(jìn)行評(píng)估；本體語(yǔ)義信息可信方面，通過(guò)比較所提問(wèn)題、所處領(lǐng)域知識(shí)以及與獲得的反饋知識(shí)的匹配程度，了解所得知識(shí)是否適用；本體全局推薦可信方面，利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究，評(píng)判當(dāng)前提供知識(shí)的知識(shí)主體是否有惡意提供知識(shí)的可能；本體所處環(huán)境可信方面，對(duì)知識(shí)所處環(huán)境的相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

其中，本體自身概念可信、本體語(yǔ)義信息可信通過(guò)分析本體自身可信性所涉及的各種因素，結(jié)合本體構(gòu)建、查詢(xún)及推理時(shí)的具體情況和應(yīng)用背景來(lái)設(shè)計(jì)，統(tǒng)稱(chēng)為本體自身可信評(píng)價(jià)；本體全局推薦可信和本體所處環(huán)境可信從本體外圍的角度評(píng)估本體知識(shí)可信性，統(tǒng)稱(chēng)為本體全局可信評(píng)價(jià)。

下面給出知識(shí)主體、本體可信及本體可信度等若干概念的定義。

定義1 知識(shí)主體指具有獨(dú)立的知識(shí)，并具備與其他知識(shí)主體交互能力的節(jié)點(diǎn)。

定義2 本體可信是對(duì)本體所包涵知識(shí)的可信衡量，可以由一個(gè)六元組表示為〈O，A，P，D，R，E〉。其中：O為本體的唯一標(biāo)識(shí)；A為本體O的宿主，即其所在的知識(shí)主體；P為本體自身概念可信；D為本體所表達(dá)出的語(yǔ)義信息可信；R為本體的領(lǐng)域推薦可信；E為節(jié)點(diǎn)所處的環(huán)境可信。而且，P與D屬于本體的自身可信范疇，R與E屬于本體的全局可信范疇。

定義3 本體可信度是對(duì)本體可信程度的度量，由t=ω·p＋ξ·d＋ψ·r＋ζ·e計(jì)算得到。其中：t∈［0，1］；p，d，r，e∈［0，1］分別為本體自身的概念可信度、本體語(yǔ)義信息可信度、本體全局推薦可信度和本體所處環(huán)境可信度；ω，ξ，ψ，ζ∈［0，1］分別為上述本體可信的權(quán)值。

本體可信度以度量的方式評(píng)價(jià)知識(shí)，從而促進(jìn)本體在其知識(shí)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)等方面的優(yōu)化。用戶(hù)也可以根據(jù)所獲得的本體可信度了解當(dāng)前的本體情況，選擇適合的、可信的本體知識(shí)，提高知識(shí)使用的效率和效果，滿(mǎn)足自己的需求。

3 本體可信模型構(gòu)建研究

結(jié)合本體自身及全局可信的評(píng)價(jià)體系所構(gòu)建的本體可信模型，包括基于貝葉斯的本體自身概念可信子模型、基于本體映射的本體語(yǔ)義信息可信子模型、基于推薦的本體全局推薦可信子模型和本體所處環(huán)境可信子模型。

3.1 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的本體自身概念可信模型

因?yàn)椴煌脩?hù)的角度、標(biāo)準(zhǔn)可能不同，使得對(duì)本體進(jìn)行評(píng)價(jià)成為一件非常困難的事情，所以大量學(xué)者致力于制定本體評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如表1 所示。然而，即便使用相同的本體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，由于具體考察的本體內(nèi)容不同、用戶(hù)使用標(biāo)準(zhǔn)的方式與程度不同等，給評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施帶來(lái)了很大難度。

表1 對(duì)本體進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)的相關(guān)性能指標(biāo)總結(jié)

續(xù)表1

這里綜合相關(guān)研究中所述的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)Fernandez Lopez［43］提出的對(duì)本體進(jìn)行評(píng)價(jià)方面的建議，對(duì)相關(guān)本體的用戶(hù)評(píng)價(jià)、專(zhuān)家評(píng)價(jià)進(jìn)行采集，通過(guò)這種大量的評(píng)價(jià)，消除上述可能存在的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一致的問(wèn)題。而對(duì)本體評(píng)價(jià)時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)Gomez Perez［41］提出的較為簡(jiǎn)單易用且意義明確的一致性、完整性、簡(jiǎn)明性、可擴(kuò)展性和敏感性五個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

