基于需求評(píng)估響應(yīng)的循環(huán)迭代本體構(gòu)建方法

代婷婷 ，周 樂(lè)，余秦勇，黃細(xì)鳳，謝 軍，宋明慧，劉 嶠*

（1.電子科技大學(xué)信息與軟件工程學(xué)院，成都 610054；2.提升政府治理能力大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室（中電科大數(shù)據(jù)研究院有限公司），貴陽(yáng) 550022；3.中電科大數(shù)據(jù)研究院有限公司，貴陽(yáng) 550022；4.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所，成都 610036；5.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，石家莊 050000）

0 引言

本體的概念源于哲學(xué)領(lǐng)域，最初的含義是形而上學(xué)的同義詞，表示客觀世界中“存在”的本質(zhì)。20 世紀(jì)90 年代，Neches 等［1］、Gruber［2］和Studer 等［3］將本體的概念引入人工智能領(lǐng)域，用于規(guī)范知識(shí)的表達(dá)，以促進(jìn)知識(shí)融合與共享。本體在許多人工智能系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色，它不僅有利于實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域概念或術(shù)語(yǔ)的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)與解釋?zhuān)€作為機(jī)器理解語(yǔ)義信息的一種重要手段，在實(shí)現(xiàn)機(jī)器理解和認(rèn)知推理過(guò)程中扮演著不可或缺的角色。此外，本體作為一種如何實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域知識(shí)共同理解的解決方案，在實(shí)際應(yīng)用中還具有規(guī)范化管理數(shù)據(jù)、更好地服務(wù)于上層應(yīng)用的作用，被廣泛應(yīng)用于信息檢索、人工智能、知識(shí)管理等領(lǐng)域。

由于知識(shí)表達(dá)是機(jī)器可讀的第一步，不同領(lǐng)域的學(xué)者先后提出了多種本體構(gòu)建方法，但由于人類(lèi)對(duì)知識(shí)本體的認(rèn)知存在文化、學(xué)科、地域等差異，迄今為止仍沒(méi)有形成普適的標(biāo)準(zhǔn)化本體構(gòu)建方法。從廣義上講，構(gòu)建知識(shí)本體的任務(wù)可以被視為是知識(shí)工程領(lǐng)域的一種軟件開(kāi)發(fā)行為，因此研究者們通常參考定義了軟件開(kāi)發(fā)生命周期的IEEE 1074-1995標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)估已有知識(shí)本體構(gòu)建方法的成熟度［4］。其中，METHONTOLOGY 方法［5］和七步法［6］是兩種相對(duì)比較成熟的方法［7］。此外，后續(xù)的本體構(gòu)建方法大多以這兩種為基礎(chǔ)，這在一定程度上證實(shí)了方法的適用性。

然而，在為某省政務(wù)大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域構(gòu)建政務(wù)領(lǐng)域本體和開(kāi)發(fā)基于政務(wù)知識(shí)庫(kù)的優(yōu)化程序分析軟件過(guò)程中，本文發(fā)現(xiàn)這兩種方法也有明顯的局限性。七步法不是完整的生命周期，METHONTOLOGY 雖然給出全生命周期的本體開(kāi)發(fā)方法，但和七步法一樣，缺少建立工程環(huán)境的方法指導(dǎo)和對(duì)開(kāi)發(fā)前、后期的細(xì)節(jié)規(guī)定，如操作、支持、維護(hù)等。更重要的是，這兩種方法未考慮到如何對(duì)本體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估和響應(yīng)，而本體評(píng)估環(huán)節(jié)是決定本體能否滿(mǎn)足特定領(lǐng)域業(yè)務(wù)需求的關(guān)鍵因素之一，這種能力缺失會(huì)限制本體開(kāi)發(fā)中的版本迭代演進(jìn)過(guò)程。

為解決上述問(wèn)題，本文借鑒軟件開(kāi)發(fā)的經(jīng)典V-模型［8］，同時(shí)參考本體測(cè)試領(lǐng)域的相關(guān)研究［9-11］，即依據(jù)領(lǐng)域?qū)＜抑贫ㄐ枨蠛捅倔w工程師細(xì)化概念制定測(cè)試用例文檔、本體測(cè)試人員利用SPARQL 查詢(xún)語(yǔ)言進(jìn)行所建本體的可滿(mǎn)足性測(cè)試［10］而非本體公理可滿(mǎn)足性測(cè)試［11］，提出了一種以需求-評(píng)估-進(jìn)化為核心的領(lǐng)域本體構(gòu)建新方法，稱(chēng)為基于需求評(píng)估響應(yīng)的循環(huán)迭代本體構(gòu)建方法（Cyclic Iterative Ontology Construction method based on demand assessment and response，CIOC）。其中，“基于需求評(píng)估響應(yīng)”的含義為強(qiáng)調(diào)采用本體測(cè)試方式來(lái)評(píng)估所建本體對(duì)本體應(yīng)用需求的可滿(mǎn)足性，“循環(huán)迭代構(gòu)建”的含義是借鑒V-模型軟件開(kāi)發(fā)生命周期思想，在本體開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在每個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)需求的可滿(mǎn)足性進(jìn)行檢查和修正。與通常以知識(shí)表征的豐富性和完整性作為本體評(píng)估依據(jù)的相關(guān)工作相比，重視本體對(duì)需求的可滿(mǎn)足性是CIOC的主要特征和創(chuàng)新點(diǎn)。

