基于本体推理的上下文感知系统的研究

张晶++张丽伟++孙琰

泛在学习要构建一个无处不在的学习环境，能够智能地为用户提供个性化的学习，而上下文感知计算是泛在计算的一个重要研究领域。由于信息源具有多样性和异构性，且表达方式不尽相同，因此文章介绍了一种OWL本体描述语言，利用它对上下文信息进行统一的描述并进行上下文推理，达到上下文知识的共享与重用。

上下文感知本体OWL一、引言

嵌入式技术的深入发展，使计算通信和人机交互的紧密结合成为了新的发展趋势，這为泛在学习的实现提供了技术保障。为了更好地为学习者提供个性化服务，需要一种新的交互模式，能够自动感知计算环境中与交互任务相关的内容，并做出决策或提供相应的服务。因此，上下文感知成为了提高系统智能化的重要途径，其实现的前提是正确表达、理解和利用上下文信息。

二、上下文感知

早期的研究大多针对实际应用来定义上下文，将上下文分为用户上下文、物理上下文和计算上下文三类。例如，用户上下文包括用户的个性、位置、社会关系等；物理上下文包括光线的明暗、噪声大小、气候、温度等；计算上下文包括网络的可用性、网络带宽、通信开销、显示器等资源。

上下文感知是指计算系统自动地对上下文、上下文变化以及上下文历史进行感知和应用，并据此做出决策和自动提供相应的服务。上下文感知涉及上下文的建模与表示、上下文的获取与（解释）推理、上下文的存储查询和管理以及上下文的有效利用等。在上下文推理的研究中，主要方法有基于规则的推理、基于本体的推理和基于人工智能的推理等方法。其中，由于本体具有较强的表述能力，推理效率较高，已成为上下文感知系统中研究的热点。

三、OWL本体描述语言

针对于不同领域，本体有不同的定义，关注的焦点也不同。本体最早的概念源于哲学领域，哲学中认为本体是：“对世界上客观存在物的系统描述，是客观存在的一个系统的解释或说明，关心的是客观现实的抽象本质。”后来它被引用到人工智能、知识工程等领域中。Studer等人给出本体的定义：“本体是共享概念模型的明确的形式化规格说明”。

因此，本体能够统一领域内的知识表述，能够解决同一概念用多种词汇表示或一词多义的问题；而且，本体描述能够最大限度实现知识的重用与共享，这为知识的交互推理了提供了很大便捷。OWL是一种定义和编写本体的标记性语言，是国际万维网联盟W3C发布的本体语言标准规范，具有非常强大的语义表达能力。具体来讲，OWL中将对象称为个体，将种类称为类，将关系描述为属性。属性具体又分为两种，分别是对象属性和数据类型属性。数据类型属性表示类的实例与OWL固有数据类型的关系，对象属性表示两个类实例之间的关系。

四、上下文推理

上下文推断模块是上下文感知框架的核心部分，它与上下文知识库不断进行交互，可通过分析知识库中的上下文情境来预知推理，由系统自动地为用户提供相应的服务，也可通过预定义本体中的规则来进行推断，以排除冲突等。在上下文推理的研究中，主要用到的有基于规则的推理和基于本体的推理。

1.基于规则的推理。规则是一种知识表达技术，基于规则的推理是将现有的上下文信息与设定的规则进行匹配。任何规则都包含两个部分：If部分和Then部分，一个规则实质上就是一个If-Then语句：If〈事实或条件〉then〈操作或结论〉，如果条件或事实成立，则执行相应操作或给出结论。

2.基于本体的推理。在OWL本体语言中，本体的各种属性以及本体之间的关系都进行了很好的描述。因此，基于本体的推理使上下文信息具有了较强的描述能力，通过建立的推理规则和领域知识进行推演，能够将底层上下文推理生成高层上下文，这就是基于本体的推理过程。

四、结束语

上下文感知是普适计算发展的必然趋势之一，由于使用OWL本体语言对上下文信息进行了统一的描述，且利用OWL具有的逻辑推理功能，很好地解决了高层上下文信息的推理和语义一致性检测等问题，达到了知识的共享与重用。但上下文感知的引入，也带来了一个新的问题。由于上下文感知计算允许在不同用户和系统之间共享、交互上下文信息，因此如何实现信息共享和用户隐私之间的平衡将成为下一阶段的研究重点。

参考文献：

[1]Soldatos J，Pandis I，Stamatis K，etal.Agent based middleware infrastructure for autonomous context-aware ubiquitous computing services[J].Computer Communications，2007，（03）：577-591.

[2]Jia H，Wang M，Ran W，etal.Design of a performance-oriented workplace e-learning system using ontology[J].Expert Systems with Applications，2011，（04）：3372-3382.

基金项目：

1.吉林省教育厅“十三五”社会科学研究课题“基于上下文感知的泛在学习系统的构建研究”（项目编号：吉教科文合字【2016】第494号）。

2.吉林省教育科学规划课题“高校教师专业化发展中协作共同体建构的研究”（项目编号：GH16623）。endprint