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浙江大学 硕士学位
论文基于语义的中医药专家综合决策系统DartSurvey 别:硕士 专业:计算机应用 指导教师:吴朝晖陈华钧 20060501⑨浙江大学硕士学位
论文 慕予语义的中医药专家综合决策系统。
artsurvey 摘要 以急性传染病、中毒等为主的突发性公共卫生攀件,对人们身体健康与国家叠三常致渗经济秩序危害极大。
为了解决这些闫题,中医药领域专家必须要参与到闷题处理、决策与娥弼活动串来。
魇以研究与建立快速、准确、科学、有效豹公共卫生突发事件临床救治综合决策系统,是科学应对公共卫擞突发事件,保障公众健康和国家嗣益的岿然簧求。
在本文辛,我们设计_鞫开发了铮黠中嚣药领域的综合决策系统D8rtsurvey, 目的是用来协助领域专家进行决策,进而找到最优解决方案。
在DartSurvey中,我们采用语义技术解决中医药领域知识分散,无统一标准的问题,并且对系统中豹数据遴行元绩怠描述,使得D8rtsurvey中所弓|用的基础数据平台数据和讨论数据均有很好的重用性。
同时DartSurvey中综合了Brainstorming,Delphi№thod,Analytic Hierarchy Process等多种信息分析与决策的方法来辅助专家找刭最优解决方案。
同时,本文还提出了一种新型语义web浏览,来替换了现在广泛流行的无意义的删L/)(1{T札标记。
语义舱b浏览不仅给网页增加了语义信息,而且糕测夔速度上迫有很大的改进,魄为语义№b豹广泛发麓提供了强宥力的支持。
本文将给出其核心设计与实现细节,同时还将介绍语义网站建设工具DartFrontPage的核心设计。
另外,本文还没诗开发了一个谶向复杂本体的浏览、凌询与检索的工舆DartIE。
它被用来辅助Dartsurvey中的语义web浏览。
DartIE的测监模式非常丰富,可以动态并直观的把Dartsurvey中的本体数据及其关系信息反馈给专家,同时它逐允许专家对本体数据进行查询与检索。
最后,本文将介绍Dartsurvey和DartIE的协同工作,同时会绘出具体的case来解释邈一协作过程,然后还将介绍Dartsurvey在中医药一体化语言系统审的应用。
关键字:综合决策、谬义网、本体浏览、RDF/owL⑧浙江大学硕士学位
论文 基于浯义的中医药专家综合决策系统。
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y Public h耐Ⅱ黟8ccidents such as pois徽证g and acute infeetious摄seases causeterr主ble b矗燃to p曲lie hea妇and eVen d主snlpt no撒满pol主西翻and ec∞omic o砖er.Theref.ore,establishment of fapid,accurate,scientific aIld e仃ective s”thetic decisionsupport夥s蛔n for public healtll emeIgcncie8 climca量赴a娃nent is V。
黟蘸∞ess哪 I硅锄s paper,黼de蕊g芏l i墩舜em髓£a踟两积c&cis至。
芏l su卯ort秽st£Im andc猷led DartSur懈y fi”a娃11a胁ditional Medicine.1t a.嫩s to help the specialists tom建ke decisio玛戤ld 蠡nd me mos耋雄}propriate sol埘on. D嘲她ey is a鳓黼豳e书as磁姆呶Im,g硝we璐e sel鑫&蠡ned擞睫Id矗主a协如sc虹be攮e妇ca瓤DartSurvey’alld use RDF,OWL as the medium data model‘So me data rcf如lced bysp。
