逻辑推理的种类和形式

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逻辑推理的种类和形式范文第1篇

关键词：重视；讲授；训练；揭示

《初中数学新课程标准》告诉我们：“数学在提高人的推理能力和创造力等方面有着独特的作用”.数学课堂是培养学生逻辑推理能力的主要阵地.那教学中应如何培养学生数学逻辑推理能力呢？应从以下几方面入手.

一、重视概念，洞知原理

数学知识中的基本概念、基本原理和基本方法是数学教学中的核心内容.基本概念、基本原理一旦为学生所掌握，就成为进一步认识新对象，解决新问题的逻辑思维工具.

二、巧用逻辑，游刃有余

在数学教学中，结合具体数学内容讲授一些必要的逻辑知识，使学生能运用它们来进行推理和证明.培养学生的推理能力，必须掌握逻辑的同一律、矛盾律、排中律和充足理由律等基本规律.教师应该结合数学的具体教学帮助学生掌握这些基本规律.要使学生懂得论断不能自相矛盾，在同一关系下对同一对象的互相矛盾的判断至少有一个是错误的；论断不得含糊其词，模棱两可，在同一关系下，对同一对象的判断或者肯定或者否定，不能有第三种情况成立.在数学证明过程中，必须步步有根据，每得到一个结论必须有充足的理由，这样，学生在解答思辨性很强的题目时，就会游刃有余.

三、循序渐进 合理训练

数学推理既具有推理的一般性，又具有其特殊性.其特殊性主要表现在两方面.其一，数学推理的对象是数学表达式、图形中的元素符号、逻辑符号等抽象事物，而不是日常生活经验；其二，数学推理过程是连贯的，前一个推理的结论可能是下一个推理的前提，并且推理的依据必须从众多的公理、定理、条件、已证结论中提取出来.数学推理的这些特性会给学生在推理论证的学习带来困难.初一学生已初步掌握了普通逻辑的基本规律和某些推理形式，但必须依赖于生活经验的支撑.例如，他们从“爸爸比妈妈高，妈妈比我高”的前提很容易推出“我比爸爸矮”的结论，但有些刚学习不等式的学生从“∠A>∠B， ∠B>∠C”的前提推得“∠C

1.说理练习，不可或缺.教师在教学.中要注意把运算步骤和理论依据结合起来.同时可以进行适当的说理性训练，这样做可以使学生在说理的过程中养成寻找理由、言必有据的习惯.

例如，某汽车公司的汽车票价为单程票票价4元，周票票价为36元，李老师每星期一三五要乘汽车上班，搭朋友的车回家.问李老师应该买周票吗？请说明理由.

评析：该题目的是希望学生能说明一个清晰的推理过程中的依据.按照常规算法，李老师一个星期乘8次，买单程票需32元，而周票需36元，因此她不应买周票.但从另一个角度考虑，她也可以买周票.其理由是如果她周末外出乘车至少8元以上，那么买单程票总花费就多于36元，所以买周票能省钱.这种类型的训练，可以从代数的运算过渡到几何推理打下良好的基础.

2.加强培养，推理技能.对于推理论证技能的培养，一般可分几个阶段有层次地进行.

（1）通过直线、线段、角等基本概念的教学，使学生能根据直观图形，言必有据地作出判断.

（2）通过相交线与平行线以及三角形有关概念的数学，使学生能根据条件推出结论，能用数学符号写出一个命题的条件和结论，初步掌握证明的步骤和书写格式.

（3）在“全等三角形”学习之后，学生已积累了较多的概念、性质、定理，此时可以进行完整的推理论证的训练.通过命题证明，逐渐掌握推理技能.

（4）在学生已初步掌握技能技巧的基础上，通过较复杂问题的求证，帮助学生掌握寻找证明途径的各种方法，以发展逻辑推理能力.

四、点拨到位 相时揭示

逻辑推理的种类和形式范文第2篇

关键词：计算；升级；变量；专业计算

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2017）04-0217-02

DOI：10.16657/ki.issn1673-9132.2017.04.139

数学在中国古代叫做算术，在六艺中称为“数”。数学本身经历了不断的演进和变化，最后发展成为一种研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的形式科学。数学是在人类的生产生活中产生的，人类应用数学解决实际问题有悠久的历史。数学家拉普拉斯说：“在数学中，我们发现真理的主要工具是归纳和模拟。”这种归纳和模拟的特点，使数学应用到所有的科学领域，特别是数学的基础知识，广泛应用于人们的社会生活实践中，以计算这一简单的内容为例，在日常生活中的应用呈现出逐渐升级的趋势。

