一種基于知識圖譜的數(shù)據(jù)檢索與可視化方法

李磊 魯興河 康警予 陳忠 朱峰

摘要：在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過本體構(gòu)建工具建立起包括組織、人員及設(shè)施等本體概念，通過對本體間建立關(guān)系，利用本體概念下的參數(shù)關(guān)系構(gòu)建實(shí)體知識圖譜，為信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源利用提供技術(shù)保障。同時(shí)對需要支持檢索的本體模型建立索引，并利用圖譜間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，直觀、高效地向用戶展現(xiàn)檢索結(jié)果，滿足檢索結(jié)果的個(gè)性化和智能化，從而更好地為決策提供支撐。

關(guān)鍵詞：知識圖譜；本體模型；數(shù)據(jù)可視化

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2020）05-61-4

0引言

知識圖譜是在傳統(tǒng)知識工程的基礎(chǔ)上以及語義Web的發(fā)展中孕育并發(fā)展而來的知識表示技術(shù)[1]，旨在描述客觀世界的概念、實(shí)體[2-3]、事件及其之間的關(guān)系。知識圖譜亦可被看作是一張巨大的圖，圖中的節(jié)點(diǎn)表示實(shí)體或概念，而圖中的邊則由屬性或關(guān)系構(gòu)成[4]。知識圖譜已被用來泛指各種大規(guī)模的知識庫，知識圖譜技術(shù)逐步滲透到各個(gè)領(lǐng)域[5-6]。同時(shí)，隨著作戰(zhàn)保障和業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)穩(wěn)步發(fā)展，各類數(shù)據(jù)資源逐漸豐富，各領(lǐng)域軍事應(yīng)用需求的不斷增長，作戰(zhàn)指揮、作戰(zhàn)保障和日常業(yè)務(wù)處理信息系統(tǒng)建設(shè)投入不斷加大，各類作戰(zhàn)保障和業(yè)務(wù)處理信息系統(tǒng)規(guī)模逐步擴(kuò)展，積累形成了一批可用、實(shí)用的信息資源，成為構(gòu)建知識圖譜的重要支撐。

1知識圖譜構(gòu)建方法

基于本體模型構(gòu)建知識圖譜方法流程圖如圖1所示。

首先將存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)構(gòu)建成多個(gè)本體模型，然后利用原有數(shù)據(jù)庫表內(nèi)字段之間的關(guān)系構(gòu)建本體模型間關(guān)系，完成現(xiàn)有數(shù)據(jù)架構(gòu)下的數(shù)據(jù)關(guān)系圖譜構(gòu)建，接著獲取本體模型下所有的實(shí)體數(shù)據(jù)，利用本體模型關(guān)聯(lián)參數(shù)構(gòu)建實(shí)體數(shù)據(jù)關(guān)系，形成實(shí)體數(shù)據(jù)關(guān)系網(wǎng)，最終將本體模型、實(shí)體數(shù)據(jù)和關(guān)系按照鄰接表的方式存入到圖數(shù)據(jù)庫中，并實(shí)現(xiàn)基于圖結(jié)構(gòu)的索引技術(shù)，提高對圖數(shù)據(jù)庫中節(jié)點(diǎn)和關(guān)系的查找速度。

1.1本體模型構(gòu)建方法

存在于數(shù)據(jù)庫中的各基礎(chǔ)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通常包含各種本體模型，如人員、設(shè)施及地名等，這些本體多以表為單位進(jìn)行存儲，本體之間的關(guān)系通過主外鍵進(jìn)行關(guān)聯(lián)。本文提供了一種配置化的本體模型構(gòu)建工具，此工具首先獲取數(shù)據(jù)庫用戶空間下的所有表結(jié)構(gòu)，用戶根據(jù)表的存儲信息構(gòu)建本體模型，再通過字段關(guān)聯(lián)將關(guān)聯(lián)信息加入到本體模型中，形成了多個(gè)獨(dú)立的本體模型，使數(shù)據(jù)庫使用人員能夠迅速獲取到數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息，然后根據(jù)需求進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。