c潍iSts in D叭S1lⅣey is黼曲rc reusable.What is mo辖,Da娃Survey藤op哇s m鼬y耐妇l越ion analysis嚣ld dec呈sion稍趟ng me疆刚s,瓣ch as B溅哟脯ing,De蜥metllod,Anal”io Hicmrchy Process to help铂e specialists to矗nd me best solution. To fepl8ce rccenlly w呈dely tlsed n瓣allingl。
Ss H羊M删獬L ma魄We舛DpOsed a novel 8emangcIbased w曲b∞wse app∞∞h,w妊吐酗e糟aSes赫fo删onfor website,gre;砌y improves bro懈ing speed and pro、,ides broad support for s锄锄ticw西development.For detailed core design and implem删。
取p王蹄se梯fe糟nce mypaperl we also desil辨and iInpl僦ent a new tool called DanIE fbr conlplex锄∞logyb∞wse,hqui搿赧畦聪颤ev破,w}lieh延毛lSed to assi啦遮D毡rtSllr嘴歹s s雠ar岖c w如bfowse。
D棚殛s V嚣y瘢彘b∞wsi魅g pg犍el筮s,and{s 8疆e to搬酿e fe翻弧k todomain specialists wi也d”lamic and inttlitiVe Viewers. At last,Wc嘲ll in昀duee t量持c∞pa俩。
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加避D娥Survey’s a印1ie撕拥in饿na秘adltiona|Med{c赫e Langu89e Sy或e撒诵鞋also be coⅣerod.K锚wor融:S姗ic Decision,SeIn锄tics W如,0mology Browse,翔)F幻WL II⑧浙江大学硕士学位
论文 纂于语义的中医药专家综合决策系统Bartswvey 第一章绪论1.1综合决策系统概述 经济全球化和市场竞争的醑慈激烈,使我们所处的环凌目益复杂,魇以领域专家要更多地参与到问题处理、决筻与规划活动中来(1〕。
但由于涉及的方面和内容繁多,专家要获取各方信息,并从这些繁杂的信息中快速、正确地做出决策,是一伴非常圈难豹事。
本世纪90年代初,在综合集成法的基础上,钱学森针对如何完成思维科学的锓务——“提高人的思维能力”这个润藤,概括出入机结合、以人为主、从定梭至#定最的综会决策系统的瓒论框架〔2〕。
钱学森总结几十年来世界学术讨论鳇s棚ina:r、c3/13及作战模拟、情报信息技术、人工智能、人机结合的餐能系统、系统科学等成功经验的基础上,将社会慧维、集体思维、知识工程引入系统科学,震综合集成方法来解决牙敖复杂医系统瓣遂。
综合集成方法的实质是把专家体系、数据和信息体系以及计算机体系有机结合起来,构成一个高度智能化的人机结合、人网结合的体系,该体系能把人的思维、恩维豹成果、人的经验、知识、磐慧以及各种情掇、资料和信息统统集成起来,从多方藤的定性认识上升到定量认识。
综合集成方法是方法论上的创耨,是研究复杂巨系统和复杂性问题的方法论。
用它来指导众多复杂决策问题的处理,从两构成综合决箢系统。
综合决策系统是一个供专家群体(领域专家和决策者)使用的人机结合、以人为主的综合集成决策支持环境。
它主要包括专家群体(参与者体系)、计算机、Internet和Intranet。
它的技术荚键在予嚣个方面,一方嚣是如僻从并删豹海量信息中获取关于问题的知识,第二个方灏是鲤{可侵入的经验知识浮现爨来,即如何激发和应用群体智慧。
1.2传统的综合决策系统存在的问题 随蓑研究对象和讨论数掇的豳趋复杂与庞大,传统的综含决策系统存在着缀多不足之处。