一、简单的计算

最初级的数学应用，就是简单的计算。比如，每抽一支烟寿命会缩短3分钟，每天抽一包烟共20支，每天寿命就会缩短1小时，每年寿命就会缩短365小时。这种简单的计算，就是运用数学中的乘法。再如，足球表面有黑白两种颜色的色块，黑色块是正五边形，白色块是正六边形，如果白色块有20块，黑色块有多少块。已知黑色块的每条边都和白色块的边是共用的，但是每块白色块都只有三条边是跟黑色块共用的，通过计算，就可以得出黑色块是12块。这种计算，除了简单的加减乘除的计算，就加入了数学中的逻辑推理。

归纳推理、演绎推理和类比推理是逻辑推理最常用的形式，数学中应用的逻辑推理形式最典型的就是演绎推理。演绎推理就是从已经知道的条件、原理、公式等演绎推导出具体的答案或个别事物的属性，它的特点是从抽象到具体，从一般到个别。演绎推理有三段论、假言推理、选言推理、关系推理等多种形式。在初级的数学演算中，运用最多的就是三段论推理。三段论推理又称为性质判断三段论推理，它的三个主要元素是大前提、小前提和结论，大前提和小前提中包含着一个共同的项，在推理的过程中，从这两个包含着共同项的前提中推断出一个性质判断。以足球的黑白色块为例，大前提就是“黑色块的每条边都和白色块的边是共用的”，小前提就是“每块白色块都只有三条边是跟黑色块共用的”，所以推断出的结论就是：黑色块的边数=白色块的数量20×3=60。然后，继续应用三段论推理：大前提是“每5条边构成一个正五边形的黑色块”，小前提是“一共有60条边”，所以推断出的结论就是：60÷5=12。所以，黑色块是12块。

演绎推理在数学中有着极为广泛的应用，演绎推理有效性的保证在于它形式的科学性，它的严密性和一贯性对人的思维有严格的校正作用。很多人在运用演绎推理进行计算时，容易犯两个错误：一是想当然，就是用来推断的事实和命题没有确凿的根据；二是不是等价转化，在推导的时候因为逆命题、弱化或强化等问题出现误差。这些误区，是在数学学习和实际应用中必须要加以注意的。

二、变量逐渐参与的复杂多变的商业计算

随着经济生活的飞速发展，日常生活中的计算变得不再那么简单，变量逐渐的参与进来。现代化的快速发展，市场经济越来越繁荣，人们生活中逐渐出现了复杂的数学问题，这些复杂的数学问题，影响和改变着人们的生活方式和知识结构。

比如，在市场经济的大潮中，商场促销中的各种“买多少送多少”，这里面就暗含了变量的参与，以买100送30为例，就并不是简单的7折。商品的价格不再是明确的量，送多少是一个固定的比例，而买多少是不确定的，而送多少又以买多少为依据。而顾客比较关心的优惠幅度，需要经过复杂的计算才能弄清楚。假设一个人花了200元买了甲商品，又加上送的60元买了100元的乙商品，按理说第二个商品的100元还应该享受送的30元，事实上没有，因为乙商品的100元减去送的60元消费40元不足100元，所以不再享受相应的惠送。但是，这已经是比较合适的折扣，因为送的“30”不能折为现金，只能用来继续购买商品。如此计算下来，如果再计算甲乙两件商品顾客享受到的折扣，根本不可能是7折，要高得多。所以，社会上有“买多少送多少的陷阱”之说。不得不说，商家在这种营销中对数学的运用实在是巧妙，因为它利用了顾客贪求大幅优惠的心理特点和顾客在数学计算上的弱势，因为打出这样的促销方式，在视觉上和心理上顾客都要觉得折扣大得多。

再如，电信的优惠套餐，69元1000分钟国内通话，国内流量2G，全国接听免费，送100M宽带，有线电视免费看。在这款简单的套餐中，暗含了更多的变量。所以用户在选择套餐时，有的用户手到擒来，有的用户却颇费周折。有的用户反复斟酌选择了套餐之后，不是觉得不合适，就是觉得一团模糊，随大流应用而已，根本不明白套餐中真正的消费细节。因为这种套餐的促销模式，比买多少送多少的促销模式还要复杂得多。

三、购买保险及各类理财产品时的专业计算

经济生活中的储蓄、购买保险和购买各种理财产品，就涉及了更多的专业计算。所以，在现代生活中，人人都要学会理财，在现代生活中如果不会数学，几乎无法解决任何生活中金融方面的简单问题。

储蓄看起来很简单，但由于储蓄种类的增多和个人生活用钱的复杂，若想安排好不同数额的钱和不同种类的储蓄，达到利息收益最大化，还真要好好费一番心思进行计算。另外，金融行业为了本行业的发展，也陆续推出了一些新的储蓄种类，这都需要储户有很好的数学头脑。

