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  • 基于本体的语义网络在中医药领域中的应用

  • 来源:国际中医中药杂志 作者:姚媛媛 崔蒙 时间:2013-08-19 09:26:00
  • 核心提示: 语义网络作为一种知识表达和组织的工具,已广泛应用于多个领域,本文首先阐明语义网络的概念和特征,其次说明其与本体间区别,最后就其在中医药领域的应用情况,分别从语言系统、方剂、临床、针灸四个方面进行了论述和评价
        语义网络作为一种知识表达和组织的工具,已广泛应用于多个领域,本文首先阐明语义网络的概念和特征,其次说明其与本体间区别,最后就其在中医药领域的应用情况,分别从语言系统、方剂、临床、针灸四个方面进行了论述和评价,并提出了下阶段的工作重点。
    1语义网络
    1.1  语义网络的基本概念:语义网络(Semanticnetwork)是由美国心理学家奎廉(M.R.Quilian)于1968年在研究联想记忆时提出的心理学模型…,他认为记忆是由概念间的联系来实现的,主张在处理问句时,将语义放在首位。1972年,美国人工智能专家西蒙(R.F.Simmons)和斯乐康(J.Slocum)首先将语义网络用于自然语言理解系统中。语义网络是通过概念及其语义关系来表达知识的一种有向网络图。其中,有向图的节点表示各种事物、概念及属性等;弧表示节点之间各种语义关系,节点和弧必须带有标识,以区分各个不同对象以及对象之间各种不同的关系。语义网络可以用来表示复杂的概念、事物以及语义联系,例如事物间的类属关系(IS-A)、推论关系(A-Kind-Of)、聚类关系(A-Part-Of)、时间关系(Before/After,At)、位置关系(Located-On)等。3-4J,对于特定的领域,按照相应的理论体系和应用主题,把具体知识体系中的相关概念和关系表示出来,从而构成一个知识语义网络。
    1.2构建语义网络的目的:是为某种应用获取和处理相关知识,并能够在此基础上进行知识推理。语义网络在求解的过程中要用到继承和匹配两种推理过程。在语义网络中通过概念节点与关系弧的连接来表示概念之间的联系,并从总体上表示复杂的知识结构,使得有关对象和概念可以从他们直接相链接的节点中推导出
        DOI:10.3760/cma.j.issn.1673-4246.2013.07.034
        作者单位:100700北京,中国中医科学院中医药信息研究所2011级硕士研究生(姚媛嫒);中国中医科学院中医药信息研究所(崔羹)来,在求解问题时不必遍历整个庞大的知识库。由于语义网络强大的表达能力和灵活性,使之能通过多种机制来表达概念、规则及其之间的关联知识,因而在各个领域都得到了广泛的应用。
    l_3语义网络的特征:(1)语义网络的优点:①重要的相关性得以明确表示;②相关事实可以从直接相链接的节点推导出来,不必遍历整个庞大的知识库;⑨能够利用“IS-A”和“Subset”链在语义网络中建立属性继承的层次关系;④易于对继承的属性进行演绎,如三
    段式推理;⑤能够利用少量基本概念的记号建立状态和动作的描述。(2)语义网络的不足:①严格性,语义网络没有公认的形式表示体系;②处理上的复杂,语义网络表示知识的手段是多种多样的,表示形式的不一致使得对它的处理增加了复杂性;③缺少精确语义表达的能力,即使利用同一个语义网,不同的系统有可能导致不同的行为。
    2本体
        本体(Ontology)最早为哲学上的概念,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。后随着人工智能的发展,被学术界赋予了新的定义。1993年,Gruber将本体定义为“本体是概念模型的明确的规范说明¨,主要包含四层个面的含义[8-9]:①概念模型(conceptualization):通过抽象出客观世界某些现象(Phenomenon)的相关概念而得到的模型,其表示的含义独立于具体的环境状态;②明确(explicit)~所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义;③形式化(formal):Ontology是计算机可读的(即能被计算机处理);④共享(share):Ontology中体现的是共同认可的知识,反映的是相关领域中公认的概念集,即Ontology针对的是团体而非个体的共识。Ontology的目标是捕获相关领域的知识,提供对该领域知识的共同理解,确定该领域内共同认可的词汇,并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇(术语)和词汇间相互关系的明确定义。
    3本体和语义网络的关系
        作为知识表示的工具,本体与语义网络非常相似,都是知识表示的形式,均可以通过带标记的有向图进行知识表示,适合于逻辑推理。但从描述的对象或范围而言,两者之间也有区分,归纳如下:①在描述的对象和范围上,本体是对共享概念模型的规范说明,即其概念在某个特定领域是公认的,是面向特定领域的概念模型。而语义网络可以看作是一种带有标记的有向图,最初用于表示命题信息,现广泛用于专家系统表示知识。其节点表示物理实体、概念或状态,边用于表示关系,但是对节点和边都没有特殊规定,所以描述的范围比本体广;②在知识表示的深度上,本体有五要素:“概念,关系,函数,公理和实例”,本体通过这五个要素来严格、正确地刻画所描述的对象。而语义网络深度上不如本体,对建模没有特殊要求;③在建模的条件上,本体的建立必须有专家的参与,相对更加严格和困难,这也是本体目前的主要缺点之一。而语义网络不要求有相关领域的专业知识,比较容易建立,因而不必有专家的参与。
