中国知识网格

新一代互联网

计算机科学家们已通过两种途径开展下一代互联网的研究。途径之一是改进现有的互联网，提出语义互联网、互联网服务、网格技术和互联网智能。语义互联网是对互联网的扩展，其目标是通过使用本体和标记语言使互联网资源的内容能被机器理解，为用户提供智能索引、基于语义的内容检索和知识管理等智能服务。互联网服务的目标是基于现有的互联网标准（如：XML、SOAP、WSDL和UDDI）为用户提供开发、配置、交互和管理全球分布的电子服务资源的开放平台。网格技术通过高性能计算环境实现全球分布资源的共享、管理、协同和控制。智能主体技术是实现主动互联网服务的一个重要方法。互联网智能通过使用人工智能和信息处理技术（如：文本挖掘、信息抽取等）使互联网支持智能服务。途径之二是致力于建立一个独立于现有互联网的新的应用平台――网格。网格促进分布式计算资源的共享、管理、协调与控制，这些计算资源包括机器、网络、数据和任何设备。网格的目标就是要能像电力网供电一样，使得相兼容的任何设备能在任何时间任何地点插入网格，得到所需要的服务。事实上，1995年研究人员提出网格这个概念是从电力网中借用来表示计算能力的聚合。软设备模型就是一种实现这种聚合的统一资源模型。语义网格更将网格向前推进一步，结合网格、语义互联网以及互联网服务的优势，扩充网格的语义能力，并提升语义互联网的计算能力。网格的体系结构已经发展为面向服务的开放网格服务结构。

知识网格

知识网格领域的主要创始人诸葛海研究员给出了知识网格的全面定义。

知识网格是一个智能互联环境，它能使用户或虚拟角色有效地获取、发布、共享和管理知识资源，并为用户和其他服务提供所需要的知识服务，辅助实现知识创新、协同工作、问题解决和决策支持。它包含了反映人类认知特性的认识论和本体论。应用社会、生态和经济学原理采纳下一代互联网所使用的技术和标准。

知识网格将超越现有的信息检索、过滤、挖掘、问题回答等技术领域。在传统的自然语言处理、语音和手写体识别、科学计算、形式语义之外开辟新途径。

下一代互联网的相关研究成果为知识网格提供了技术和实现平台。知识网格中的“网格”比计算网格中的“网格”含义更广，网格不是实施知识网格唯一的平台，但知识网格应该吸收网格的理念。

知识网格的特点

知识网格有以下五个不同于其他技术的特点。

（1）人们能够通过单一语义入口获取和管理全球分布的知识，而无须知道知识的具体位置。

（2）全球分布的相关知识可以智能地聚合，并通过后台推理与解释机制提供按需的知识服务。达到这个目标的方法之一是知识提供者提供元知识。统一的资源管理模型将有助于实现知识服务的动态聚合。

（3） 人或虚拟角色能在一个单一语义空间映射、重构和抽象的基础上共享知识和享用推理服务，其中的相互理解没有任何障碍。知识网格还会使知识共享更加普适。

（4） 知识网格应能在全球范围搜索解决问题所需的知识，并确保合适的知识闭包(即最小完备知识集)。为了达到这个目标，我们需要建立新的知识组织模型。

（5）在知识网格环境中，知识不是静态存贮的，它能动态演化而保持常新。这意味着知识网格中的知识服务在使用过程中可以不断自动演化改进。

知识网格所关注的问题

知识网格主要关注以下五个问题：

（1）知识获取与知识表示的理论、模型、方法和机制。在知识网格中获取知识有两种方法：一种方法是人们直接通过交流互相获取知识，或通过接受他人发布的知识资源获取知识；另一种方法是知识网格通过对诸如数据、文本和图像等资源进行抽取、挖掘、归纳、演绎、合成来获取知识。知识网格应该能够辅助人或虚拟角色有效地获取和发布知识，并以人机都可理解的方式将其表示出来。因此，我们应建立一个开放的原语集合来实现知识表示。这些原语应能表示多粒度的知识，并能通过原语操作得到新的知识。

（2）知识可视化和创新。主要包括智能化的用户接口（如：语义浏览器或知识浏览器），它使人们通过可视化来共享知识。语义链网络和认知图可以缩短知识表示和知识可视化之间的鸿沟。接口应体现知识网格的个性特征，并能通过类比推理、归纳机制及组织规则来激发知识创新。