购买保险和购买各种理财产品，相对来讲就更加复杂，一般情况下有专业人员为保险用户推荐和选择。但是，有一些不规范的保险公司，对业务人员的培训不完善，使得一些不良保险服务人员，为了揽到更多的保险业务，夸大利益，不说或少说风险，造成保险用户对保险公司的不信任。从根本上来说，其中有大量的数学计算和数学推理，对一般人来说还是有很大难度的。

由此可见，随着现代经济生活越来越复杂，日常生活中数学的应用正在逐渐升级。虽然电脑的普及已经简化了各种计算的方式，很多软件的功能正在帮助人们分析解决更多的经济问题。但是，提高人们的数学素质势在必行，在现代社会，一个数学思维高度发达的人，显然在生活中会活得更加清楚明白，在选择各种服务时会更加得心应手。

参考文献：

逻辑推理的种类和形式范文第3篇

    一、知识结构、逻辑推理及相互间的关系。

    在小学数学教学中,构建良好的数学知识结构是培养发展学生逻辑思维能力的一个重要途径。乌辛斯基早就指出:“所谓智力发展不是别的,只是很好组织起来的知识体系。”而知识体系因为其内在的逻辑结构而获得逻辑意义。数学中基本的概念、性质、法则、公式等都是遵循科学的逻辑性构成的。

    “数学作为一种演绎系统,它的重要特点是,除了它的基本概念以外,其余一切概念都是通过定义引入的。”这种演绎系统一方面使得数学内容以逻辑意义相关联。另一方面从知识结构所蕴含的逻辑思维形式中得到的研究方法(如逻辑推理等),再去获取更多的知识。如学习“能同时被2、5整除的数的特征”时,我们是通过演绎推理得到的:

    所有能被2整除的数的末尾是0、2、4、6、8;所有能被5整除的数的末尾是0、5;因此,能同时被2、5整除的数的末尾是0。

    数学中的这种推理形式一旦被学生所熟识,他们又会运用它在已有知识的基础上作出新的判断和推理。

    学生知识的习得和构建,主要依赖认知结构中原有的适当观念,去影响和促进新的理解、掌握,沟通新上知识的互相联系,形成新的认知结构系统,这是数学知识学习过程中的同化现象。它包含三方面的内容:一是新旧知识建立下位联系;二是新旧知识建立上位联系;三是新旧知识建立联合意义。这三方面与逻辑结构中的三类推理恰好建立相应的联系。推理,是从一个或几个已知的判断得出新的判断的过程。通常有:演绎推理(从一般性的前提推出特殊性结论的推理);归纳推理(从特殊的前提推出一般结论的推理);类比推理(从特殊的前提推出特殊结论的推理或从一般前提推出一般结论的推理)。如:教学“循环小数”时,先在黑板上出示算式1.2÷0.3=4、1÷2=0.5、4.8÷4=1.2、0.666÷2=0.333;1÷3=0.333……、70.7÷33=2.14242……、299÷37=8.081081……等。观察各式的商学生们直观认识到:小数有有限小数、无限小数之分。进而从一组无限小数中,发现了循环小数的本质属性,得到了循环小数的定义。由两个或几个单称判断10.333…的数字3依次不断地重复出现,2.14242…的数字42依次不断重复出现等,得出一个新的全称判断(循环小数的定义)是归纳推理的一种方法。

    在教学的过程中,教师结合教学内容,有意识地把逻辑规律引入教学,注意示范、点拨,显然是有利于发展学生的逻辑思维能力。

    二、逻辑推理在教与学过程中的应用。

    1.如果原有的认知结构观念极其抽象,概括性和包容性高于新知识,新旧知识建立下位联系、新知识从属于旧知识时,那么宜适当运用演绎推理的规则,由一般性的前提推出特殊性的结论。

    “演绎的实质就是认为每一特殊(具体)情况应当看作一般情况的特例”。为了得以关于某一对象的具体知识,先要找出这一对象的类(最近的类概念),再将这一对象的类的属性应用于哪个对象。如:运用乘法分配律简便运算时,学生必须以清晰、稳固的乘法分配律知识为基础,才能得出:999×999+999=999×(999+1)=999000这里999×999+999=999×(999+1)是根据一般性判断a×c+b×c=(a+b)×c推出的。当学生理解这种推理的顺序,且懂得要使演绎推理正确,首先要前提正确,并学会使用这样的语言:只有两个约数(1和它本身)的数是质数;101只有两个约数;101是质数。

    那么,符合形式逻辑的演绎法则就初步被学生所掌握。

    在知识层面中,这种类属过程的多次进行,就导致知识不断产生新的层次,其逻辑结构就越加严密,新的知识也就会不断分化和精确化,就可以逐渐演绎出新的类属性的具体知识。教学中正确把握这种结构,用演绎推理的手段组织学习过程,不但能培养学生的思考方法,理解内容的逻辑结构,还能提高学生的模式辨认能力,缩短推理过程,快速找到解题途径。