    4语义网络在中医药领域应用的实例及评价
    4.1语言系统:中医药学语言系统(TCMLS)是参照美国医学语言系统(Unified medical language system,UMLS),运用本体论(Ontology)创建的,具有中国特色的情报检索语言模式。该知识库在对现存各种词表、类表、用户提问、数据库、专家系统以及各种工具书进行分析的基础上产生,能够满足用户三种最基本需求:允许用户在检索提问中使用自然语言;自动联接、转换和查询某种或某类情报资源;支持标引、查询、检索、浏览、组织信息全过程。该系统以中医药学科为核心,知识内容涉及古代与近代、哲学与医学、植物与农业、生物医学等多个学科,具有以下特点:①在保持中医药学科特性的同时,体现学科相关性与包容性,具有广博、融合的特点;②在中医药学科基础上,融入并利用相关学科术语与结构特点,使系统具有较强的实用性;③符合语言体系,系统结构按语言类型进行语言体系分类,从整体结构上将术语分为形态与功能两类;④系统可随着多学科的发展而有不断改进完善的空间,具有可扩展性。该系统包括126种语义类型与58种语义关系,共同构成网状的语义网络。该系统的主要问题是:①知识表示的丰富性和严谨性不够(没有引入OWL、SKOS等本体技术)。17-18.1②目前仅能实现预期的部分功能,如:《中国中医药学主题词表》、《医学主题词注释字顺表》、《中国图书馆分类法》等可控词表的关联,可控工具表中词串的转换,不同语种词条的相互关联,显示名词定义及其关联关系,以及实现对中医药数据库建设的支持等。 
    4.2方药功效:成都中医药大学的曹莉进行了方药功效语义网络的研究:以方药功效为中心的中医药知识是一个错综复杂而关联性极强的知识体系。构建方药功效的语义网络能够将方药功效中隐含的各种语义关系全部提取出来,形成关系表,并以此为中心,建立方药功效涉及的各种概念间的内在联系,形成一个网状的信息表达系统。目前存在问题:①语义类型和语义关系需要进行动态调整;②方药数据的模糊性可能造成方药功效语义网络的复杂;⑨语义网络有待进一步完善。
    4.3  中医医案本体:蒋宏潮等从中医理论出发,利用本体知识获取技术挖掘蕴含于中医临床诊疗过程中的隐性知识及规律,从构建医案的本体知识库着手,对语义网络进行定量的深度分析,提出了概念密度的计算方法,为进一步构建中医领域的本体系统、挖掘整理中医临证经验与学术思想及建立基于信息检索技术的中医知识库打下了基础。目前有待解决的问题是:获取中医领域专家的启发性知识难度大,其原因在于知识表示不一致;专家的启发性知识不够精确;有些启发性知识表示的不可能性;缺乏开发专家系统的现代技术;知识测试与调试的困难性。毛雪岷和笪磊等以肺癌病理案例和语义网络技术为基础,结合一体化医学语言系统(UMLS),研究探讨了语义网络技术在电子病历中的实际应用,并最终实现了加入时序性特征的病理案例语义网络的表示。未实现:利用语义关系发生的强度推导出病理诊断的不确定因素,并据此进行临床上相应的处理措施。
    4.4针灸学本体:经络学说作为中医基础理论核心组成,与阴阳、五行、脏腑组成了中医学的系统理论,对生理、病理、诊断、治疗等起着重要的指导作用。  林友德等将语义网络用于表征人体经络系统中复杂概念之间的关系,构建经络知识库,为建立智能化人机交互提供基础;同时将语义网络引入到系统用户界面设计,为信息用户提供智能引导,使系统能够根据用户的真实需求,为用户提供主动地、有针对性的个性化导航服务,提高用户的学习效率。张翠红利用概念图进行针灸经典理论的教学,该方法能直观、简洁地将教师头脑中的隐性知识显性化,能以整体的方式来呈现、组织知识,有利于知识的传播、理解、记忆和巩固,是语义网络的可视化展示方法。但概念图的应用也受到一定限制,如,教学时间的长短、教材本身的结构性、教师本身对概念图架构的熟悉程度等等。纪军等用prot6g6 3.O为编辑工具,初步构建了针灸学的领域本体框架模型,提出在本体的构建过程中主要关注的问题是词义辨析、同义词的归类,上位概念的界定、定义类及其等级体系的属性及分面等几个方面,并验证了将其用于古籍检索的可能性。李健康和张春辉应用语义分析法,参照FMA本体,运用通用本体构建方法,对经脉本体相关概念、属性的构建原则和方法进行了初步构建,并对构建的经脉本体进行了语义查询的尝试和探讨。其局限性在于:由于时间、人力及经费所限,无法全面构建完备的中西医人体本体;由于限制,分析的概念数量达不到一定规模,因而无法将所构建本体完整体现出中西医一体化的思想;很难彻底清晰划分中西医学科界限。
    5结语
        语义网络技术在中医药许多领域都取得了一系列成功的应用,但目前仍存在一定的缺点与不足:①理论研究不足,大多是在简要介绍语义网络及其相关技术的基础上做进一步的论述,而对构建中医语义网络的特有原则、方法、工具等论述较少;②从论文的参考文献来看,对语义网络的研究还没有形成自己的专业特色与体系;③对于本体的编制与构建只是做一些初步的尝试与试验,缺乏真正基于本体的、能够实现推理的语义网络;④对国外最新的理论研究成果与实践应用跟踪不够。因此,今后主要的研究方向与重点问题包括:①适合于中医本体的语义网络基础理论研究,包括语义网络体系结构、指导原则、建设方法等,用以指导中医药领域网络本体的构建;②本体的实际应用研究,建立具有一定实用价值的概念集及推理机制;③对于国外最新理论研究成果与实际应用的跟踪研究。

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