綜上，本文主要貢獻(xiàn)如下：1）針對(duì)現(xiàn)有本體構(gòu)建方案忽視本體構(gòu)建過(guò)程中的質(zhì)量評(píng)估和迭代演進(jìn)問(wèn)題，提出一種以需求或任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的循環(huán)迭代本體構(gòu)建新方法，其特點(diǎn)是：首先在需求分析的同時(shí)設(shè)計(jì)本體測(cè)試文檔；其次在核心架構(gòu)細(xì)化、知識(shí)架構(gòu)細(xì)化階段對(duì)測(cè)試文檔進(jìn)行更新與完善；最后，把測(cè)試文檔作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，分別從核心架構(gòu)設(shè)計(jì)、架構(gòu)知識(shí)細(xì)化進(jìn)行可滿(mǎn)足性檢查，并對(duì)不滿(mǎn)足情況進(jìn)行本體的局部迭代與更新。此外，可滿(mǎn)足性環(huán)節(jié)中還包含對(duì)需求變化的判斷，以決定是否進(jìn)行本體的全局性更新。2）以政務(wù)本體構(gòu)建為案例，通過(guò)構(gòu)建一套以政務(wù)事項(xiàng)辦理過(guò)程為核心的政務(wù)領(lǐng)域本體來(lái)驗(yàn)證CIOC 的實(shí)用性。該本體不僅為表達(dá)政務(wù)事項(xiàng)辦理相關(guān)知識(shí)提供了知識(shí)表征框架，還為已成功應(yīng)用于某省政務(wù)大數(shù)據(jù)的知識(shí)計(jì)算提供了流程梳理、流程優(yōu)化功能新思路，一定程度上說(shuō)明了CIOC的合理性與有效性。

1 相關(guān)工作

本體構(gòu)建的過(guò)程是把存儲(chǔ)于人腦中的關(guān)于理解事物的框架轉(zhuǎn)化為從數(shù)據(jù)源中重構(gòu)領(lǐng)域知識(shí)認(rèn)知的逆向過(guò)程［12］，其中本體構(gòu)建方法是構(gòu)建者在構(gòu)建過(guò)程（或逆向過(guò)程）中需遵守的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。通過(guò)對(duì)比分析，本文對(duì)現(xiàn)有本體構(gòu)建方法分為三類(lèi)：第一類(lèi)為20 世紀(jì)90 年代發(fā)展起來(lái)的經(jīng)典本體構(gòu)建方法；第二類(lèi)是顯式地利用軟件開(kāi)發(fā)模型思想對(duì)經(jīng)典本體構(gòu)建方法的改進(jìn)方法；第三類(lèi)是近期文獻(xiàn)中強(qiáng)調(diào)本體與需求測(cè)試間重要性的構(gòu)建方法。由此可看出，本體構(gòu)建方法的實(shí)用性是當(dāng)前本體工程領(lǐng)域的一種發(fā)展趨勢(shì)。

經(jīng)典本體構(gòu)建方法包括METHONTOLOGY［5］、七步法［6］等。七步法通過(guò)確定知識(shí)本體的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域和范疇、考察復(fù)用現(xiàn)有知識(shí)本體可能性、列出領(lǐng)域重要術(shù)語(yǔ)、定義類(lèi)及其層次體系、定義類(lèi)屬性、定義屬性分面、創(chuàng)建實(shí)例等步驟完成本體構(gòu)建，雖然該方法對(duì)構(gòu)建過(guò)程具有較為清晰的思路，但缺少對(duì)本體的評(píng)估，難以判斷本體是否滿(mǎn)足需求。METHONTOLOGY法將構(gòu)建過(guò)程劃分為三個(gè)階段：第一個(gè)為管理階段，包含任務(wù)進(jìn)展、所需資源以及如何保證質(zhì)量等事項(xiàng)；第二個(gè)為開(kāi)發(fā)階段，包含規(guī)范說(shuō)明、概念化、形式化、執(zhí)行和維護(hù)；第三個(gè)為維護(hù)階段，包含知識(shí)獲取、系統(tǒng)集成、評(píng)價(jià)、文檔說(shuō)明、配置管理。以上兩種方法，雖與IEEE 1074-1995標(biāo)準(zhǔn)相比較為成熟，但缺乏本體評(píng)估結(jié)果的反饋使其難達(dá)到符合實(shí)際的目的。