    在新旧知识建立下位联系时,整个类属过程可分化为两种情况。

    (1)当新知识从属于旧知识时,新知识只是旧知识的派生物。可以从原有认识结构中直接推衍。新知识可以直接纳入原有的认知结构中。

    如学生已学过两位数的笔算,清晰而稳固地掌握了加法的计算法则,现在要学三、四位数的加法,只要让学生思考并回忆两位数加法计算的表象结构,适当地点拨一下三、四位数加法与两位数加法有相同的笔算法则,学生就能顺利解决新课题。新知识很快被旧知识同化,并使原有笔算法则得到充实新的知识获得意义。虽然这些知识的外延得到扩大,但内涵不变。

    教学中,掌握这些知识的内涵的逻辑结构,就会有一个清晰的教学思路,就会自觉地运用演绎推理的手段,与学生一起愉快地顺利地进行下位学习。就不会在讲三、四位数加法时,着眼于竭力以三、四位数加法为例证,说明加法的计算法则。

    (2)新知识类属于原有较高概括性的观念中,但不能从原有上位观念中直接派生出来,而需要对原有知识作部分的改组,才能同化新知识。新知识纳入原有知识后,原有知识得到扩展、加深、限制、修饰和精确化。新旧知识之间处于相关类属。这时,运用演绎推理之前,先要对原有知识作部分改组,请出一个“组织者”,再步步演绎。(为新知识生长提供观念上的“固定点”,增加新旧知识间的可辨性,充当新旧知识联系的“认知桥梁”,奥苏伯尔称它为“先行组织者”简称“组织者”。)

    如学生已掌握了长方形面积计算公式:S=ab,现在要学习正方形的面积计算公式,这就要对长方形进行改组,把它的长改成与宽相等(a=b),于是“正方形面积计算”可被“长方形面积计算”同化,当a=b时,S=ab=a·a=a[2,]。又如教圆面积之前,向学生演示或让学生动手操作,把圆适当分割后拼成近似长方形,由长方形面积公式导出圆面积计算公式。其间以直代曲,是由旧知识导向新知识的认知桥梁,是由演绎推理构建新知识时,找到的观念上固定点。找到固定点后圆面积的计算被长方形面积同化,于是面积计算规则从直线封闭图形的计算,推广到曲线封闭图形的计算,扩展加深了对原有面积计算规则的认识内容,使有关面积计算的认识结构趋向精确化。

    2.如果原有认识结构已形成几个观念,要在原有的观念上学习一个抽象、概括和包容性高于旧知识的新知识,即新旧知识建立上位联系时,那么适当运用归纳推理的规则,可由特殊的前提推出一般性的结论。当需要研究某一对象集时,先要研究各个对象(情况),从中找出整个对象集所具有的性质,这就是归纳推理。归纳推理的基础是观察和试验,是从具体的、特殊的情况过渡到一般情况(结论、推论)。

    教材中关于概念的形成,运算法则和运算定律、性质得出,一般是通过归纳推理得到的。如分数的初步认识。在学习前,学生认知结构中已有了分数的某些具体经验,加上教材提供的和教师列举的生活实例和图形。如:一个苹果平均分成两份,每份是它的1/2,一根钢管平均截成三段,每段是它的1/3,一张纸平均分成4份,每份是这张纸的1/4……所有这些操作和演示都让学生认识到几分之一这个概念。随后,再认识几分之几。这种不完全的归纳推理,是在考察了问题的若干个具体特例后,从中找出的规律。(严格地说,由不完全归纳法推理得到的结论还需要论证,才能判定它的正确性。)

    运用归纳推理传授知识时,要根据学生的实际经验,选取典型的特例,并能够通过典型特例的推理得出一般性的结论。又要用这个“一般结论”,去解决具体特例。在教与学的进程中,归纳和演绎不是孤立地出现的,它们紧密交织在一起。

    3.如果新旧知识间既不产生从属关系,又不能产生上位关系,但是新知识同原有知识有某种吻合关系或类比关系,则新旧知识间可产生并列关系。那么可以运用类比推理。

    教材中,商不变性质和分数基本性质,乘数是整数的乘法和乘数是分数的乘法等,学习这类与旧知识处于并列结合关系的新知识时,既不能以上位演绎推理到下位,又不能以下位归纳推理到上位,只能采用类比推理。如五年级学习“一辆卡车平均每小时行40千米,0.3小时行了多少千米?”时,学生还无法根据小数乘法的意义列出此题的解答等式。所以,教学中一般用整数乘法中的数量关系相类推。