（3）在动态虚拟组织间进行有效的知识传播和知识管理。为此中国知识网格研究组提出一种知识流网络来实现动态虚拟团队间的知识有效共享。

（4）知识的有效组织、评估、提炼和衍生。知识可通过基于语义的范式来组织，以确保有效的检索和修改操作。知识网格应能删除冗余知识，并提炼所含的知识来合理扩展有用的知识。它也会有助于从已有的良好知识、范例和类似文本的知识源中衍生出新知识。

（5）知识关联和集成。知识网格应能关联和集成不同级别（如概念级、公理级、规则级和方法级）和不同领域的知识资源，以此来支持跨领域的类比推理、问题解决和科学发现。

知识网格体系结构

知识网格的体系结构是一个如图所示的三层结构。其中人类层反映知识网格的社会和人类行为特征。它包括：知识空间、用户空间、社会组织规则。知识空间包含所有参与者的明确知识；用户空间包含用户信息；社会组织规则表示评估其社会价值的标准或规范。人类通过特定媒体（如文本文档）以自然语言的方式传送知识。知识网格可能需要用户提供被当前媒体忽略的元知识、背景知识和常识。

语义层包括知识表示子空间和角色子空间。前者以机器可理解的形式表述用户知识，后者根据用户意图为用户提供多种角色。该层还包括需求子空间和服务子空间。在知识表示子空间中，用户和服务可以通过角色来表示需求。在角色子空间中，服务是自治、自表示的。系统以社会价值观来评估服务的有效性。

知识表示子空间以语义空间和规范语义空间的形式组织。语义空间能通过规范化来达到完备性、完整性、有效性和正确性等质量要求。语义链、本体和名空间属于语义空间。

语义层避免了用户直接与资源实体层交互，用户不必关注资源的形式和位置，这也使得资源实体层的任何变化对用户透明化。因此，当通信平台和表示基础变化时（如标记语言更新），语义层能够保持相对稳定。

资源实体层包括智能通信平台和资源实体空间。后者包含知识存贮子空间、XML文件子空间、HTML文件子空间、软设备子空间等。知识网格应利用互联网的优点并与其兼容。知识存贮子空间通过定义在语义空间的原语来实现。中国知识网格研究组提出软设备模型来概括和封装各种资源类型，包括推理机制、知识资源和数据资源。智能通信平台综合了客户机/服务器、网格、P2P计算的优点，支持移动性和正确性，从而实现知识网格的本质特征。

在知识网格体系结构中，任何用户或服务都可根据其应用领域选择一个角色，在需求空间输入需求。服务空间中的服务将在需求空间中主动查找相匹配的需求，然后为需要服务的用户（或虚拟角色）提供最佳服务，通过服务代理选择最优的服务，或者将相关服务进行组合提供统一集成的服务。在服务交互中，服务集成包括数据流集成和知识流集成，从而获得单一语义映像。

知识网格的语义问题

在知识网格体系结构中，语义通过两种途径产生：（1）人类赋予；（2）通过计算模型产生。根据实体资源（如文本和图像）来产生语义是一个挑战性的任务。基于统计的信息抽取和挖掘技术可以帮助实现语义的自动抽取。语义链网络与认知图相结合是一种非常有希望的大规模网络环境下知识表示的模型。这种模型可以表示并通过计算产生隐含的语义。

应 用

知识网格在科学研究领域有独特的优势。中国e-Science知识网格环境将知识网格的理念付诸实施。科学研究需要把研究资源和研究活动恰当结合。研究资源包括科技文档（如技术报告和论文）、实验数据和器材。研究活动包括：调研和实验、收集参考资料、分析、讨论、评估和发布结果。科学家之间有意无意的合作通过资源共享而实现。研究活动可以通过个人或研究团体进行，可以以松散或紧凑的方式互相耦合。而这种耦合要借助个人或团队活动流、数据流和知识流才能实现。高级的科学研究活动涉及知识、方法、认知和创新思维之间的相互作用。知识网格的目标是要加速这个过程，提高协作研究中的知识激发、产生、创新、传播、融合与管理。知识网格提供两种主要的服务类型以提高科学研究的效率和效果：基本服务帮助科学家开展研究活动；高级服务管理活动流、数据流和知识流，并辅助科学发现。

中国科学院计算技术研究所知识网格研究组目前已经发展成为一支由三十多位青年研究人员组成的创新团队。今后还计划在各地建立分支研究基地。

 
知识网格多空间体系结构