它们包括:⑧浙江大学硕士学位
论文 基平语义的中医药肯家综合决策系统。
artsuf,ey· 太注重解决大露复杂懿阉熬:毽徒对一些专泣领域戆闷髦处理的不够专数;}羹 不够兵薄,无法褥窭矮壤专家麓夔粒决策缝票。
· 定瞧分橱与定量努辑稳脱节;菠象静河题没有定量努解,或者建蠢瓣去分析 没有定性的问题。
这样的决策结果往往不客观,不正确。
· 过溲依赖计算祝技术韵分橱绒人的经验,使知识脱节。
· 无法实现各种分析与决锻方法冉乜练含:问题分折与统计没有理论基础支持, 导致得到比较片面的决策结果。
· 决策结栗数据无法重用:鬟杂阏趣的解决方案过于独立,导致决策缩聚涎法 被弓l耀。
聪复杂熬决策蠲艨埝埝是壶缀多蠢经处理好救小海戆维戚钓。
· 分援与统诗惹翡决策缝袋懿媛零形式逶予繁援:纛法动态嚣鬟瑟翘熬雏决繁 缝慕,过多翡表摄震示方式会霞浃笺缝莱显霉遗子糖漂。
1.3中医药综合决策系统 中医药综会决策系统提出浆寒黢是钟踺突发公共翼生事件,嗣崩现代德息技术,建立起基于网络环境的快速殿殿体系,开展针对需求主题的信息分析筋方察预测,实现各专家“分散智力”的快速、囊效邋综合,并形成“战略性糟力”。
弱踺,中医楚综合决策系统爨公共卫生突发事件救治方案辕助决策技术乎螽豹重要臻苓霹缀戎整努。
它楚漩浚迷爱疲倦系巍鏊夔,基强大麓专犍鏊皴数攮疼群器抉速及嚣麓事释蔫惑蔻支撑,氆劲瑷钱高凄发这瓣嚣联溅整惠技术搭建鹃一个专家主题研讨熬综台决策系统。
中医药综合决策系统更加专舭化,对突发公共卫生事件可以缀及拜寸地加以处瑗,同时使用了多种方法弥补了以犍综合决策系统的不足之处。
孛医药综合决策系统依托瓣络摭术,突破空阕和地域的鞭弱,邋艘公搭避生突发事件时可能的强制隔离管理摸溅对决策形式的要求,能够在最短时阃内及时联系到专家,及时发布信息和收祭专家反馈意见,组织开展针对需求的主磁研究。
中箧药综合决繁系统中包括专家镶患露,在发生突发公共卫生事彳孛对,缝够及潜汇集帮诲谗程关领城熬专鲎人士,遽遗多学餮、多领域专家群簿熬疆淫,菠大限度发挥藜髂决繁筑势。
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论文 藻于语义的中医药专家综合决策系统。
artsurvey1.4本文的主要研究内容 基于以上的背景和问题描述,本文主要的研究内容和任务包括以下几个方面的内容:l。
设计弗开发针对突发公共卫生事彳牛豹中医药综会决策系统Dartsurvey,针对 中医药领域的相关问题进行专业化的处理,并协助专家进行决策。
2.综合多种信息分析与决策的方法,包括Brainstorming,Delphi Method和 A豫lytic Hierarehy Process等,提高决策结聚的科学往蠡i诞确性。
3.采用语义技术解决中医药领域知识分散,无统一标准的问题。
对系统中的数 据信息进行本体建模。
在语义和知识层次上描述数据信息的檄念模型。
对数 据癌患进行元信息描述,提高系统中盼数据信惠的重月性。
4.提出新型的语义web浏览,改变以往传统的信息web浏览方式。
为语义web 的广泛使用提供了有力支持,同时介绍语义网站建设工具DartFrontPage的 核心设计。
5.提供面向复杂本体浏览、查询与检索工具DartIE,支持RDF和0wL等本体描 述语言。
动态显示本体数据的结构与关系信息。
同时可以对零体数据信息进 行查询与捡索。
6.介绍DanSunrey与DarcIE的协同〕:作,同时介绍Dartsurvey在中医药一体 化语言系统中的应用。
1.5本文的组织结构本文接下来几枣豹结构是这样豹:·第二章相关背景知识介绍。
简要介绍了本文需翦用到的相关技术。
●第三章介绍中医药综合决策系统DartSunrey的总体架构与核心设计,并概 述各个摸块的主要功能。
·第四章介绍Dansurvcy中使用的多种信息分析与决策的方法,同时介绍 Dartsurvcy中的核心决策算法。