逻辑推理的种类和形式范文第4篇

关键词：数学直觉思维；作用；能力培养

中图分类号：G632

1.关于思维及其几种类型

为了研究思维的不同方面，可以根据不同原则可以把思维分为不同的类型。如：

按思维过程中的方向性不同，可将思维分为发散性思维和收敛性思维。按思维作出的结论是否经过明确的步骤和思维过程有无清晰的意识分类，可以把思维分为直觉思维和分析思维。按思维的结果还可将思维分为再现性思维和创造性思维。根据思维活动内容与性质的不同分类：动作思维、形象思维、抽象思维。等等。

以上分类对从不同方面研究思维活动形式都有一定的合理性，研究思维活动无疑能为数学教学注入极为丰富的内涵。思维的多样式也决定着思维的复杂性。从心理学意义上说数学教学活动就是多种思维形式有机结合的实践。我们这里主要对直觉思维在数学教学中的作用及在教学中如何培养学生的数学直觉思维做一些探索。

2.数学直觉思维的主要特点

2.1 什么是数学直觉思维

人脑充分调动一切与问题有关的显意识与潜意识，在敏锐想象和迅速判断有机结合下，从整体上直接领悟数学对象的本质，洞察数学结构与关系的一种思维。

2.2 数学直觉思维的特点

数学直觉思维不按照逻辑推理的程序来进行，而是跳过了中间几个步骤，而凭借自身掌握的知识对客观事物进行观察分析直接得出结论。数学直觉思维的产生需要一定的载体即数学对象，并不是可以凭空产生的，但数学直觉思维的产生具有突发性。数学直觉思维具有整体性、跳跃性、猜测性，它表现为对数学对象作出的一种迅速理解、识别和判断。数学直觉思维的形成建立在良好的认知能力和逻辑推理的基础上，对数学对象并没有进行深入的研究，只是对数学对象进行整体上的把握，因而具有整体性；它省略了中间的几个环节而直接得到结论因而具有跳跃性；由于过程省略了，且得到的结论有可能是错误的，因而具有一定的猜测性。

3.数学直觉思维在数学教学中的作用

在数学学习过程中，直觉思维是必不可少的，它是分析和解决实际问题的能力的一个重要组成部分；是一个有着潜在开发学生智力意义的不可忽视的因素。在中学数学教学过程中，数学直觉思维起着不可忽视的作用。

3.1 有利于加强对抽象问题的理解

学生常常对一些抽象的问题感到束手无策，这些抽象的问题学生往往没有接触过，题目只给出一些似乎跟所学知识无关的条件，但所涉及到的问题是学生已经掌握的知识，它是学好数学的难点。由于题目抽象、新颖，学生难以理解，学习数学便产生障碍；对教师而言，如果在教学中能引导好学生运用数学直觉思维处理好这些问题，则对于发展学生的思维能力，进行数学思想方法的渗透，培养学生的创新意识，提高学生的综合素质，将会起到很好的效果。

3.2 有利于帮助学生产生学习兴趣，树立自信心

兴趣是学生学习最好的动力，只有对数学产生浓厚的兴趣，才能充分发挥学生的潜力。兴趣更多是来自数学本身，它使学习变得自觉、愉快，从而获得良好的学习效果。假如一个数学问题不通过逻辑推理的步骤而是由自己的直觉思维获得成功，这种成功将伴随一股强大的学习动力，从而使学生更加坚信自己的能力。

3.3 有利于探索发现解题途径

直觉的形成是对数学对象的迅速识别与高度概括，在解数学题目时直觉的形成是多种逻辑思维方法的灵活转换、反复比较、抽象概括产生最终的结果。

例2 已知：如图所示，AB//CD//EF，且AB=a，CD=c，EF=b，

求证： 。

分析：此题利用多个三角形相似即可求证，但该法较繁，运算量大，学生理解上不够简单直接，下面介绍一种新的证法。

证明：

变形得

即有

由ABC与AKF相似有： 。

又

即 成立，命题得证。

例3 解方程sinα-cosα= cosα+1。

分析：本题如用常规思路可将原方程左右两边平方化简即可求出α的值，下面介绍用另一种方法求解。由题目条件知方程中出现sinα与cosα，且sinα与cosα满足sin2θ+cos2θ=1，把sinα与cosα当成两个未知数联立两方程即可求解。不妨设x=cosα，y=sinα，则有