另外，由于本體各個(gè)部分構(gòu)建的細(xì)化度、準(zhǔn)確度等不同，且本體的演化是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，本體對(duì)不同主題知識(shí)內(nèi)容的構(gòu)建可能會(huì)不平衡，即具有局部性。這樣，在對(duì)本體內(nèi)圍繞不同主題（不同的知識(shí)領(lǐng)域、類(lèi)目等）相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行查詢(xún)及推理時(shí)，得到的本體自身概念可信度可能會(huì)不同。這里，以鋼鐵行業(yè)中的某個(gè)MRO 服務(wù)提供商的核心業(yè)務(wù)產(chǎn)品本體為例。其中，可能對(duì)連鑄設(shè)備備件類(lèi)的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容構(gòu)建較為豐富、準(zhǔn)確，而對(duì)噴涂堆焊輥類(lèi)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容的構(gòu)建較為貧乏、誤差也較大。因此，本體的自身概念可信需要分多方面、多主題分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，不能一味地籠統(tǒng)評(píng)價(jià)出一個(gè)可信度。

另外，由于查詢(xún)需求是多樣的，其所關(guān)注的本體自身概念可信度的側(cè)重也有所不同。例如有時(shí)查詢(xún)需求只需要了解產(chǎn)品大概的內(nèi)容，而有時(shí)查詢(xún)需求只想要了解產(chǎn)品中某一個(gè)子類(lèi)的情況。前者想要了解本體自身概念整體的可信度，而后者了解產(chǎn)品本體中某子類(lèi)的概念可信度將會(huì)更有價(jià)值。如果一些用戶(hù)比較關(guān)注本體的概念、屬性關(guān)系或結(jié)構(gòu)等的準(zhǔn)確性與標(biāo)準(zhǔn)性，而另一些用戶(hù)比較關(guān)注本體應(yīng)用層面的實(shí)用性，則需要分別了解本體構(gòu)建專(zhuān)家及實(shí)際使用用戶(hù)對(duì)本體相關(guān)內(nèi)容的看法［42］。另外還有一種情況，查詢(xún)需求需要共同了解本體內(nèi)某兩個(gè)相關(guān)主題的內(nèi)容，例如需要詳細(xì)了解某類(lèi)銅板的情況。由于銅板既屬于銅板類(lèi)，又在結(jié)晶器類(lèi)內(nèi)有大量相關(guān)的內(nèi)容，此時(shí)本體概念可信度評(píng)價(jià)將關(guān)注銅板類(lèi)及結(jié)晶器類(lèi)這兩個(gè)主題的概念可信度。因此，衡量本體自身概念的可信度時(shí)，應(yīng)該考慮從不同角度考察本體內(nèi)各種不同粒度的主題或者是各種主題組合的內(nèi)容可信度。

與已有研究關(guān)注本體評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)、體系及具體方法、工具等［40，43-44］不同，這里關(guān)注本體評(píng)價(jià)的粒度僵化問(wèn)題。分析認(rèn)為，對(duì)于上述要求，如果使用一般的概率模型，則僅可知道有限方面的信任度；如果查詢(xún)需求改變，則要重新構(gòu)建模型；如果使用模型對(duì)本體進(jìn)行大概評(píng)估，則不能對(duì)本體的某些具體方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，應(yīng)該構(gòu)造一個(gè)能夠適應(yīng)評(píng)價(jià)需求的新模型。