●第五章提出掰型豹诱义w曲测览,洋细介绍语义w曲泌览的援心设计戳及 实现原理,介绍语义w曲浏览在Dartsurvey中的应用,介绍语义网站建设 塑坠兰蟹主堂些堕一 篓于语义盼中医药专家综合决策系统Dartsurvey 工具D积FrontPage的核心设计。
●第六章介绍面向复杂本体浏览、查询与检索的测麓器D删E的架构与核心 设计。
·第七章介绍Dansun,cy与DanIE的协同工作。
并介绍Dansur、,ey在中医药 一体化语畜系统中的应用。
●第八章总结和展望:众文的总结,并思考了进一步工作的方向。
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artsurvey 第二章技术背景及相关工作2.1语义W曲及其相关技术 语义web是web的扩展,是人工智能领域和Web技术项目结合的产物。
语义w曲中的各种资源不再只是各种相连的信息,还包括了其信息的真正含义,改变现有互联网仅仅依靠文字信患来共享资源的模式,通过语义信息的共享,从而提高计算机处理信息的自动化和智能化。
2.|1._l语义Y妊b筒介 1990年,Tim Berner8一Lee发明了互联网上的超文本系统,使网络互连技术用于人们的信息交流与共享,从而极大地促进了互联网的发展。
至今为止,轷张大部分都被用作为人们服务的文档媒体,而不是能够自动控制的信息。
wwW本质的特性便是其广泛性全球性。
超文本链接的威力在于“任何事物之间都可以相链接”。
嚣此,无论是潦革的草稿,还是精致的作品,无论是商业信息还是学沭内容,无论何种文化和语言,网络技术对它们都应该是一视同仁的。
信息在各个方面有所不同,其中的一个区别就是,有些信息是主要提供给人使用的,而有些则主要是给机器用的。
比如,电视广告、诗歌主要是绘人看豹,嗣数据库、程序和传感器输出等主要是供机器使用的。
到目前为止,web大多数开发成为人们阅读文档的媒体,而在提供可自动处理的数据和信息方面,则发展较慢。
语义web就是想弥补这方面的不足。
在2000年的世界xML大会上,Tim Berners—Lee做了题为Semantic web的演讲,对语义web的概念进行了解释,并提出了语义web的体系结构。
它通过扩展现有互联网,在信息中加入表示其含义的瞳容,使计算机可以囊动与入协同工作〔3〕。
语义web力图将“理解信息的含义是人类的专利”这一局面成为历史,使得计算机在一定程度上也同样可以做到,从而有助于信息共享、再利用,并使网络能够提供动态的、个性他的、主动的服务〔4j。
在Ti琅Berners—Lee看来,语义web是对互联网本质的变革。
淤渡大学硕士拳往
论文 基于语义匏中医药专家综食决策系统D”tsurvey 瓣前,围绕语义驰b的研巍与开发正如火如荣的展开。
在国外方臻},典型的参与大学与研究机构翁MI_r, Maryland, ManGhester, Stanfordt cMU等;在国内方蕊,浙注大学在web信感的知识袭永方蕊进行了研究。
浙淡大学ccNT实验赛铮怼鬻eb主薅塞浆不戮健震势蘩在基予谈懿逻辑麓语义表遮横鏊,基予簿态逶辚驹流程语义表达模黧释媒体漉数据(嚣文本墅数掘)魏谬义襞迭或搽述方法方鬻媵汗了研究。
猩基于本体的应用研究巾,浙江大学ccNT鬓验室建立了国内第~个潦子语义的数据霹网捺DartGrid【53,支持网格耀境下数据库瓷源的动态缳静语义注臻〔爨、分垮溅熬语义凌询帮知谈缀貔语义溪羹【?】。
镪步建鼗孛医蘩奉侮簿,为一舔玩语蠢系统挺供蓦穗£83。
势鼓基于语义磷秘,嚣发成凌具有本俸谂攘璐服务的语义浏髓器。
农工救应用方面,有悉游公司支持开发的Jen8〔9〕语义w幽工熙氆,有由欧监资助,w3e所领导的s张n焱捌项融;在标准他方瑶,w3e国际标准纯组织磊陆续竞袋了R簿、灏L等稳褥潦憩翘莲王箨。
2.’.2撩义W曲豹屡次浆构 为’了实现语义信感黢务铐§&纯与自动纯瓣鼹标,语义研究者躺舞发了谗多薪接零势据爨了一系錾翡技零标穗。
警i毽EefB学rs—Lee在综台了澄义w秘磅突疆域的最新成果的基础上,提出了语义Wcb模型。
这一模型得到了谱义w曲研究者的认鞠。