解之得

或

接下来即可求出α的值。从以上例题求解中可以看出直觉思维的形成基本上是与逻辑推理等方法相互作用产生的结果。

3.4 有助于提高学生数学审美情趣

数学是一门美的科学，数学美的形式是多姿多彩的，数学之美随处可见，如蜂窝的结构，雪花的形状，马鞍的造型，都包含着丰富的数学原理。简单美、对称美、相似美、和谐美、奇异美构成数学美的主体，数学审美能力的提高对数学本身起着不可估量的作用。同时，数学审美能力的培养又是素质教育的一部分，美是真理的光辉，数学美是数学发展的动力，数学自身的严谨、周密、精确、完整显示了数学美，提高学生学习自觉性的关键是培养学生数学美感的能力，数学审美能力是培养学生感受数学美，鉴赏数学美，创造数学美的能力。

3.5 有利于学生综合素质的全面发展

数学的思维品质是人们在研究和学习数学的过程中逐渐形成和发展起来的个体思维特征。思维的独创性表现为关于独立思考，善于创造性的发现和解决问题。而直觉思维在思维独创性方面的突出表现形式之一就是直觉的想象，它通常是一种创造性想象。它按照一定的目的、任务，不信赖现成的描述，不受条条框框的约束，在脑中创造新形象。

4.培养学生的直觉思维能力

数学教学与思维活动密切相关，因此，发展数学直觉思维能力是数学教学的任务，我们在发展学生数学直觉思维能力的教学中不仅要考虑到能力的一般要求，而且还要深入研究数学科学、数学活动和数学思维的特点，寻求数学活动的规律，培养学生的数学直觉思维能力。

逻辑推理的种类和形式范文第5篇

关键词：本体； 推理引擎； 语义搜索引擎； 构件

中图分类号：TN911-34； TP391 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2011)24-0090-03

Concept Architecture of Semantic Search Engine Based on Ontology

HUANG Hai

(Yancheng Health Vocational & Technical College, Yancheng 224005, China)

Abstract： The future WWW search engine will not only be used to search text, but also can understand the Web content, carry out logical reasoning, and achieve the complex search query and feed back correct results. A concept architecture used for semantic search engine was established. The constructional elements in the concept architecture and their interaction process are discussed in this paper. The superiority of the concept architecture is demonstrated by comparing with traditional semantic search engines. The current problem of the inference engine is that they do not support a sound knowledge base, so its function is limited in the code verification. The concept architecture mentioned in this paper has no such a problem, because the architecture of the inference engine has a complete knowledge base. By using OWL language recommended by W3C, the language standardization is achieved.

Keywords： ontology; inference engine; semantic search engine; architecture

0 引 言

本体是一种形式化工具，通过声明概念及概念之间的关系以一种无歧义的方式来定义所有事物，促进知识共享，是语义Web的主要工具。各个领域中具有严格词义内涵的概念及其相互关系都可以通过本体语言的本体构词定义出来。资源描述框架(RDF)是关于数据的数据,即元数据，它是一种描述和使用数据的方法。RDF提供了Web上应用程序间交换信息的互操作性。RDF的主要目标是为了解决互联网中信息的语义化和机器的可理解性及可处理性，它支持对元数据语义的描述以及元数据之间的互操作性，也支持基于推理的知识发现［1-3］。本体描述语言OWL是W3C在RDF(S)和DAML+OIL的基础上提出的Web本体描述语言，其中心思想是向下兼容RDF(S)的语义，扩展了形式化描述逻辑，是基于一阶语义的框架描述逻辑系统，提供了比RDF(S)更加丰富的属性和类的描述机制［4］。自从WWW被创建以来，它的覆盖面就飞速增长。因为规模庞大，所以对于普通用户来说，很难找到他们需要的信息，因而依赖于搜索引擎。然而，支持文字搜索的搜索引擎可以做到帮助用户找到相关的检索词，但实际上，它们仍然不太明确检索词的含义以及它们之间的关系。随着自然语言中一词多义和多词一义现象的递增，这个问题变得更为严峻。例如，当我们给出检索词“通道 计算机科学”，查询计算机科学领域中“通道”的概念，然而，最常用的搜索引擎Google却不清楚“通道”的含义，它可以理解为任意类型的管子，吸烟的设备等等。只有当Google明白这两个检索词的之间的关系时，它才能准确的检索出需要的页面［5］。这就是“语义搜索引擎”的作用。语义搜索引擎(Semantic Search Engine,SSE)是语义网时代的搜索引擎,是语义技术最直接的应用,它从词语所表达的语义层次上来认识和处理用户的检索请求,通过对网络中的资源对象进行语义上的标注,以及对用户的查询表达进行语义处理,使得自然语言具备语义上的逻辑关系,能够在网络环境下进行广泛有效的语义推理,从而更加准确、全面地实现用户的检索。传统上有些检索也可以通过选择不同的搜索字符串的方法来改进，但稍复杂一点就无能为力了。考虑一个稍微复杂的例子。假设某人想要检索“去年在网上发表过文章的所有中文教师的姓名”，这样简单的查询对于传统的搜索引擎是无法解决的。语义Web则可以成功地执行上述查询条件或更为复杂的查询。语义Web依赖于把形式与内容联系起来的能力。