這里引入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)本體特定主題的可信度進(jìn)行建模，基于用戶(hù)和專(zhuān)家評(píng)價(jià)全面、靈活地衡量本體自身概念的可信。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，該關(guān)系網(wǎng)絡(luò)使用靜態(tài)的方法表示不同元素之間的概率關(guān)系，其理論基礎(chǔ)是貝葉斯理論。如圖1所示，構(gòu)建一個(gè)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)代表本體內(nèi)某主題相關(guān)內(nèi)容的可信。每一個(gè)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)S，有滿(mǎn)意和不滿(mǎn)意兩個(gè)值來(lái)評(píng)價(jià)本體的總體可信情況：分別用1和0表示。本體總體可信情況的評(píng)價(jià)，需根據(jù)交易后的結(jié)果綜合考慮，用戶(hù)、專(zhuān)家的評(píng)價(jià)僅作為衡量本體自身概念可信度時(shí)的一個(gè)因素，并不能直接決定本體總體質(zhì)量。滿(mǎn)意與否，可以依據(jù)某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，例如，可以基于用戶(hù)或?qū)＜冶敬螌?duì)某些主題的評(píng)價(jià)，并按照不同方面需求偏好所設(shè)定的權(quán)值，加權(quán)求和后與設(shè)定的相應(yīng)閾值相比較，衡量本體總體可信情況；也可以允許人工評(píng)價(jià)，這時(shí)評(píng)價(jià)不是針對(duì)某個(gè)主題，而是針對(duì)整個(gè)本體交易過(guò)程；或者也可以在對(duì)本體自身、全局可信等方面的因素綜合考慮后進(jìn)行衡量。這里不再詳述對(duì)本體總體可信情況滿(mǎn)意與否的界定方法。

式中：p（S=1）表示本體總體的滿(mǎn)意度；m為交易滿(mǎn)意的次數(shù)；n為交易總次數(shù)。

根節(jié)點(diǎn)下的葉子節(jié)點(diǎn)表示不同方面主題的滿(mǎn)意度。節(jié)點(diǎn)UE表示用戶(hù)評(píng)價(jià)的集合，有好和壞之分，分別用1和0表示。由于用戶(hù)主要關(guān)注本體應(yīng)用層面，p（UE=1）表示了本體的實(shí)用程度，可用式（2）計(jì)算：

用戶(hù)、專(zhuān)家的評(píng)價(jià)值有高、中、低三個(gè)值（評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可參考文獻(xiàn)［40］）。如式（3）所示，uh，um和ul分別是用戶(hù)評(píng)價(jià)高、中和低的總數(shù)。將uh，um和ul代入式（2）得

節(jié)點(diǎn)EE表示專(zhuān)家評(píng)價(jià)的集合，也有好和壞兩值，分別用1和0表示。因?yàn)閷?zhuān)家更注重本體理論和技術(shù)方面的評(píng)價(jià)（如專(zhuān)家更關(guān)注本體語(yǔ)法、邏輯、結(jié)構(gòu)等方面），所以p（EE=1）表示本體理論、技術(shù)構(gòu)造方面的準(zhǔn)確性，其計(jì)算方法同節(jié)點(diǎn)UE。

節(jié)點(diǎn)OS表示本體內(nèi)主題的集合。例如，核心產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)本體內(nèi)，假設(shè)包括七個(gè)主題（即OS有六個(gè)值）：噴涂堆焊輥類(lèi)、結(jié)晶器類(lèi)、銅板類(lèi)、高精度軸承座類(lèi)、鋼帶卷取機(jī)類(lèi)和滾筒發(fā)鋼渣處理設(shè)備類(lèi)。

可以將更多影響本體自身概念可信的因素加入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中，這里只考慮用戶(hù)評(píng)價(jià)、專(zhuān)家評(píng)價(jià)及主題三個(gè)因素對(duì)其可信度的影響。

表2所示為節(jié)點(diǎn)OS的條件概率表，該表包括兩列值，每一列值都有一個(gè)約束條件，這兩種約束條件分別對(duì)應(yīng)根節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)值；表內(nèi)每一列值的總和等于1。

p=（OS="結(jié)晶器類(lèi)"｜S=1）表示與本體總體交易“滿(mǎn)意”的情況下，所涉及的內(nèi)容屬于“結(jié)晶器類(lèi)”這一主題的概率，可通過(guò)如下公式計(jì)算：