Tim 8erners一乙ee在xML2000大会上提出陶语义w礴体系结构如图: 轰f莓瓤辘枣e秘£警 6⑧浙江大学硕士学位
论文 基于语义的中医药专家综合决策系统。
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l;语义Web屡次结构 自底向上来看 第一层,作为资源的标识机制,提供对资源标准化的名字描述,规定了文档中字德的编聪方式和资源的统一标识,鄄uNIC∞E和URI。
第二层,xML、命名空间和)(^lL schema,定义了结构化的数据描述方式,使用自定义|}勺标签对文档的结构进行标注,规范文档的语法格式,就可以方便的利用计算机处理文档,在统一模式的定义下交换文档。
只有标法名并不能提供语义,所以在语义web结构中xML只是作为语法层,来为语义web的建立提供语法基础。
第三层,明确文档中标引对象之间的关系,即资源描述层RDF+RDF schelna。
RDF是对结构像的元数据编弱、交换和重用的一令基础。
∞F定义了元素之闯豹关系,表现为3元组的集合(类似于句子的主语、谓语、宾语)。
在该语义web模型中,信息以RDF句子的形式存储,即以统一的方式来存储数据,便于机器理解。
XML加上R卧(s)就襁当予建立了人工智能中豹语义两络(SE鞲E漪Ic陋TwOR稿,可以进行一定的推理。
使用】(ML+RDFS(s),人们可以建立各自的语义web,只要有一套皇成体系的术语就可以了。
第躜层,瞄确标弓l项的精确含义,簧让计算机楮互理解对方的内容,需要有~套共同的标准的概念体系,这就是ont0109y(本体)。
在人工智能领域和曩联网研究领域,一个本体描述了一个特定研究领域的~个形式化的、共享的概念化模烈。
x醛L+R淤(s)+ontoiogy构成了计算枫相互理解豹基础。
这样每增加一个层次,计算机在知识处理上就多一份能力。
在本体层之上进一步要做一些逻辑推理的工作,接下来就是保证信息是可信赖的,这就构成了一个多层次的语义web。
2.1.3本体与描述语言 语义万维网中一种重要的概念是本体论(ontology)。
本体论的概念起源于踅学领域,即“对世界上客观存在物的系统地描述〔10〕”。
在人工智能界,最早给出本体定义的是№ches等人,他们将本体定义为“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豹勰剥的定义〔11〕”。
后来在信息系统、知识管理等领域,越来越多的人研究本体,并给出了许多 7 浙江大学硕士学位
论文 基于语义豹审医药专家综含决策系统D&rtsurvey不间的定义。
其中最著名并被引用得最为广泛的定义悬由Gruber提出的,“本体怒概念摸型的明确豹援范说瞬【12〕”。
Fensel对这个定义迸彳亍分拆焉认必本体的概念包括四个主要方硒〔13〕:· 概念化(coneeptualiz8tion):客观世界中现象的抽象模烈。
· 明确(explicit):概念及它们之澜联系都被精确定义。
· 形式他(for阻1):糖确的数学獭述。
·共事(share):本体中反映的知识是其使用密莛阍认可的。
虽然举同研究者对本体蠢不同豹拯述,但怒从内涵土来看,饿搦对本体豹认识是一致的,都是把本体当作某个领域内(可以是特定领域的,也可以是更广的范圈)不阍主体(人、代理、砉flI器等)之间进行交流(对谣、互掇传、共享等)的~种语义基础,即由本体提供鹳确定义的词、汇表,描述概念和概念之间的关系,作为使震者之阈这成的莛识。
因此,本体豹用途毽锺交、漉、共享、互搡俸、鲎罔等等。
在计簿枫领域讨论本体,蓄先就露临罄本铬究竟是如何摇述豹,也就是概念的形式化问题。
对应的研究内容就是本体的描述语言。
随着Web的发展,出现了一系列基予web的本体语言,也日q做本体标记语密,如sHOE、XoL、R驿、RDFS、OIL、D删L、D勰L+DIL、蹶L。
本文将烹要介绍RDF〔14〕(资源描述框架,ResourceDescription Fralll湃ork)与牌L〔15〕(web本体语言,膂eb ont0109y Language),它们在综合决策系统中有很多的应用。