从国内外关于语义搜索引擎的研究来看,研究呈现两个重点:一个是关注对机器翻译、语义理解、人机会话等自然语言处理技术的研究,以支持实现人机之间自然语言通信的搜索;另一个是关注本体在语义搜索中的应用研究［2-7］。自然语言处理与本体技术不是完全决裂的关系,本体是一种语义描述工具,它可以为搜索引擎提供概念归一、概念关联分析等支撑,在基于本体的语义搜索引擎中,本体充当了底层概念集的角色,在很多语义搜索引擎中自然语言理解和本体技术是同时存在的,本文重点讨论以本体作为支撑的语义搜索引擎。

1 语义互操作性

语义是一个或一系列标志符号的含义以及它们之间的相互关系。它为软件构件间的信息传送提供解释性的框架，为用户和计算机程序之间的交流提供桥梁。

Uschold为语义的层次分类提供了方便框架，之后又定义了关于分布式软件体系结构中构件间信息交换的形式化语义。定义了3种语义如下：

真实世界语义 自然语言的语义，例如通过本文传送的语义，或通过口述传递的语义。

理论模型语义 基于关系结构模型中元素之间的关系，例如父类与子类之间的关系。它提供了从属性到数值集映射的形式化约束。

公理语义 基于一系列公理或其他形式规则，包括一系列术语以及它们的含义和关系，以形式化逻辑理论表示出来。

从另一角度来讲，语义也可以分为模糊语义和明确语义。明确语义可以形式化或非形式化地表示出来，为人类或机器处理信息提供服务［6-7］。具体分类如图1所示。

2 语义搜索引擎的概念体系结构

2.1 研究现状

现今，对于语义搜索引擎的概念体系结构的研究较少，提出的概念体系结构也在初级阶段，需要投入应用。在该体系结构中，最重要的构件是推理引擎，它担负着搜索查询的主要工作。

目前，两个最重要的推理引擎是CWM和Euler。前者由Tim Berners Lee和Dan Connolly创建，后者由Jos De Roo创建。两个引擎都是以实验为目的创建的，因而缺乏性能指标。它们的目的只是运行代码，因此没有在商业上得到大规模应用。CWM在Python语言中执行，使用了RDF。Euler可以运行Java语言，具有路径监测功能，在性能上比CWM强一些。但是，CWM和Euler都不支持知识库［6］。

图1 语义层次分类另一个值得一提的工程是SHOE(Simple HTML Ontology Extension)，由美国马里兰大学于2001年创建。它是基于本体的，主要应用于在两个领域，即计算机科学与食品安全。但是，它具有如下缺点：

（1） SHOE不是一个标准。W3C一直致力于把语义Web语言标准化。这些本体语言已被领域人员所接受，是基于XML的，而SHOE恰恰相反，是基于HTML的。

（2） 它只能在XSB和Parka系统中执行，XSB是一个单用户系统，不适合应用于Web中。

（3） Parka知识库不能分割，适用于系统中只有一个本体的情况，这对于需要执行搜索推理的语义搜索引擎来说是不可能应用的［8］。

现今推理引擎的问题是它们不支持健全的知识库，所以功能限制在了代码验证上。本文提出的概念体系结构不存在这个问题，因为此体系结构中的推理引擎具有一个完整的知识库。此外，通过使用W3C推荐的OWL语言，语言标准化的问题也得到了解决。

2.2 语义搜索引擎的概念体系结构的描述

概念体系结构设计阶段在软件体系结构的设计中占有非常重要的地位，是因为这一阶段的决策在整个软件开发周期中对软件的成本和系统性能影响较大，它是完善软件最大视角和估算软件开发成本所进行的最重要的决策，决定了软件开发的方法和约束关系。分析各种需求后，本文提出了一个语义搜索引擎的概念体系结构，如图2所示。

该概念体系结构是基于构件的。其中，每一个矩形框表示一个构件，黑色方块表示构件的服务端口，白色方块表示请求端口，箭头表明了各个构件间的交互。

主要有以下几个要点：

（1） 本体以一种纯文本格式(.OWL或.DAML)被创建。本体翻译器将其翻译成相关的数据库表格。

（2） 用户使用本体解释器来解释带有本体的Web页，并将其显示出来。

（3） Web搜索程序寻找用本体解释过的Web页，添加到本体知识库中，并建立这些本体实例的知识库。

（4） 用户通过查询建立器进行搜索查询，查询结果在预处理之后由查询预处理器送至推理引擎。

（5） 通过使用本体数据库和知识库， 推理引擎进行逻辑推理，并把最终查询结果显示在Web页面上。

图2 语义搜索引擎的概念体系结构各个构件的作用：

（1） 本体解释器。一旦本体被建立，需要用元数据解释Web页。本体解释器从数据库或纯文本文件中读取本体，允许用户解释它们的Web页。这个过程在新建网页时非常简单，然而在解释已经存在的Web页时就变得异常复杂。这是因为Web页是只读的，而对于他人创建的Web页不能进行正确的访问。惟一可能的解决方法就是让Web页的创建者自己解释。

