本体论（ontology）在工业4.0中的应用

news2024/11/17 10:46:43

信息技术中的本体与哲学的本体论是不同的，它代表了某个专业领域的基本概念，它们在智能制造和工业4.0 中具有不可或缺的作用，为了实现人与机器，机器与机器之间的确定性操作。一个标准化的，精确定义的本体服务是非常重要的。这是数字化制造过程中的基础工作。

信息技术中的本体论是为了构建知识库而提出的。使用本体论的技术，能够精确地构建各个行业的知识库。2023年突然就火了的chatGPT 也许改变了知识库构建和使用的方式。但是，对于目前的机器而言，仍然只能使用精确，形式化的知识库。

本体论（ontology）

本体（ontology）是哲学领域的话题，称为本体论。论述存在的本质。一旦涉及“存在”，这就进入形而上学的范畴了。这不是我们这里讨论的重点。我们讨论计算机科学领域的本体论。

信息技术的本体论

在信息技术中，经常提到本体论，但是信息技术中的本体论与哲学的本体论有天壤之别。

在信息技术中，Gruber（1993）给出本体（ontology）定义为：

Ontology 是一个概念化规范。

信息技术的本体论是构建一个概念体系的方法论。或者说本体是用于对概念及其关系进行建模的形式系统

一种方法学---以确立独立存在的概念（对象或实体）为基本目的，尽量采用精确的、计算机可处理的（或形式化的）表达方法。
一个体系---指用上述方法学所建立的体系，所谓概念化体系，或直接将它们称为“本体”（ontologies）。建立这种体系，通常是作为一种约定，从而对特定领域上的（计算机）表达与处理建立一个明确的基础。

由此可见，按照本体论的方法与准则建立一个本体论（体系）的过程，是一种抽象过程。信息技术中的本体，是指不可进一步分割的基本概念及其相互关系。

本体论之“本”是相对的、权宜的。能够解析为关系和是否解析为关系，取决于应用目的。；例如自动控制领域的本体，电气控制领域的本体和过程控制的本体等等。

在计算机领域建立一个 ontology，正是要在约定的使用情形中，对特定范围中的列基本概念及其关系建立规范化（计算机化）表达，使得不同的计算机应用可以使用它们，达成所指在计算机应用实体与模型的三种空间基础上的一致，即达成所谓语义的一致性，互操作性。

本体的存储

本体存储在资源描述框架RDF中。

RDF

90年代，有个叫Guha的人，在苹果公司研究各种各样的元数据格式来管理图片音频等数据，RSS就是他在那个时候发明的，随后在1997年他又发明了RDF。接着人们发现RDF这种形式非常适合用于在万维网上对知识的结构化表示，于是在1999年，RDF被W3C推为行业推荐标准。

RDF(Resource Description Framework)，即资源描述框架.

RDF的基本单元是三元组(triple)

每个三元组是(主语谓语宾语)构成。主谓宾的取值称为"资源".

RDF提出了一个简单的二元关系模型来表示事物之间的语义关系，即使用三元组集合的方式来描述事物和关系。三元组是知识图谱中知识表示的基本单位，简称SPO，三元组被用来表示实体与实体之间的关系,或者实体的某个属性的属性值是什么。

从内容上看三元组的结构为 “资源-属性-属性值” ，资源实体由URI表示，属性值可以是另一个资源实体的URI，也可以是某种数据类型的值,也称为literals（字面量）。

例：该RDF 说明，ex:alice 知道ex:dave,ex:carol 知道一个出身地的人，这个人的年龄是23岁。

对应的RDF

prefix ex:     <http://example.org/>
prefix schema: <http://schema.org/>
prefix dbr:    <http://dbpedia.org/resource/>

ex:alice schema:knows _:x .
_:x      schema:knows ex:dave .

ex:carol schema:knows _:y .

_:y      schema:birthPlace _:z ;
         schema:age "23"^^xsd:integer .

ex:dave  schema:birthPlace _:z .

RDF 的ID -URI

URI：统一资源标识符，字符集被限制为US-ASCII（英文字符），通过指定唯一名称来标识资源；
IRI：国际化资源标识符（Internationalized Resource Identifier），定义与URI相同，URI，只是将字符集扩展到通用字符集（包含了非英文字符），所以它是URI的超集，同样唯一标识了一个资源；
URN: 统一资源名称（Uniform Resource Name），由命名空间标识符（NID）和命名空间特定字符串（NSS）组成；
URL：统一资源定位符，即我们通常提到的网址，通常指的是不包含URN的URI子集