RDF(蜜源描述榧絮,Resource Description粉allle释ork)、RD弼(R沸s曲ema),怒w3c在xML的基础上推荐的一种标准,用于表示任何的资源信息。
RDF提出了一个笼荦豹模型用寒表示任意类型的数据。
这个数据类型E曩苓点鄢肇点之闯带有标记的连接弧组成。
节点用来裘示web上的资源,弧用来表示这黪资源的属髅。
困魏,这个数据模型可以方便的獾述对象(或者资源)以及它销之闻的关系。
R雕豹数据模型实质上是一种二元关系的表达,由于任何复杂的关系帮露以分解为多个簿举的二元关系,因戴R薛的数据模擞可以作为其他任何复杂关系模型豹基础模型。
RDF Schema为RDF资源的属性和类型提供寇义良好的词汇表。
w3C推荐以RDF/RDFS标准来解决捌L醵语义餍限。
0wL(web本体语畜,web Ontology Lang凇ge)是W3C推荐的本体接述语害 8⑧浙江大学硕士学位
论文 基于语义的中鼷药专家综合决策系统。
artsurvey豹标准,位于w3C绘制的本体谗言栈的栈疆。
它是为了在Www土发布霸共享本体而提供的语义标记语言。
owL是在DAML+oIL的基础上发展起来的,作为RDF(S)的扩展,目的是提供更多的原语以支持更加丰富的语义表达,并更好的支持摄理。
2.2 spr江g F礴mewo痰
开源J2垂麓构架 spring Framewo“〔16〕是J2EE大师Rod Johnson主持
开源的轻量级J2EE开发框架,是为了魑决企业应用稷序开发复杂瞧丙创建豹。
它是一个基于I∞和AoP的构架多层J2EE系统的框架,但它不强迫必须在每一层中都使用spring,因为它模块化的很好,允许根据自己的需要选择使用它的某一个模块。
它实现了缀优雅的Mvc,对不同的数据访阏技术提供了统一的接口,采用loc使得可以很容易的实现bean的装配,提供了简洁的AOP并据此实现TransactionManagement等等,其中最主要的是spring Fr锄ework作为Ioc的容器,给实现上的扩展性_帮灵滔性提供了极大的便嗣。
IOc的全称为Inversion of control,中文翻译控制反转。
spring采用D印endency Injection来实现10C,中文翻译为依赖注入,依赖注入的意义是:僳留抽象接鞘,让实现依赖于抽象接口,当组件要与其它实际的物件发生依赖关系时,通过抽象接口来注入依赖的具体实现。
在中医药综合决策系统中大摄了使用了Ioc等概念进行编程,具体内容将在以后的章节中详细介绍。
Mvc框架的主要优势之一就是其分层架构,分层架构允许选择使用哪一个组件,同时为J2EE艨用程序开发提供集成的框架。
Spring FraIⅡework架构的特点也会在某种程度上成为中医药综合决策系统的特点。
图2.2展示了SpringFraIllework的模块缎成: 9⑧浙江大学硕士学位
论文 基于语义的中医药专家综合决策系统。
8rtsurvey 强2.2:Spring的模块组成翻 维成spring框架的每个模块(或鳢件)都可以单独存在,或者与其镌~个或多个模块联食实现。
每个模块的功能如下:●核心容器:核心容器提供Spring框架的纂本功能。
核心容嚣的主要组件是 BeanF8ctory,它是工厂模式的实现。
BeanF8ctory使用控制反转(IOC)模式 将应用程序的配置和依赖性规范与实际的应用穗痔
代码分开。
●Spring上下文:Spring上下文是一个配置文俘,淘S淤ing程架提供.E下文 信息。
Spring主下文惫括企业服务,例如JN蛰I、E徊、电子自#件、国际化、 校验和调度功能。
·spring AOP:通过配置管理特性,spring AoP模块直接将藤囱方蘧的编程功 能集成到了spring框架中。
所以,可以很容易地使spring框架管理鼹任俺 对象支持AoP。
spring AOP模块为.
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