第二類(lèi)方法主要包括Ontology Methodology［13］、SCIM（Software Centric Innovative Methodology，SCIM）［14］等。Rani等［13］以METHONTOLOGY 方法為基礎(chǔ)，利用傳統(tǒng)瀑布模型和統(tǒng)一過(guò)程開(kāi)發(fā)思想，對(duì)獲取領(lǐng)域詞匯、枚舉概念與屬性、概念分類(lèi)、整合概念間的層級(jí)分類(lèi)、描述概念屬性及關(guān)系、添加復(fù)雜限制和規(guī)則等進(jìn)行迭代更新以完成本體構(gòu)建。該方法雖然獲取了更豐富的知識(shí)體系，但忽略了本體評(píng)估與需求間的相互關(guān)聯(lián)，即缺乏對(duì)迭代更新的需求引導(dǎo)。John 等［14］提出一種基于軟件工程過(guò)程模型的混合本體開(kāi)發(fā)方法SCIM，從需求分析、領(lǐng)域分析、概念設(shè)計(jì)、形式化表達(dá)、本體評(píng)估角度進(jìn)行本體的迭代更新。

第三類(lèi)方法是強(qiáng)調(diào)滿(mǎn)足實(shí)際需求的本體構(gòu)建方法，如SAMOD （Simplified Agile Methodology for Ontology Development）［15］等。Blomqvist 等［9］針對(duì)本體構(gòu)建方法沒(méi)有關(guān)注對(duì)支持某些應(yīng)用或任務(wù)的可滿(mǎn)足性問(wèn)題，首次提出了基于測(cè)試用例的本體需求驗(yàn)證（或本體測(cè)試）方法。Peroni［15］受Blomqvist等工作啟發(fā)，參考軟件工程中敏捷方法、測(cè)試驅(qū)動(dòng)方法，提出一種SAMOD 的本體構(gòu)建方法，并從開(kāi)發(fā)步驟中定義出本體需求的測(cè)試用例來(lái)驗(yàn)證本體合理性，但未對(duì)測(cè)試部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。Fernández-Izquierdo［10］是對(duì)Blomqvist、Peroni等工作的擴(kuò)展與豐富，即通過(guò)領(lǐng)域?qū)＜抑贫ㄐ枨蟆⒈倔w工程師細(xì)化概念的方式制定測(cè)試用例、本體測(cè)試人員執(zhí)行測(cè)試用例，提出一套詳細(xì)的基于SPARQL 查詢(xún)的本體測(cè)試框架以滿(mǎn)足實(shí)際功能的應(yīng)用需求。此外，Keet 等［11］還提出從本體的公理可滿(mǎn)足性角度來(lái)評(píng)估本體是否滿(mǎn)足實(shí)際需求。

2 CIOC本體構(gòu)建方法

為明確各類(lèi)方法在本體評(píng)估和響應(yīng)上的差異性，本文從是否復(fù)用已有本體、是否存在評(píng)估環(huán)節(jié)、是否存在本體進(jìn)化環(huán)節(jié)以及本體構(gòu)建形式角度進(jìn)行分析對(duì)比，具體信息如表1 所示。從表中可知，首先，部分本體構(gòu)建方法大多未考慮本體復(fù)用環(huán)節(jié)，忽略了不同本體概念的共享與重用。其次，大多方法都認(rèn)可本體評(píng)估和本體評(píng)估響應(yīng)對(duì)所建本體的重要性。具體地，受本體構(gòu)建流程為線性形式的影響，經(jīng)典方法雖然存在評(píng)估環(huán)節(jié)但未對(duì)本體評(píng)估結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)（即本體迭代更新）；Ontology Methodology、SCIM、SAMOD 本體構(gòu)建方法是利用如敏捷開(kāi)發(fā)、增量開(kāi)發(fā)等軟件開(kāi)發(fā)模型對(duì)經(jīng)典本體構(gòu)建方法的改進(jìn)，均可實(shí)現(xiàn)本體進(jìn)化或本體版本演替的功能，且均屬于線性和循環(huán)相結(jié)合的構(gòu)建形式。此外，在本體評(píng)估環(huán)節(jié)中，大多學(xué)者從結(jié)構(gòu)（邏輯正確性）、功能（知識(shí)覆蓋面）、可用性（復(fù)用本體概念）三種特性出發(fā)進(jìn)行本體質(zhì)量評(píng)定［10］。但基于功能特性的本體評(píng)估方法側(cè)重于表達(dá)領(lǐng)域知識(shí)豐富性，難以滿(mǎn)足實(shí)際需求的評(píng)估檢驗(yàn)，為解決該問(wèn)題，本文借鑒V-模型開(kāi)發(fā)思想和本體測(cè)試框架進(jìn)行改進(jìn)。