p（OS="結(jié)晶器類(lèi)"，S=1）是與本體的“結(jié)晶器類(lèi)”主題交易“滿(mǎn)意”的概率。

式中m1是對(duì)本體主題“結(jié)晶器類(lèi)”交易后“滿(mǎn)意”的次數(shù)。同樣計(jì)算可得表2中其他文件類(lèi)型的概率。

表2 節(jié)點(diǎn)OS的條件概率表

一旦得到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的條件概率表，就能夠利用貝葉斯理論從不同的方面計(jì)算本體自身概念可信度，例如，p=（S=1｜OS="結(jié)晶器類(lèi)"，OS="鋼帶卷取機(jī)類(lèi)"），是指對(duì)本體“結(jié)晶器類(lèi)”及“鋼帶卷曲機(jī)類(lèi)”主題可信性滿(mǎn)意的概率；p=（S=1｜UE="好"，OS="結(jié)晶器類(lèi)"），是指對(duì)本體結(jié)晶器類(lèi)主題實(shí)用性可信的滿(mǎn)意概率。

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型可以結(jié)合多種查詢(xún)需求設(shè)置各種條件，每一個(gè)概率表示某一方面本體概念的可信度。使用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以推斷出本體概念各方面的相關(guān)概率，這將節(jié)省很大的力氣去對(duì)每個(gè)方面一一構(gòu)建模型，或者在條件變化時(shí)構(gòu)建新的可信度量模型。

3.2 基于本體映射的本體自身語(yǔ)義信息可信模型

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，人們?cè)诿鎸?duì)未知的世界（如陌生的人、環(huán)境等）時(shí)，首先會(huì)根據(jù)自己已掌握的信息、知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)等對(duì)其進(jìn)行判斷，看這個(gè)未知世界是否對(duì)自己有危險(xiǎn)、符合自己的需要甚至是可以信賴(lài)的。與社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中的行為模式相似，知識(shí)主體也可憑借自己已有的知識(shí)，對(duì)本體反饋回來(lái)的未知語(yǔ)義信息進(jìn)行初步理解與判斷，以了解其基本的觀念、規(guī)則等，看其是否與自己的知識(shí)匹配，是否符合自己的意識(shí)形態(tài)、基本觀念和規(guī)則，從而確定它是否為符合自己興趣、可信的內(nèi)容，此舉也是繼對(duì)本體的自身概念可信考察后，在本體自身可信方面的進(jìn)一步補(bǔ)充。

當(dāng)知識(shí)主體獲得信息后，可以利用自己本身已有的本體所描述的知識(shí)理解該信息所包含的語(yǔ)義。這里，設(shè)本體反饋回來(lái)的信息依然是具有語(yǔ)義的信息，即反饋回來(lái)的信息仍然是本體。構(gòu)建本體語(yǔ)義信息可信模型（如圖2），獲得本體語(yǔ)義信息可信度的步驟如下：

步驟1 知識(shí)主體K 與本體交互后，獲得來(lái)自本體A 的語(yǔ)義信息本體B。

步驟2 使用本體映射技術(shù)，借助相關(guān)領(lǐng)域詞匯表，將知識(shí)主體原有的知識(shí)本體C 中的概念與本體B中的概念進(jìn)行映射查找，設(shè)兩本體共有n對(duì)概念匹配成功，分別是c1?b1，c2?b2，…，cn?bn，并初始化count=0，sum=0。

步驟3 對(duì)其中兩對(duì)概念ci?bi，cj?bj，若ci與cj或bi與bj之間無(wú)任何關(guān)系，則跳過(guò)。

若ci與cj或bi與bj之間存在關(guān)系，則使用cij表示ci與cj間所有的直接關(guān)系，bij表示bi與bj間所有的直接關(guān)系，若cij與bij關(guān)系相同或相似，則count=count＋1，sum=sum＋1；若cij與bij關(guān)系相反，則count=count-2，sum=sum＋1；若cij與bij是約束條件，則考察bi與bj所對(duì)應(yīng)的實(shí)例是否滿(mǎn)足cij的約束條件，滿(mǎn)足則count=count＋1，sum=sum＋1，否則count=count-2，sum=sum＋1；循環(huán)至比較完所有的直接關(guān)系。

