基于本体的科研诚信案例库构建研究

李展宇，杨道涛

(南京理工大学 科学技术协会，江苏 南京 210094)

引 言

近年来，党和国家高度重视科研诚信建设工作。2019年5月，党中央专门出台《关于进一步弘扬科学家精神加强作风和学风建设的意见》，要求“加强作风和学风建设，营造风清气正的科研环境”[1]。2021年5月28日，习近平总书记在中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会、中国科协第十次全国代表大会上发表重要讲话指出：“诚信是科学精神的必然要求。要做学术道德的楷模，坚守学术道德和科研伦理，践行学术规范，让学术道德和科学精神内化于心、外化于行，涵养风清气正的科研环境，培育严谨求是的科学文化。”[2]2021年，新修订的《中华人民共和国科学技术进步法》新增了多条科研诚信相关内容，明确了科研失信行为的法律责任。[3]尽管如此，随着我国经济社会的发展，科技创新仍然面临着学术不端、学风浮躁的挑战，很多科研诚信事件都引发了全社会的广泛关注。但是，由于科研诚信事件发生机理、处置方式、处置流程都比较复杂，信息资源的丢失、断层、重用率低等现象极为普遍，因此，如何有效进行科研诚信案例库构建成为了科研诚信事件处置决策的前提与基础。

本体(Ontology)的概念来源于哲学领域，是对客观存在的系统的阐释或说明。本体是近年来计算机及相关领域普遍关注的一个研究热点，作为一种能在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型建模工具，已被广泛应用于知识工程、系统建模、信息处理、自然语义理解等领域。近年来，国内外许多学者对本体进行了深入研究，并将其应用到各个领域。Neche最早将本体概念应用于人工智能，规范了人工智能领域范围内的语义规则[4]。Etsui等人构建了领域本体，解决了同一词语在不同场景中的语义选择问题[5]。Amailef.K将本体建模应用于突发事件处理[6]。谢建民构建了突发事件网络舆情案例的本体模型[7]。王琳将本体模型应用于粮食应急案例[8]。李旭研究了建筑领域本体的应用流程[9]。

由此可见，本体理论在揭示事物本质、对领域知识的规范化表达方面具有独特优势。因此，本文结合现有案例库信息，在相关资料搜集的基础上，研究基于本体的科研诚信案例库构建。

一、科研诚信案例本体构建

科研诚信案例本体的构建，以科研诚信案例信息为基础，通过领域界定、案例描述、属性定义等几个步骤，构建科研诚信案例本体表达模型。整个流程分为四个步骤：1.科研诚信案例领域。整理目前已公开的科研诚信案例信息，实现对科研诚信案例的准确界定和识别；2.建立科研诚信案例表示框架。对科研诚信案例进行深入剖析。用自然语言描述科研诚信案例的要素；3.构建科研诚信案例本体，对科研诚信案例进行要素分析，提取公共属性，映射为由类、属性、关系组成的本体模型；4.科研诚信案例本体模型应用。通过本体的构建，实现历史案例检索、信息查询和处置方案推荐等应用，为决策者提供支持，实现科研诚信案例知识的重用和共享。综合以上步骤，得出科研诚信案例本体构建流程如图1所示：

图1 科研诚信案例本体构建流程

二、科研诚信案例信息表示

科研诚信案例信息表示可以分为两个步骤。首先，根据相关法律法规对科研诚信案例进行领域界定，筛选出符合要求的案例。然后，对案例信息进行梳理分析，提取案例的公共属性，为本体建模和案例库构建打下基础。

根据《中华人民共和国科学技术进步法》《科学技术活动违规行为处理暂行规定》(科学技术部第19号令)，可以将科研诚信违规行为按责任主体分为受托管理机构及其工作人员、科学技术活动实施单位、科学技术人员、科学技术活动咨询评审专家、第三方科学技术服务机构及其工作人员五个大类，具体内容见表1。

表1 科研诚信案例分类

根据表1的领域界定条件，本文通过对国家自然科学基金委、卫健委、地方科技主管部门等部门公开的科研诚信案例信息进行搜集与分析，提取出科研诚信案例的公共属性如表2所示。

表2 科研诚信案例公共属性

科研诚信案例用自然语言描述科研诚信违规事件相关的情况和解决方案。通过对案例的特征分析，提取出基本信息、责任主体、违规行为、处置结果四个要素。可以将每个案例用一个四元组进行描述，即C={CD,CR,CB,CS}。其中，CD表示事件的基本信息，CR表示事件的责任主体，CB表示违规行为，CS表示处置结果。CD用于描述科研诚信案例的基本情况，包括案例的起止时间、责任人、责任单位等；CR用于描述科研诚信案例中承担责任的主体，包含责任单位、责任人等信息；CB用于描述案例中出现的违规行为，包括违规事实、涉及成果、行为性质、情节轻重等；CS用于描述对科研诚信违规行为的处置，主要包括处置机构、处置措施、案例影响等。该部分是案例的重要数据，在案例推理过程中，案例的处置措施也是指导未来事件的重要知识来源。