V-模型是對(duì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型中瀑布模型的一種改進(jìn)，與瀑布模型相比，V-模型強(qiáng)調(diào)基于測(cè)試結(jié)果（或測(cè)試驅(qū)動(dòng)）響應(yīng)和滿(mǎn)足應(yīng)用需求的重要性。其主要特點(diǎn)是能應(yīng)對(duì)需求的變化、以及在需求分析階段制定出測(cè)試要求并將其應(yīng)用于產(chǎn)品測(cè)試的不同階段以進(jìn)行需求的可滿(mǎn)足性檢查，同時(shí)對(duì)不滿(mǎn)足需求情況能夠從全局（需求出發(fā)）或局部（需求分析到測(cè)試間）進(jìn)行迭代更新。V-模型的軟件開(kāi)發(fā)思想對(duì)指導(dǎo)本體構(gòu)建是有一定幫助的，具體原因如下：首先，V-模型最大目標(biāo)是滿(mǎn)足應(yīng)用需求，這一點(diǎn)與基于需求驅(qū)動(dòng)的本體構(gòu)建不謀而合；其次，V-模型強(qiáng)調(diào)在需求分析時(shí)定義測(cè)試文檔，這與知識(shí)工程學(xué)者利用本體測(cè)試框架進(jìn)行本體評(píng)估的方式一致；最后，本體構(gòu)建是螺旋式的上升并非一蹴而就，本體構(gòu)建需求通常是不明確且一般會(huì)發(fā)生變化的，這與V-模型的全局和局部更新關(guān)聯(lián)緊密。

因此，本文借鑒V-模型開(kāi)發(fā)思想，綜合本體測(cè)試框架，構(gòu)建出基于需求評(píng)估響應(yīng)的循環(huán)迭代本體構(gòu)建方法。該方法明確定義了本體構(gòu)建過(guò)程中的需求分析、核心架構(gòu)設(shè)計(jì)、架構(gòu)知識(shí)細(xì)化、編碼、評(píng)估及其更新五部分內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)了需求評(píng)估響應(yīng)對(duì)所建本體滿(mǎn)足需求的重要性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同維度上的本體評(píng)估和演進(jìn)，如圖1所示。各部分描述如下。

2.1 需求分析

該階段參與者包含領(lǐng)域知識(shí)專(zhuān)家、本體工程師、測(cè)試人員、需求方四種角色的人員，目標(biāo)是分析出較為符合要求的本體構(gòu)建需求，并制定出基于應(yīng)用需求的本體評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)或本體測(cè)試設(shè)計(jì)文檔，即單一知識(shí)和核心場(chǎng)景知識(shí)的可滿(mǎn)足性表達(dá)文檔。其中單一知識(shí)指該領(lǐng)域的某個(gè)詞語(yǔ)；場(chǎng)景知識(shí)指該領(lǐng)域在特定時(shí)間空間下的關(guān)于人、事、物間相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)。具體地，本體構(gòu)建需求一般是基于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，和通過(guò)提出并回答問(wèn)題的方式對(duì)目標(biāo)和測(cè)試要求進(jìn)行明確，如面向哪個(gè)領(lǐng)域建立本體？建立本體的目的是為了實(shí)現(xiàn)什么應(yīng)用？該應(yīng)用目標(biāo)用戶(hù)有哪些？應(yīng)用場(chǎng)景必須涉及哪些實(shí)例數(shù)據(jù)？領(lǐng)域核心術(shù)語(yǔ)有哪些等問(wèn)題。此外，受領(lǐng)域知識(shí)邊界的模糊性和領(lǐng)域間知識(shí)交叉性的影響，參與人員還需明確知識(shí)領(lǐng)域范圍。

2.2 核心架構(gòu)設(shè)計(jì)

該階段參與者為本體工程師和測(cè)試人員。首先，預(yù)先定義好本體編輯工具和表示語(yǔ)言；其次，根據(jù)需求分析中的本體目標(biāo)與范圍確定可參考的數(shù)據(jù)源，定義該研究領(lǐng)域的核心要素與關(guān)聯(lián)關(guān)系知識(shí)，并從核心架構(gòu)設(shè)計(jì)層面形成單一知識(shí)、場(chǎng)景知識(shí)的資源描述框架（Resource Description Framework，RDF）三元組數(shù)據(jù)并填寫(xiě)到核心架構(gòu)本體測(cè)試文檔中。

2.3 架構(gòu)知識(shí)體系細(xì)化

該階段參與者為本體工程師和測(cè)試人員。本體工程師主要是基于核心架構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過(guò)枚舉可參考數(shù)據(jù)源中的概念及其屬性以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的細(xì)化工作，依據(jù)專(zhuān)家知識(shí)整合概念分類(lèi)與屬性、創(chuàng)建實(shí)例以建立非形式化的領(lǐng)域知識(shí)體系。同時(shí)，從知識(shí)細(xì)化角度形成與單一知識(shí)和場(chǎng)景知識(shí)相關(guān)的RDF三元組，寫(xiě)入架構(gòu)知識(shí)體系細(xì)化的本體測(cè)試文檔中。

2.4 編碼

該階段參與者為本體工程師，任務(wù)是利用本體描述語(yǔ)言和本體開(kāi)發(fā)編輯工具，完成非形式化到形式化知識(shí)架構(gòu)的轉(zhuǎn)變，初步完成本體的構(gòu)建。

