基于动态本体知识库的问答系统的研究与实现

广西师范大学硕士学位论文基于动态本体知识库的问答系统的研究与实现姓名：马莉申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：唐素勤20090301广西师范大学硕士研究生学位论文I基于动态本体知识库的问答系统的研究与实现研究生姓名：马莉导师姓名：唐素勤学科专业：计算机软件与理论研究方向：人工智能年级：2006中文摘要随着互联网的迅速发展，网络信息量成指数增长，这些信息逐渐成为了回答用户提问的重要信息源。传统的搜索引擎信息检索方式虽然可以在一定程度上方便用户对信息进行查询，但它返回的是大量相关或者无关的网页链接，用户很难从这些链接中迅速地找到自己想要的答案。因此，人们渴望一种真正能够满足他们需求的、智能化的信息检索方式。问答系统(QuestionAnsweringSystem，简称QA)为人们提供了自然语言的人机交互界面，这种方式一方面符合人们提问的表达习惯，另一方面相对于搜索引擎的关键词方式，在理解问句的提问意图方面具有明显优势。并且问答系统昀终返回给用户的是昀相关的答案，相比传统的搜索引擎性能更佳。在众多类型的问答系统中，基于本体知识库的问答系统拥有回答问题准确、快速，并且可以进行一定程度推理等优点，能够满足人们对于智能化、迅速准确的信息检索的需求，因此研究基于动态本体知识库的问答系统具有非常重要的理论价值和现实意义。本文主要研究基于动态本体知识库的问答系统的构建与实现。首先研究了本体和知识库的技术特点，进而设计了一种基于动态本体知识库的问答系统的模型；其次分析了各种问句处理的方法，提出了一种改进的句模匹配问句理解算法，并利用该算法进行问句的语义理解；然后为了克服目前基于本体知识库的问答系统具有知识库规模不足的瓶颈问题，研究了一种动态的本体构建方法，该方法可以随着Web信息的变化自动更新本体的内容，从而可以提高基于本体知识库问答系统的性能；昀后利用构建的基于动态本体知识库的问答系统模型，实现了面向汽车商务领域的问答系统。本文的研究内容主要包括下面几个部分：(1)基于动态本体知识库的问答系统的模型设计。根据本体知识库问答系统的研究现状和主要缺点并且结合项目的需要，设计了由前台自然语言界面和后台动态本体知识库构建两大主要模块组成的基于动态本体知识库的问答系统的模型。(2)自然语言理解的人机交互界面的研究。处理用户的自然语言的问句是问答系统的首要工作，也是至关重要的一项工作。完全靠自然语言处理技术的问句处理方法目前还不够成熟，不能达到理想的问句理解效果，为此本文设计了一种改进的句模匹配问句理解算法，该算法不需要经过复杂的语法分析、语义分析过程，通过句子的表层形态就可以理解问句的语义，经过测试该算法较之已有的句模匹配方法在问句理解的准确率和成功率上都有明显提高，在实际应用中取得了十分显著的效果。(3)动态的本体知识库的构建。本体的构建是目前研究的一个热点。传统的静态文本已经不能满足人们不断增长的知识需求，丰富的Web信息成为了新的知识获取源。本文针广西师范大学硕士研究生学位论文II对本体构建的研究现状以及项目的需要研究了一种动态本体构建方法DOCM。该方法为了减轻知识工程师的负担，采用半自动的方式构建本体，并且该方法还可以利用形式概念分析技术实现将Web信息自动添加到本体，对本体进行动态更新。为了验证该方法的可行性，本文还介绍了汽车商务领域动态本体的构建过程。(4)汽车商务领域的问答系统的实现。本文是在广西科学研究与技术开发项目——面向制造业的电子商务主动搜索平台的基础上进行研究的。随着人们生活水平的不断提高以及制造业技术的不断发展，越多越多的人开始步入购车行列，同时也使得人们对汽车商务领域的信息需求量大增。由于目前还没有一个针对汽车商务领域的问答系统，所以本文在基于动态本体知识库的问答系统研究的基础上设计并实现了一个汽车商务领域问答系统，该系统可以回答用户对该领域的绝大多数提问，具有很强的实用价值。除了介绍了该系统的实现过程，还给出了系统的实现界面和性能分析，用实验结果证明本文的理论研究的可行性。在本文的昀后一部分，对已经完成的工作进行了总结，并对需要进一步改进的工作做了阐述。关键词：问答系统；问句处理；本体；动态本体构建；形式概念分析；汽车商务领域，广西师范大学硕士研究生学位论文IIIResearchandImplementationofQuestionAnsweringSystemBasedonDynamicOntologyKnowledgeBaseGraduatestudent:MaLiTutor:TangSuqinMajor:ComputerSoftwareandTheoryResearchArea:ArtificialIntelligenceGrade:2006AbstractNowadays,withthequickdevelopmentofInternet,theamountofnetworkinformationwhichbecomesimportantresourceansweringuser’squestionshasbeengrowingexponentially.Althoughthetraditionalsearchenginecanhelppeoplesearchinformationconvenientlytosomeextent,butitalwaysreturnsagreatdealoflinksrelatedordisrelatedfromwhichuserscanhardlygettheirdesirableanswersimmediately.Consequently,peopleareinneedofanewintelligentinformationretrievalsystemwhichcansatisfytheirneeds.QuestionAnswering(callQAforshort)Systemissuchanewwayofinformationretrieval.QASystemprovidesusaman-machineinterfacewithnaturallanguage.Foronethingthismodeconformstothewaypeopleaskingquestions,foranotherithasclearadvantagesoverthetraditionalsearchengineonunderstandingtheintentofaquestion.Inaddition,QASystemfinctionsmoreaccuratelythansearchenginebecauseitreturnsthemostrelatedanswer.AmongsomanykindsofQASystem,theonebasedonontologyknowledgebasemeetsallpeople’sneeds.Itcananswerquestionsmorequicklyandaccurately,anditcanalsodosomereasoning.So,thiskindofQAsystemisofgreatsignificanceforfutureapplication.ThispapermainlystudiestheconstructionandrealizationofthisSystem.First,westudiesthetechnologicalspecificationsoftheontologyandknowledgebase,andthenwedesignsamodelbaseduponthissystem.Second,weanalyzesallkindsofmethodsofanalysingquestions,puttingforwardanimprovedquestionanalysismethodbasedonsentencetemplatewhichcanbeusedtocomprehendthemeaningofquestions.Third,aimingatsolvingtheshortageofknowledgebase,westudyawayofdynamicontologyconstruction.ThissystemcanupdatetheknowledgebaseaccordingtothechangingWebinformationandimproveitsperformancesoastoimprovethefunctionofthissystem.Last,makinggooduseofthismodel,werealizetheQAsysteminautomobilecommercialbusiness.Thepivotalofthispaperconsistedoffourissuesasfollows:(1)ModedesignofQAsystembasedondynamicontologyknowledgebase.OnthebasisofcurrentresearchsituationandchiefdefectsoftheQAsystemontologybased,alongwiththeneedsofproject,wedesignamodeofQAsystembasedondynamicontologyknowledgebase广西师范大学硕士研究生学位论文IVwhichconsistsoftwomainparts:onefrontstagenaturallanguageinterface,onebackstagedynamicontologyknowledgebase.(2)Aman-machineinterfacewithnaturallanguage.ThefirstandmostimportantthingofQAsystemisQuestionAnalysis.ButitishardtounderstandthequestionbyNaturalLanguageProcessingtechnologyatpresent.So,inthispaperwedesignanimprovedquestionanalysismethodbasedonsentencetemplate.Thismethoddoesnotrequirethecomplicatedprocesssuchassyntacticanalysisandsemanticanalysisbutcanunderstandquestion’ssemanticbyitssurfaceform.Accordingtotest,therateofaccuracyandsuccessofthismethodishigherthantraditionalone,soithasaremarkableeffectinpracticalapplication.(3)Adynamicontologyknowledgebase.Researchofontologyconstructionisahottopicatpresent.Knowledgebase,whichisbasedonstatictext,failedtomeettherequirementsofpeopleandabundantofnetworkinformationbecomesanewsourceofknowledgebase.NoticingthestudiesstatusquoofOntologyConstructionandtheneedsofproject,wepresentamethod