三、科研诚信案例本体建模

科研诚信案例本体是描述科研诚信案例的基类，是案例公共属性的集合。本体建模是指将案例公共属性具体映射为类、实体、属性和关系。其中，类是信息逻辑关系的集合；实体是类的具象化表示；属性是公共属性中实体字段的属性；关系用来描述类之间的关系。在科研诚信案例本体中，将基本信息、责任信息、违规行为、处置结果作为四个类，将案例信息映射为类、属性、关系和实例表达的本体模型，各类、子类和属性如表3所示。

其中，基本信息、责任主体、违规行为、处置结果是四个平行的等价类。每个类与子类是继承关系。四个等价类之间的关系如图2所示。

每个子类有相应的属性，每个属性有具体的属性值。以“违规类型”属性为例，归纳出适用于不同责任主体的属性值，以“科学技术人员”作为责任主体，其“违规类型”属性值见表4。

表3 科研诚信案例本体模型的类与属性描述

图2 各类之间的关系图

表4 “违规类型”属性值举例

子类之间存在多种关系。如责任人、责任单位与违规事实之间存在实施关系，违规事实、行为性质会影响处置措施，处置措施会造成案例影响，案例影响将具体影响到责任人、责任单位和涉及成果等。各子类之间的关系如图3所示。

图3 各子类之间的关系图

四、基于本体的科研诚信案例库构建

本文提出的科研诚信案例库是充分利用网络信息技术，连接科研机构、期刊出版机构和科研人员的平台。案例库以科研诚信案例本体为核心，具备案例查询与检索、案例评价、事件决策等功能。案例库的数据来源于对已公开的科研诚信事件通报的加工整理，具备较强的可靠性与权威性。利用案例本体的推理功能，可以对未来的科研诚信事件提供咨询与决策建议。

科研诚信案例库的价值主要体现在三个方面：一是实现了科研诚信案例信息的规范化存储。通过数据库的建设，将自然语言描述的案例信息加工为规范的字段与属性，从而实现了科研诚信案例的查询与检索。二是提供了科研诚信案例评价的平台。按照用户的需求，对案例相关字段进行梳理与排序，可以实现不同用户需求下的科研诚信案例评价。三是为决策者提供科研诚信类事件的决策建议。科研诚信事件的处置是一个复杂的过程，通过对已发生案例的违规事实、处置情况、案例影响等信息进行案例推理，可以在新的科研诚信事件发生时，为决策者提供处置方案和影响预测，是科研诚信事件处置决策的重要参考。

案例库分为物理层、数据层、业务层、应用层4个层次，整体架构如图4所示。物理层包含案例库的物理实体，包括数据存储、数据传输和数据计算等模块，各模块之间通过协议实现通信。数据层包含基于科研诚信案例本体的数据核心，通过数据的加工整理，可以将各渠道公开的科研诚信事件通报导入科研诚信案例本体模型中，实现科研诚信案例的入库。同时，通过对现有案例的分析与推理，为用户提供决策咨询与建议。业务层包含科研诚信案例检索、案例评价、事件决策等系统，在业务层核心数据库的支撑下，为用户提供各类服务。同时，可根据用户的需求，实现系统功能的个性化定制。应用层包含前端系统与后台系统。前端系统是面向所有用户的PC端及移动端平台，支持所有用户访问，具备案例检索与查询等功能；后台系统是根据不同的用户类型，划分为科研机构后台系统、出版机构后台系统、科研人员后台系统，可以实现对案例的统计与管理。

图4 科研诚信案例库架构图

科研诚信案例库前端界面如图5所示，系统可以实现案例的创建与检索，同时支持根据不同字段筛选和模糊查询等功能。在数据界面展示案例的编号、机构、责任主体名称、违规行为类型等基础信息，用户可以通过点击某一个案例，查看该案例的详情信息。

图5 科研诚信案例库前端界面

结 语

创新是一个国家的灵魂，而诚信则是创新的基石，科研诚信是我国实施创新驱动发展战略、实现世界科技强国目标的重要基础。近年来，我国科研诚信建设在工作机制、制度规范、教育引导、监督惩戒等方面取得了显著成效，但整体上仍存在“短板”和薄弱环节，违背科研诚信要求的行为时有发生。因此，需要通过科研诚信案例库的建设，实现科研诚信信息的全面共享和有效利用。

本文通过对科研诚信案例进行领域界定、案例描述、属性定义等工作，实现了科研诚信案例公共属性的提取与归类，构建了科研诚信案例的本体表达模型，并以此为基础，提出了科研诚信案例库的建设架构。案例库以科研诚信案例本体为核心，按照物理层、数据层、业务层、用户层四个层次建设，实现了科研诚信案例的规范化存储、检索、评价等功能，并能够为科研诚信事件的决策提供咨询与建议。

本文主要提出了基于科研诚信案例本体的科研诚信案例库建设思路与框架，并实现了案例库的部分基础功能，未涉及案例本体及推理编程实现，未来的研究将从这些方面展开。