2.5 知識(shí)評(píng)估及其進(jìn)化

該階段參與者為本體工程師和測(cè)試人員，內(nèi)容為本體一致性檢驗(yàn)以及需求的可滿(mǎn)足性測(cè)試。本體工程師首先使用推理機(jī)（如Jena 等）進(jìn)行本體一致性檢驗(yàn)，如若存在邏輯錯(cuò)誤情況則根據(jù)錯(cuò)誤結(jié)果在編碼環(huán)節(jié)中進(jìn)行修改，直至滿(mǎn)足一致性要求為止。測(cè)試人員基于核心架構(gòu)本體測(cè)試文檔、架構(gòu)知識(shí)體系細(xì)化本體測(cè)試文檔，使用SPARQL 查詢(xún)語(yǔ)言對(duì)知識(shí)可滿(mǎn)足性的表達(dá)進(jìn)行驗(yàn)證，若存在查詢(xún)結(jié)果不存在的情況則對(duì)本體設(shè)計(jì)部分進(jìn)行迭代更新，直至滿(mǎn)足評(píng)估要求。此外，評(píng)估環(huán)節(jié)還對(duì)需求是否變化進(jìn)行評(píng)估以決定是否實(shí)施全局的本體迭代工作。

綜上所述，本文所提的基于需求評(píng)估響應(yīng)的循環(huán)迭代本體構(gòu)建方法具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：首先，該方法以需求-評(píng)估-更新而非以概念層次結(jié)構(gòu)為主線組織領(lǐng)域知識(shí)，適用于指導(dǎo)以需求為導(dǎo)向的領(lǐng)域本體構(gòu)建；其次，線性與循環(huán)相結(jié)合的本體構(gòu)建形式貫穿于本體構(gòu)建整個(gè)生命周期，實(shí)現(xiàn)了基于評(píng)估結(jié)果響應(yīng)的目的。

3 基于CICO的政務(wù)領(lǐng)域本體構(gòu)建

為驗(yàn)證CICO方法的實(shí)用性和有效性，本文以政務(wù)流程優(yōu)化為應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分析。由于政務(wù)知識(shí)涉及領(lǐng)域較多，政務(wù)領(lǐng)域本體的構(gòu)建宜先采用以滿(mǎn)足需求（即政務(wù)流程優(yōu)化）為核心，然后再逐步推廣到相關(guān)領(lǐng)域的方式進(jìn)行構(gòu)建。以下是運(yùn)用CICO方法進(jìn)行政務(wù)本體構(gòu)建的各部分說(shuō)明。

3.1 需求分析

由于政務(wù)人員對(duì)政務(wù)知識(shí)的認(rèn)識(shí)存在局限性，如不同人員對(duì)同一知識(shí)的理解存在偏差，導(dǎo)致政務(wù)知識(shí)的互通與利用存在困難，降低了服務(wù)質(zhì)量和效率。因此，構(gòu)建政務(wù)領(lǐng)域本體的目標(biāo)是為不同政務(wù)部門(mén)信息體系提供一種政務(wù)信息資源統(tǒng)一理解的知識(shí)表示框架，并為如政務(wù)流程優(yōu)化等應(yīng)用實(shí)現(xiàn)提供一定支撐。考慮到政務(wù)領(lǐng)域信息豐富，如涵蓋組織、法律等多種交叉性領(lǐng)域知識(shí)，為方便研究本文以某省政務(wù)事項(xiàng)辦理為主要內(nèi)容進(jìn)行本體構(gòu)建說(shuō)明。

3.2 核心架構(gòu)設(shè)計(jì)

首先，選定可支持中文的概念、屬性、實(shí)例編輯和一致性校驗(yàn)功能的本體編輯工具protege 和表達(dá)能力較強(qiáng)的OWL（Web Ontology Language，OWL）作為領(lǐng)域知識(shí)的形式化表達(dá)語(yǔ)言。

其次，為提高政務(wù)領(lǐng)域本體構(gòu)建效率和所建本體的擴(kuò)展性，復(fù)用WordNet 本體中的同反義詞概念（https：//wordnet.princeton.edu/）、Schema（https：//schema.org/docs/full.html）和DBpedia（https：//wiki.dbpedia.org/）本體中的網(wǎng)頁(yè)常用概念等與政務(wù)領(lǐng)域相關(guān)概念。同時(shí)，為貼合實(shí)際的政務(wù)事項(xiàng)辦理過(guò)程，本文以某省政府服務(wù)網(wǎng)為重要參考對(duì)象，如事項(xiàng)基本信息表、事項(xiàng)辦理流程等，并以《政府?dāng)?shù)據(jù)分級(jí)指南》《政務(wù)主題詞表》《中華人民法律法規(guī)全書(shū)》等作為輔助文獻(xiàn)資料進(jìn)行補(bǔ)充。

最后，明確辦理對(duì)象申請(qǐng)事項(xiàng)、受理對(duì)象辦理事項(xiàng)場(chǎng)景。即辦理對(duì)象在某時(shí)間、某行政點(diǎn)上申請(qǐng)事項(xiàng)，并由政府組織下的受理對(duì)象處理處于不同環(huán)節(jié)下的事項(xiàng)。其中，事項(xiàng)狀態(tài)需受理對(duì)象依據(jù)相關(guān)法律文件進(jìn)行判斷，如同意申請(qǐng)并頒發(fā)相關(guān)事項(xiàng)材料。基于以上描述，提取出事項(xiàng)、組織、材料、環(huán)節(jié)、對(duì)象、地點(diǎn)、時(shí)間7個(gè)核心概念，以及申請(qǐng)、辦理、產(chǎn)生、屬于等關(guān)聯(lián)關(guān)系。其中核心概念含義如表2 所示，政務(wù)領(lǐng)域核心架構(gòu)如圖2所示。

表2 政務(wù)本體的核心概念釋義Tab.2 Explanation of core concepts of government affair ontology

3.3 架構(gòu)知識(shí)體系細(xì)化

首先，本體工程師基于核心架構(gòu)設(shè)計(jì)中的參考數(shù)據(jù)源，人工地枚舉出與政務(wù)相關(guān)概念、概念屬性及實(shí)例。

其次，基于枚舉結(jié)果和核心架構(gòu)整合形成概念層次結(jié)構(gòu)，部分概念結(jié)構(gòu)如圖2 所示。其中，事項(xiàng)按照事項(xiàng)內(nèi)容所屬領(lǐng)域劃分為財(cái)稅金融類(lèi)事項(xiàng)、交通運(yùn)輸類(lèi)事項(xiàng)等共20 個(gè)事項(xiàng)子概念，材料根據(jù)功能的不同分為法律文件和事項(xiàng)材料，對(duì)象按照事項(xiàng)辦理主客體可分為辦理對(duì)象以及受理對(duì)象等。

為完成領(lǐng)域知識(shí)表達(dá)還需描述概念關(guān)聯(lián)關(guān)系和概念基本特征，也就是定義概念的對(duì)象屬性和數(shù)據(jù)屬性。對(duì)象屬性是指將概念間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，包括層次關(guān)系和二元關(guān)系，其中層次關(guān)系是一種以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)描述的父與子概念間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖2 中材料與法律文件、事項(xiàng)與財(cái)稅金融事項(xiàng)間的關(guān)系等；二元關(guān)系是反映不同層次概念間的關(guān)系，如圖2 所示的如對(duì)象與事項(xiàng)間的受理或申請(qǐng)關(guān)系。數(shù)據(jù)屬性表示某概念的基本信息，如事項(xiàng)包括事項(xiàng)編碼、事項(xiàng)類(lèi)型等數(shù)據(jù)屬性。

圖2 政務(wù)領(lǐng)域概念關(guān)系（部分）Fig.2 Concept relations of government affair domain（part）

3.4 編碼

基于核心架構(gòu)設(shè)計(jì)步驟中選定的本體描述語(yǔ)言與本體開(kāi)發(fā)軟件，利用概念、屬性、實(shí)例編輯接口對(duì)架構(gòu)知識(shí)體系細(xì)化中獲得的半形式化的領(lǐng)域知識(shí)體系進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，以完成政務(wù)領(lǐng)域知識(shí)體系的形式化表達(dá)。

3.5 本體評(píng)估及其進(jìn)化

根據(jù)CICO流程，從結(jié)構(gòu)和需求可滿(mǎn)足性表達(dá)角度出發(fā)驗(yàn)證所建政務(wù)本體的合理性與有效性。在政務(wù)本體的結(jié)構(gòu)特性驗(yàn)證上，利用protege軟件自帶的HermiT推理機(jī)進(jìn)行本體邏輯一致性的檢驗(yàn)，同時(shí)對(duì)不滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)的情況，本體工程師根據(jù)推理結(jié)果對(duì)本體的邏輯錯(cuò)誤表達(dá)進(jìn)行修訂。

