建模問題及解決方案:由生物教材構建分類(Modeling Issues and Solutions:Building a Taxonomy from a Biology Textbook)

1 引言

我們在Halo項目中的任務之一是根據進階生物學教材的詞彙表術語創建分類。Halo項目的目標是構建能夠回答並解決廣泛的科學學科中的新奇和高級問題的推理系統。爲了實現這一目標,分類結果將被用作將生物教材中的段落翻譯爲推理系統所能操作的邏輯公式的基礎。

爲了輔助展開我們的工作,我們輸入2400個來自教材電子詞彙表的詞彙表術語和定義字符串到OWL格式的Collaborative Protege中作爲類和常量字符串。我們的小組由生物學家和KR專家組成。我們採取了一種迭代的方式。小組中的生物學家進行初始的分類,限定subclass-of關係,並且加入他們所認爲合適的其他類。與此同時,工作組會議中會確定並討論建模問題。這些問題及解決方法將按下面的步驟實現。

 

2 結果

2.1 實體/角色二分法

初始時,我們小組的生物學家基於結構和功能爲有機模塊(organic-Molecule)編寫類(見圖1)。

例如,蛋白質(protein)和類固醇(steroid)是根據它們的化學組成進行定義。與此相反,激素(hormone)則是根據它們執行的功能被定義,這樣類固醇和激素之間就會有重疊,如一些激素是類固醇而另一些激素是蛋白質。

作爲一個解決方法,我們把激素定義爲某些化學元素所扮演的角色。然而,類固醇-激素在分類學中仍然是一個類,它代表了生物學家直觀思考所得的一個有用的類(見圖2和3)。


2.2 林奈式生物分類

我們小組中的生物學家想要把不同領域分類都歸到領域(Kingdom)這一類下(見圖4)。


然而領域有5個實例(基於美國的教科書)。

作爲一個解決方法,我們對有機物採用林奈分類學,並且用常見的英語名稱來簡化(見圖5)。例如“Cow is an Animal”比“Cow is an Animalia”更簡潔明白。


作爲潛在的改進,我們可以加入拉丁文命名的類來作爲它們分類單元的實例(見圖6)。例如,Animalia是Kingdom的一個實例,而Chordata是Phylum的一個實例。還有一個方法(此處沒有給出圖示),我們可以把分類單元作爲元類。例如,Chordate是元類Phylum的一個實例,而Animal是元類Kingdom的一個實例。

2.3 實體/過程二分法

我們小組的生物學家想要把Light-Microscope歸類到子類Technology之下(見圖7)。


他們還想把Technology歸類到子類Inquiry之下。這兩次使用術語Technology有着兩種不同的含義。Technology的詞彙表定義是“爲某種特定目的而應用科學知識,通常涉及工業或商業,也包括在基礎研究中的使用”。

我們對該問題的解決方法是重構分類(見圖8和9)。


我們注意到詞彙表中的一些術語是一詞多義的。包括“;also”在內的定義就是說明這種情況的一個很好的例子。例如,野生類型(Wild Type)是“An individual with the phenotype most commonly observed in natural populations; also refers to the phenotype itself.”

2.4 對研究領域的分類

我們初步傾向於將研究領域(如Genetics,Anatomy,Ecology)歸類於Inquiry之下。研究領域是一個複雜的社會實體,涉及研究活動和教育機構,教育機構又由部門、成員、項目和課程組成。然而,對每個研究領域的術語定義都以“the scientific study of”爲前綴。在當前情況下,把它們歸類於Inquiry之下是合適的。

2.5 子類/子過程二分法

我們初步傾向於使用層次來組織子部分或子過程(見圖10)。例如,Telophase是Mitosis的一個子類,而不是一個子過程。

我們解決此問題的方法是無論什麼時候發現子部分或子過程,我們就把它們移動到適當的位置(見圖11)。在工作組會議中,我們對如何使用子類關係增強了一致的認識。


3 結論

開始,我們小組的生物學家依賴於先驗知識和定義來組織類的層次,而類被當做是有組織的“桶”。我們迭代地應用本體的原則來確認建模問題,併爲分類構建過程提供基礎。

經過幾次工作組會議之後,生物學家對建模問題的這些類型有更好的認知,因此在後續的分類構建過程中有更好的工作效率。這些經驗教訓和分類的結果都可以幫助AURA更好地回答“What is”這樣的問題。除此之外,這些經驗教訓還可以應用於其他本體,雖然還要考慮它使用什麼樣的形式化方法(如處理元類)。

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