若ci與cj或bi與bj之間存在間接關(guān)系，則用表示ci與cj間的所有間接關(guān)系，用表示bi與bj間所有的間接關(guān)系。若cij與bij各自關(guān)系鏈路上的關(guān)系全部相同或相似，則count=count＋1，sum=sum＋1；若cij與bij各自關(guān)系鏈路上的關(guān)系存在相反的情況，則count=count-2，sum=sum＋1；若cij與bij各自關(guān)系鏈路上的關(guān)系存在約束條件，則考察bi與bj所對(duì)應(yīng)的實(shí)例是否滿(mǎn)足cij關(guān)系鏈路上的約束條件，滿(mǎn)足則count=count＋1，否則count=count-2。

3.3 基于推薦的本體全局推薦可信模型

在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)研究中，人們面對(duì)未知的世界（如陌生的人、環(huán)境等）時(shí)，首先會(huì)依靠自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)當(dāng)前情況進(jìn)行分析和判斷。進(jìn)一步，可以通過(guò)詢(xún)問(wèn)對(duì)未知世界了解的朋友、熟人，對(duì)其將要涉入的未知世界有一個(gè)了解。

本體全局推薦可信模型正是出于這個(gè)目的研究構(gòu)建的，它是對(duì)本體自身可信模型（本體自身概念可信子模型與本體自身語(yǔ)義信息可信子模型）的進(jìn)一步補(bǔ)充。本體自身可信模型可以基于自己的知識(shí)對(duì)本體進(jìn)行評(píng)價(jià)，而本體全局推薦可信模型以本體自身概念可信模型提供的知識(shí)主體對(duì)本體的可信評(píng)價(jià)關(guān)系網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)詢(xún)問(wèn)知識(shí)主體所熟悉的、與本體交互過(guò)的其他知識(shí)主體對(duì)其的評(píng)價(jià)與推薦，獲得相關(guān)可信的評(píng)價(jià)信息。所謂的全局推薦可信是相對(duì)于局部推薦可信而言的。局部推薦可信是綜合考慮有限的幾位與本體交互過(guò)的知識(shí)主體的意見(jiàn)；全局推薦可信是詢(xún)問(wèn)所有的與該本體交互過(guò)的知識(shí)主體的意見(jiàn)。

這里，借鑒P2P 環(huán)境下節(jié)點(diǎn)可信理論研究，并針對(duì)知識(shí)可信問(wèn)題的特殊性，來(lái)構(gòu)建本體全局推薦可信模型。假設(shè)共有m個(gè)知識(shí)主體，每個(gè)知識(shí)主體都擁有本體知識(shí)。為了方便表達(dá)，將知識(shí)主體o上的本體知識(shí)稱(chēng)為本體o。當(dāng)知識(shí)主體i∈［1…m］需要了解知識(shí)主體k∈［1…m］上本體知識(shí)的全局推薦可信度時(shí)，首先，知識(shí)主體i從與該本體交互過(guò)的朋友中獲知本體k的自身概念可信度信息，然后從其自身角度綜合出k的本體全局推薦可信度，即

式中rik為知識(shí)主體i經(jīng)過(guò)詢(xún)問(wèn)與其交互過(guò)且與本體k交互過(guò)的知識(shí)主體j后，對(duì)本體k的全局可信度。

式中：ε為一個(gè)無(wú)限趨近于0的正實(shí)數(shù)；pij為知識(shí)主體i對(duì)本體j（i≠j）的本體自身概念可信度。

定義C為矩陣［cik］，ri向量包含了i對(duì)所有本體的信任度，則式（7）也可以表示為

然而，式（9）得到的可信信息包括知識(shí)主體i及其朋友的意見(jiàn)，為了進(jìn)一步得到更廣泛的意見(jiàn)，知識(shí)主體i將可能希望了解朋友的朋友的觀點(diǎn)，即r=（CT）2ci。若按照這個(gè)模式進(jìn)行下去，則知識(shí)主體i將會(huì)了解到全面的意見(jiàn)，即