在需求可滿(mǎn)足性表達(dá)上，從是否能夠支持核心架構(gòu)本體測(cè)試文檔、知識(shí)架構(gòu)細(xì)化的本體測(cè)試文檔兩方面表達(dá)進(jìn)行本體查詢(xún)驗(yàn)證。核心架構(gòu)本體測(cè)試階段是重點(diǎn)查詢(xún)或判斷核心架構(gòu)本體測(cè)試文檔中的事項(xiàng)、辦理對(duì)象、受理對(duì)象、事項(xiàng)環(huán)節(jié)、材料等概念及其具備的數(shù)據(jù)屬性、對(duì)象屬性是否已預(yù)定義于當(dāng)前本體中，如若不存在則返回核心架構(gòu)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行添加與完善。知識(shí)體系細(xì)化測(cè)試階段是從實(shí)例化或支持存儲(chǔ)的角度來(lái)判斷所定義的知識(shí)體系能否表達(dá)知識(shí)架構(gòu)細(xì)化的本體測(cè)試文檔中的事項(xiàng)辦理知識(shí)，如若存在不能表達(dá)的情況則需返回架構(gòu)體系細(xì)化步驟實(shí)現(xiàn)本體的局部更新與完善。以某省“職業(yè)病診斷醫(yī)師資格許可”事項(xiàng)案例為例進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，該事項(xiàng)案例的部分知識(shí)關(guān)聯(lián)圖如圖3 所示。根據(jù)事項(xiàng)辦理流程，申請(qǐng)人辦理“職業(yè)病診斷醫(yī)師資格許可”事項(xiàng)，首先需在周一至周五時(shí)間段中提交多種材料到衛(wèi)生計(jì)生委窗口以進(jìn)入事項(xiàng)申請(qǐng)環(huán)節(jié)，其中材料包含如衛(wèi)生計(jì)生行政部門(mén)提供的《醫(yī)師執(zhí)業(yè)證書(shū)》等、申請(qǐng)單位提供的《專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)聘任書(shū)》等、申請(qǐng)人半身照片等；隨后，趙成松等根據(jù)《職業(yè)病診斷與鑒定管理辦理》材料和法律標(biāo)準(zhǔn)對(duì)受理、審查、決定、制證與發(fā)證環(huán)節(jié)做出相關(guān)決定，如出具受理通知書(shū)、職業(yè)病診斷資格證等。該案例從實(shí)例角度證實(shí)了所建政務(wù)本體能夠涵蓋政務(wù)事項(xiàng)辦理的相關(guān)知識(shí)。此外，本體工程師和測(cè)試人員還需衡量本體構(gòu)建需求是否發(fā)生變化，如若改變則需返回需求分析對(duì)本體進(jìn)行全局性的迭代更新，直至滿(mǎn)足實(shí)際需求為止。

圖3 部分“職業(yè)病診斷醫(yī)師資格許可”事項(xiàng)知識(shí)片段Fig.3 Part of the knowledge fragment diagram of the item of Occupational Diagnostic Physician Qualification License

4 基于政務(wù)本體庫(kù)的政務(wù)流程優(yōu)化示例

受政務(wù)數(shù)據(jù)體量大、事項(xiàng)關(guān)聯(lián)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜等因素影響，政務(wù)事項(xiàng)辦理存在著群眾和企業(yè)辦事“一直在路上”的社會(huì)現(xiàn)象，嚴(yán)重制約政府各部門(mén)的辦事效率，相關(guān)部門(mén)迫切需要利用自動(dòng)化手段進(jìn)行處理以達(dá)到簡(jiǎn)化政務(wù)、提高辦事效率的目的。為此，本文從某省政務(wù)大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域中的流程優(yōu)化出發(fā)，用于說(shuō)明基于CICO方法構(gòu)建的政務(wù)本體對(duì)知識(shí)管理、以及優(yōu)化應(yīng)用的可滿(mǎn)足性和有效性。

在知識(shí)管理上，本文利用政務(wù)本體中定義的相關(guān)概念與屬性知識(shí)制定了一個(gè)可自定義、可編輯的可視化事項(xiàng)辦理流程梳理工具。與其他省份的人工繪制流程圖相比，本文所提的梳理工具靈活度高，可減少辦公人員的事項(xiàng)發(fā)布時(shí)間成本，縮短事項(xiàng)辦理流程發(fā)布時(shí)間以方便辦理群眾的快速知曉。另一方面，為新的政務(wù)知識(shí)入庫(kù)或者已有政務(wù)知識(shí)的更新提供了一套標(biāo)準(zhǔn)化的接口，這在一定程度上有助于數(shù)據(jù)規(guī)范化管理、以更好地服務(wù)于流程優(yōu)化應(yīng)用。

在政務(wù)本體支撐流程優(yōu)化應(yīng)用上，從某省政務(wù)官網(wǎng)中獲取相關(guān)事項(xiàng)辦理數(shù)據(jù)，如部門(mén)、事項(xiàng)、材料、辦理對(duì)象等，依據(jù)政務(wù)本體庫(kù)定義的概念與屬性，形成事項(xiàng)-需要-材料、事項(xiàng)-依賴(lài)-事項(xiàng)等知識(shí)，為政務(wù)知識(shí)庫(kù)構(gòu)建提供了數(shù)據(jù)支撐。此外，針對(duì)群眾和企業(yè)辦事“一直在路上”的社會(huì)現(xiàn)象，本文對(duì)政務(wù)流程采用關(guān)鍵路徑分析、材料共享的手段實(shí)現(xiàn)事項(xiàng)辦理優(yōu)化功能，這在一定程度上說(shuō)明了該本體構(gòu)建方法可有效支撐相應(yīng)需求的完成。具體功能描述如下：

