1.本体的基本概念

在计算机科学领域，本体理论最早由Neches等人于1991年提出，他们给出的定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义”。随后，1993年Gruber提出本体是“形式化的，对于共享概念体系的明确而又详细的说明”。Borst在1997年认为本体是“共享概念模型的形式化规范说明”。1998年Struder提出本体是“共享概念模型的明确的形式化规范化说明”的观点。Struder认为Ontology具有概念模型、明确、形式化和共享四层含义。现今的本体理论研究中，普遍把本体分为顶层本体、领域本体、任务本体和应用本体。顶层本体并不是具体的本体，主要用于本体间的共享；领域本体一般是指具体某一领域里的概念和属性以及关系；任务本体指特定行为和任务中的概念、属性和关系，一般用于预测和规划；应用本体是指具体问题的概念、属性和关系，可以同时引用领域本体和任务本体。在此主要构建的是交通运输物流领域本体。

总体来说，本体是由概念或者概念体系组成，这些概念和概念体系使用的是本体理论中的描述方法定义，所以也可以说在计算机科学领域，构建本体实际上的定义并描述各种概念和概念体系。但是作为一种能让机器可读定义方法，它与我们平时定义概念的方法恰恰相反。通常情况下，我们都是先对事物进行高度的抽象和概括，然后用抽象出来所谓的本质属性来定义概念的。而计算机科学建构本体的方法却恰恰与此相反，它要做的不是对事物进行抽象，而是对抽象的概念进行详细的描述，把抽象的概念还原成具体的东西，把各种属性重新添加到概念中去，这样描述出来的概念就叫作本体。

2.本体模型的基本结构

根据Perez等人的理论，本体建模主要包括5个基本的建模元语。

1）类或概念

类或概念表示的是一般的事物和抽象的非实物，比如一些描述、功能或者推理过程。从语义角度讲，类或概念表示的是各种一般或抽象对象的集合，定义类或概念一般要定义概念的名称、该概念与其他概念之间的关系，以及描述、概念的限制条件等。

2）关系

概念一般通过关系相互连接起来，反映领域中概念之间的交互作用，形式上表达为n维笛卡儿积的子集R：C1×C2×…×Cn。在语义上关系对应于对象元组的集合。

3）函数

函数是一类特殊的关系。该关系的前n-1个元素可以唯一决定第n个元素。形式化的表达是：由C1×C2×…×Cn-1推理出Cn。如Mother-of就是一个函数，Mother-of（x，y）表示y是x的母亲。

4）公理

公理代表永真断言，绝对为真，无须证明和推理，如概念乙属于概念甲的范围。有时约束也被视为真理的一部分，约束存在于函数之间和关联之间，为了确保关联的正确性。

5）实例

实例代表从概念衍生而来的元素。从语义上讲实例表示的就是对象。本体实例的基本关系表如表3.1所示。

表3.1　本体实例的基本关系表(www.daowen.com)

3.OWL描述语言

OWL由W3C于2004年2月正式推出，它总结了RDFS、DAMLONT、DAML+OIL等本体描述语言的开发经验，既保证强大的语义表达能力，又保证描述逻辑的可判断推理。

OWL是基于SHIQ的描述逻辑。OWL中的概念由类来表示，它可以是名字（如URI）或表达式，而且提供大量的构造子来建立表达式，OWL强大的表达能力正是由它所支持的概念构造子、属性构造子以及各种公理所决定的。

描述逻辑是OWL的基础，它为基于框架、语义网络和面向对象等知识表示方法提供了逻辑基础。OWL对于客观世界的描述主要从概念和属性两个方面进行，与其相应的描述手段是面向对象域的方式和面向数据类型域的方式。面向对象域的描述方式采用RDPS和OWL自身的句法进行，用于描述概念间分类化、层次化的继承关系以及相互间的关联关系；在进行面向数据类型域的描述时，OWL支持XML Schema的所有数据类型进行概念属性的定义与表达，因此，OWL通过对概念、概念属性及其相互关系的描述，构成概念的复杂关系网络。

OWL是以描述逻辑为逻辑基础的本体语言，也就意味着OWL中的类构造算子（类约束）及公理具有与描述逻辑相应的表示。表3.2给出了OWL元素对应的描述。表3.3给出了OWL类构造算子（类约束）与描述逻辑语法的对应关系。通过描述逻辑来表示类与类之间的关系。这些约束可以是一个到多个混合使用，来表达类的组成概念。

表3.2　OWL元素对应的描述

表3.3　OWL类构造算子与描述逻辑语法的对应关系

续表

除了类与类之间的关系之外，要描述严格的知识还要有约束，OWL对公理也提供了很多属性和类的约束，每个类不同的特性都是由属性约束表达出来，不同的属性约束可表示该类需要呈现的不同的知识，OWL表示的属性为数据属性和对象属性，其中对象属性专用的axiom有inverseOf、Symmetric、Functional、Inverse、Transitive。表3.4是OWL公理与描述逻辑语法的对应表。

表3.4　OWL公理与描述逻辑语法的对应表

为了满足不同需要，OWL有三个子集：OwlFull保持对RDF的向上兼容性。将RDF（s）扩展为一个完备的本体语言，但由于消除了基数限制中对可传递性质的约束，不能保证可判定推理。OWLDL忽略对RDFS的兼容性。它主要针对概念、性质、个体之间关系的描述，以保证可判定性和较强的表达能力。OWLLife是更简洁的本体语言，是OWLDL的子集，它降低了OWLDL中的公理约束，保证一个迅速高效的推理过程。