將式（11）解析為迭代形式為：

若n足夠大，則r將會(huì)收斂于一個(gè)向量，該向量?jī)?nèi)的數(shù)值即為各相關(guān)本體的全局推薦可信度。對(duì)式（11）解的計(jì)算可以通過(guò)傳統(tǒng)的迭代方法實(shí)現(xiàn)，如Jacobi迭代、Gauss-Seidel迭代等，認(rèn)為Jacobi迭代或Gauss-Sediel迭代都是可行的。

定理1 對(duì)于任意初始向量r（0），基于式（11）的Jacobi迭代和Gauss-Sediel迭代收斂。

證明 設(shè)G=CT，則有r=Gr，即（In-G）r=0。

矩陣G的第i行絕對(duì)值之和為。則In-G為按行嚴(yán)格對(duì)角占優(yōu)矩陣，由此定理成立。

要注意的是，由于pij是基于本體自身概念可信模型獲得的，pij作為本體自身概念可信度，可能是本體總體的概念可信度，也可能是某個(gè)主題、某幾個(gè)主題的概念可信度，由此迭代所得的本體全局推薦可信度，針對(duì)本體可信的哪個(gè)或哪些方面，將取決于pij。

3.4 本體所處環(huán)境可信模型

除上述三個(gè)可信子模型所考察的方面外，還應(yīng)考慮本體所在知識(shí)主體、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境在交互過(guò)程中的性能，包括計(jì)算能力、網(wǎng)絡(luò)帶寬等。

知識(shí)主體在與本體交互后，可對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)的可信度進(jìn)行評(píng)價(jià)，它有高和低兩個(gè)值，則本體所處環(huán)境可信度可由下式得出：

式中：ζ，τ∈［0，1］；comph表示對(duì)計(jì)算能力評(píng)價(jià)為高的數(shù)量，compsum表示對(duì)計(jì)算能力的評(píng)價(jià)總數(shù)；webh表示對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬評(píng)價(jià)為高的數(shù)量，websum表示對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的評(píng)價(jià)總數(shù)。

4 實(shí)例分析

在不確定性推理理論的應(yīng)用中，需要大量來(lái)自各方的證據(jù)知識(shí)支持推理，而這些證據(jù)知識(shí)的可信度難以確定。尤其在推理鏈較長(zhǎng)、傳遞關(guān)系較復(fù)雜的情況下，將導(dǎo)致推理累計(jì)的誤差很大，較難實(shí)現(xiàn)有效、準(zhǔn)確的推理。本文基于所構(gòu)建的本體可信計(jì)算模型，獲取證據(jù)知識(shí)的可信度，支持不確定性推理，以提高推理的準(zhǔn)確性。該方法可應(yīng)用于決策支持、預(yù)測(cè)分析和診斷推理等諸多領(lǐng)域。

以某鋼廠連鑄設(shè)備的維修、維護(hù)過(guò)程中的故障診斷為應(yīng)用案例。某鋼鐵連鑄廠的目標(biāo)是澆鑄出合格的無(wú)缺陷鑄坯，一旦鑄坯出現(xiàn)缺陷，需要查找故障原因。這可能需要了解連鑄設(shè)備MRO 服務(wù)提供商的維修經(jīng)驗(yàn)知識(shí)；限于自己的知識(shí)水平，需詢(xún)問(wèn)獲得另外的MRO 服務(wù)提供商知識(shí)的支持，查找故障原因；可能需要了解組成結(jié)晶器的四塊銅板，至少最近一次的送修參數(shù)數(shù)據(jù)，這些知識(shí)分別來(lái)自各備件修復(fù)廠；可能需要了解輥?zhàn)拥妮伩p距離等過(guò)程數(shù)據(jù)，這些知識(shí)來(lái)自連鑄廠方；另外，可能需要了解連鑄設(shè)備振動(dòng)電機(jī)、變壓器等設(shè)備的參數(shù)數(shù)據(jù)，這些知識(shí)來(lái)自各生產(chǎn)廠家。在連鑄設(shè)備的故障診斷中，推斷故障原因涉及多個(gè)知識(shí)主體的參與，包括連鑄廠自身、MRO 服務(wù)提供商、設(shè)備制造商、備件生產(chǎn)和修復(fù)商的知識(shí)等。而在推理過(guò)程中，需要基于上文所述的本體可信模型，衡量各知識(shí)主體中所提供的本體知識(shí)庫(kù)相關(guān)知識(shí)的可信性，從而合理、準(zhǔn)確地利用各方知識(shí)推理出正確的故障原因。