在對(duì)政務(wù)知識(shí)庫(kù)抽取出的事項(xiàng)-材料關(guān)聯(lián)子圖分析時(shí)發(fā)現(xiàn)事項(xiàng)辦理所需的材料中存在隱含前置事項(xiàng)的情況，這造成了事項(xiàng)辦理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，如圖4 上部分所示的省發(fā)改委中鐵礦、有色礦山開(kāi)發(fā)項(xiàng)目核準(zhǔn)的案例事項(xiàng)辦理。其中，該事項(xiàng)辦理涉及多個(gè)前置事項(xiàng)辦理的材料結(jié)果，如省級(jí)城鄉(xiāng)規(guī)劃部門(mén)出具的選址意見(jiàn)書(shū)、建設(shè)項(xiàng)目用地預(yù)審事項(xiàng)出具的用地預(yù)審意見(jiàn)等。為解決隱含前置事項(xiàng)影響辦事效率的問(wèn)題，把關(guān)聯(lián)子圖轉(zhuǎn)換為以事項(xiàng)為節(jié)點(diǎn)、獲取事項(xiàng)材料所需時(shí)間為邊的事項(xiàng)辦理關(guān)鍵路徑圖，利用關(guān)鍵路徑算法計(jì)算出辦理該事項(xiàng)串的最佳順序和最短辦理時(shí)長(zhǎng)，同時(shí)建議事項(xiàng)節(jié)點(diǎn)1、2、3、4進(jìn)行聯(lián)辦，如圖4下部分所示。該解決方案不僅可幫助用戶(hù)和管理者了解辦理事項(xiàng)的最長(zhǎng)時(shí)間和關(guān)鍵事件，還提供了事項(xiàng)聯(lián)辦優(yōu)化建議。其中優(yōu)化建議的實(shí)施可使該事項(xiàng)的跑腿次數(shù)減少了兩次，進(jìn)而可緩解群眾和企業(yè)辦事“一直在路上”的社會(huì)現(xiàn)狀。

圖4 鐵礦、有色礦山開(kāi)發(fā)項(xiàng)目核準(zhǔn)事項(xiàng)材料關(guān)聯(lián)子圖及其關(guān)鍵路徑Fig.4 Correlative sub-map and key paths of approval item materials of iron ore and nonferrous mine development projects

此外，在事項(xiàng)-需要-材料關(guān)聯(lián)子圖中發(fā)現(xiàn)在事項(xiàng)辦理過(guò)程中存在高頻材料重復(fù)提交與審核、事項(xiàng)辦理需求量大影響效率的問(wèn)題。本文以有限責(zé)任公司設(shè)立登記事項(xiàng)為例進(jìn)行說(shuō)明，該事項(xiàng)辦理需10 份材料，且在某省年度辦理量為630 件、處于高頻事項(xiàng)辦理的第4 名。為此，通過(guò)設(shè)計(jì)材料共享功能，在公司設(shè)立登記事項(xiàng)辦理上共享（或者無(wú)需重復(fù)提交）選址意見(jiàn)書(shū)、用地預(yù)審意見(jiàn)、承諾書(shū)三個(gè)材料文件，使得政府年度審核材料次數(shù)減少1 887次，提高了政府辦事效率。

綜上所述，依據(jù)CICO方法構(gòu)建出的政務(wù)本體能在政務(wù)知識(shí)管理、政務(wù)流程優(yōu)化應(yīng)用上具有一定的實(shí)用性，進(jìn)一步驗(yàn)證了所提的本體構(gòu)建方法CICO的有效性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所提出的基于需求評(píng)估響應(yīng)的循環(huán)迭代本體構(gòu)建方法是一種面向通用領(lǐng)域的本體構(gòu)建方法。通過(guò)借鑒V-模型開(kāi)發(fā)思想、突出強(qiáng)調(diào)本體評(píng)估對(duì)滿(mǎn)足實(shí)際需求重要性的方式，建立了以需求-評(píng)估-更新為本體構(gòu)建的基本循環(huán)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了貫穿于本體構(gòu)建的全生命周期的評(píng)估響應(yīng)，以達(dá)到對(duì)已有本體進(jìn)行局部或全局迭代更新的目的。同時(shí)，為驗(yàn)證所提方法的實(shí)用性與有效性，以某省政務(wù)知識(shí)為研究對(duì)象，分別從基于CICO 方法的政務(wù)本體構(gòu)建、基于CICO 方法構(gòu)建的政務(wù)本體對(duì)知識(shí)管理以及流程優(yōu)化應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。未來(lái)工作將從三個(gè)方面展開(kāi)：首先，繼續(xù)細(xì)化并完善本體評(píng)估方法并致力于實(shí)現(xiàn)從人為評(píng)判到智能技術(shù)量化的轉(zhuǎn)變，減少構(gòu)建者主觀因素的干擾，以建立更符合領(lǐng)域所需的本體架構(gòu)；其次，將通過(guò)引用規(guī)則的方式加強(qiáng)對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的表達(dá)；最后，將探索自動(dòng)化抽取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)概念、屬性等知識(shí)的抽取，達(dá)到解放人力勞動(dòng)并提升本體構(gòu)建效率的目的。