1.2本體模型關(guān)系構(gòu)建方法

人員本體與組織本體模型關(guān)系如圖2所示。

本體模型構(gòu)建完成后會形成多個(gè)獨(dú)立的本體，這些本體之間存在諸多關(guān)系，這些關(guān)系在數(shù)據(jù)庫中一般通過關(guān)聯(lián)表實(shí)現(xiàn)，如建立一張人員與組織的關(guān)系表，表結(jié)構(gòu)為人員內(nèi)碼和組織內(nèi)碼，一行數(shù)據(jù)就表示了某個(gè)人員的所屬組織。本文提出了一種基于知識圖譜的本體模型關(guān)系構(gòu)建方法，步驟如下所示：

步驟1：選擇需要建立關(guān)系的多個(gè)數(shù)據(jù)模型，模型的數(shù)量不定，如M1，M2，M3，……M。

步驟2：選擇每個(gè)模型的關(guān)聯(lián)字段，建立字段之間的關(guān)系，此關(guān)系可以是相等關(guān)系，如內(nèi)碼相等，也可以是其他復(fù)雜關(guān)系，如子字符串、取模計(jì)算等。

步驟3：將本體模型關(guān)系存入圖數(shù)據(jù)庫中，存入的信息包括本體模型的字段信息、參與關(guān)聯(lián)的模型名稱、關(guān)聯(lián)的參數(shù)。

1.3實(shí)體關(guān)系構(gòu)建方法

在本體模型關(guān)系構(gòu)建之后，就可以根據(jù)關(guān)系參數(shù)構(gòu)建實(shí)體關(guān)系，構(gòu)建方法如下：

步驟1：對參與構(gòu)建關(guān)系的每個(gè)本體模型通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口獲取所有的數(shù)據(jù)。

步驟2：由數(shù)據(jù)庫表中對于表的注釋和對于表中字段的注釋，將實(shí)體數(shù)據(jù)由英文屬性名轉(zhuǎn)為中文屬性名，如組織實(shí)體中英文字段“zzmc”轉(zhuǎn)為中文字段名稱“組織名稱”，使所有數(shù)據(jù)表現(xiàn)更為直觀。

步驟3：將所有本體模型的實(shí)體數(shù)據(jù)存入圖數(shù)據(jù)庫中。

步驟4：利用本體模型的關(guān)聯(lián)參數(shù)構(gòu)建實(shí)體關(guān)系，例如對于組織、人員組織關(guān)系和人員這3個(gè)本體，如果某個(gè)組織實(shí)體的組織內(nèi)碼等于人員組織關(guān)系實(shí)體的組織內(nèi)碼且此人員組織關(guān)系實(shí)體的人員內(nèi)碼等于某個(gè)人員實(shí)體的人員內(nèi)碼，則在此組織實(shí)體和人員實(shí)體之間構(gòu)建組織下屬人員關(guān)系。

步驟5：重復(fù)步驟1～步驟4，直至所有的本體模型關(guān)系都完成對應(yīng)實(shí)體關(guān)系的構(gòu)建。

2數(shù)據(jù)檢索與可視化方法

基于知識圖譜的數(shù)據(jù)檢索[7-8]是指通過語義檢索[9]，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、分析和管理，實(shí)現(xiàn)搜索數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化并且提供詳細(xì)的主題相關(guān)信息，有利于建立數(shù)據(jù)間知識體系，理解各種實(shí)體概念以及它們的關(guān)聯(lián)。本文創(chuàng)新之處在于構(gòu)建了一套完整的從知識圖譜構(gòu)建到檢索展現(xiàn)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行本體構(gòu)建、實(shí)體抽取、索引構(gòu)建和檢索結(jié)果展現(xiàn)的全流程可視化操作。

2.1方法體系架構(gòu)

數(shù)據(jù)檢索與可視化方法體系架構(gòu)如圖3所示，自底向上可分為數(shù)據(jù)源層、圖譜及索引構(gòu)建層和外部應(yīng)用層。