這里給出一個(gè)案例場(chǎng)景來(lái)說(shuō)明多方知識(shí)主體支持的連鑄設(shè)備故障診斷過(guò)程。該廠一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)鑄坯表面缺陷的問(wèn)題，而鋼鐵連鑄的工藝方面沒(méi)有問(wèn)題，且各設(shè)備、備件的參數(shù)數(shù)據(jù)均顯示正常，超出了MRO 服務(wù)商（某設(shè)備檢修公司）的故障診斷能力，需要就結(jié)晶器、輥?zhàn)拥瓤赡艿墓收显?，求助相關(guān)的設(shè)備／備件修復(fù)商等知識(shí)主體，進(jìn)一步深入診斷各個(gè)部件，從而定位可能引起故障的原因。其鑄坯表面的故障現(xiàn)象呈現(xiàn)橫裂紋，深度3mm～4mm，寬度0.5mm 左右，長(zhǎng)度30mm～50mm；鑄造的鋼種為低碳鋼，鑄坯斷面為180mm×1 000mm，拉速為1.2m／min。經(jīng)過(guò)獲取連鑄廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)知識(shí)、工藝流程知識(shí)及設(shè)備／備件制造商的設(shè)備檢查知識(shí)等，得到相關(guān)部分的參數(shù)數(shù)據(jù)。這里，將數(shù)據(jù)整理后，僅列舉鋼水，結(jié)晶器及導(dǎo)輥相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 鋼水、結(jié)晶器及導(dǎo)輥相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)表

續(xù)表3

基于上述參數(shù)使用MRO 服務(wù)提供商的故障診斷規(guī)則進(jìn)行推理，即通過(guò)輸入其所需的相關(guān)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)，并調(diào)用其故障知識(shí)本體進(jìn)行推理，同時(shí)根據(jù)基于本體可信模型構(gòu)建的本體可信度計(jì)算原型系統(tǒng)，獲取相關(guān)知識(shí)的可信度，最后綜合各推理環(huán)節(jié)的知識(shí)可信度，得到某故障原因?qū)е鹿收犀F(xiàn)象結(jié)論為真的概率，如表4所示。其中，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中采集的數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)，以及通過(guò)后來(lái)檢查時(shí)獲得的設(shè)備相關(guān)參數(shù)，設(shè)定其可信度為1。

表4 故障診斷結(jié)論表

依據(jù)表4，設(shè)備維修人員可首先嘗試措施c和措施a；由于措施b為真的可能性相對(duì)較低，需在其他兩項(xiàng)措施沒(méi)有解決問(wèn)題時(shí)再進(jìn)行嘗試。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文首次提出研究構(gòu)建面向以本體為基本粒度單位的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下知識(shí)資源的可信模型，為進(jìn)一步工作奠定了基礎(chǔ)。圍繞本體自身可信，研究構(gòu)建了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的本體自身概念可信子模型和基于本體映射的本體自身語(yǔ)義信息可信子模型；圍繞本體全局可信，研究構(gòu)建了基于推薦的本體全局推薦可信子模型和本體所處環(huán)境可信子模型。對(duì)多知識(shí)主體（包括設(shè)備供應(yīng)商、設(shè)備維修商、備件供應(yīng)商、設(shè)備運(yùn)營(yíng)商等）協(xié)同參與的、連鑄設(shè)備的故障診斷過(guò)程，結(jié)合知識(shí)可信度進(jìn)行不確定性推理，提高了故障診斷的效率和效果。在今后的研究中，將進(jìn)一步基于本文所提出的知識(shí)可信模型，構(gòu)建面向多知識(shí)主體協(xié)同參與的不確定性推理框架，并將其應(yīng)用于MRO 故障診斷過(guò)程中，以進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證及算法優(yōu)化。

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