（2） Web搜索程序。Web搜索程序的目的是寻找被解释过的Web页。正如传统的搜索引擎在Web页中寻找关键词一样，语义Web搜索程序在解释过的Web页中寻找相关概念并建立知识库。新建的知识库应当具有较高的性能，可以动态改变，而且不限制本体数量。

性能是多用户环境中最重要的元素，允许上千用户同时访问数据库。除此之外，知识库支持增加、修改、删除、合并等操作。

（3） 查询建立器。用户不可能用本体语言来查询，需要提供直观的工具进行搜索查询，搜索引擎的文本框能够通俗易懂地为用户提供查询环境并进行语义搜索。此外，查询建立器能够从知识库中装载本体，并且允许用户输入复杂的查询条件。

（4） 查询预处理器。查询预处理器的作用是把查询条件转化为推理引擎能够理解的表格。智能的查询建立器能够检查出拼写错误，并给予用户解决方案，以提高查询的准确度。如果推理引擎对于给定的查询没有返回任何结果，那么查询就被送至传统的搜索引擎。此外，用户可以通过添加“+”，“ ”等标志来提高查询的准确性。

（5） 推理引擎。推理引擎是整个系统的核心，最根本的作用是通过逻辑推理，由已知的本体知识推导出新知识。例如，在第一部分讨论的例子：查询“去年在网上发表过文章的所有中国教师的姓名”。

上述查询动作并不像表面那样简单。推理引擎首先会把查询条件分为若干个独立的概念，即姓名、中国、教师、发表、文章、网上和去年。假设本体知识库包含这些概念的所有相关知识。那么，推理引擎首先需要知道“姓名”是“人”的属性，而姓、名或全名都可以成为查询条件；“中国人”是指一个居住在中国的人，而“中国”是一个国家的名字。这样，所有具有“居住”的属性，并且属性值为“中国”的人都符合查询条件；所有种类的人员，教授，副教授，讲师，助教都符合“教师”这个查询条件；“文章”可以是会议记录，杂志或者书籍；“发表”是“教师”和“文章”之间的关系。语义Web是一种Web技术，而“年”是时间的度量单位。一旦推理引擎了解到所有术语的含义和关系时，就能更加准确地进行查询［10］。

2.3 查询过程

搜索查询条件从查询预处理器进入推理引擎。之后，它访问知识库来寻找本体数据库中的概念解释。一旦它理解了概念的明确解释和检索词之间的关系，就根据逻辑推理在知识库中寻找匹配项，查询结果最终被送到用户视图。如果推理引擎没有找到任何匹配项，这次查询被送到传统的搜索引擎，并把查询结果返回给用户。

3 结 语

本文为语义搜索引擎提出了一个完整的概念体系结构。讨论了一个语义搜索引擎所需的所有构件，讨论的重点是推理引擎。提出的概念体系结构可以战胜传统的推理引擎缺点，但有待实际应用。所以，下一步工作就是把该概念体系结构应用到实际的语义搜索引擎开发过程中进行验证。

参 考 文 献

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［2］ CHEN F, ZHANG Z, LI J, et al. Service identification via ontology mapping [C ]// Proceedings of the 33rd Annual IEEE International Computer Software and Applications Conference. Seattle, USA: IEEE, 2009: 486-491.

［3］ 李青山，陈平．语义化互联网的关键技术［J］．计算机科学，2002(6):86-89．

［4］ 甘健侯．基于语义Web的常用软件领域知识发现系统研究［J］．计算机应用与软件，2007(4):67-69．

［5］ YOUSEFF L, BUTRICO M, SILVA D. Toward a unified ontology of cloud computing [C ]// Proceedings of Grid Computing Environments Workshop. [S. l. ]: GCE, 2008: 1-10.

［6］ ZHUGE H. Communities and emerging semantics in semantic link network: discovery and learning [J ]. IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, 2009, 21 (6): 785-799.

［7］ BITTNER T, DONNELLY M, SMITH B. A spatio-temporal ontology for geographic information integration [J ]. International Journal of Geographical Information Science, 2009, 23 (6): 765-798.

［8］ 张友生，陈松乔．基于体系结构的软件过程Petri网模型［J］．小型微型计算机系统，2005，26(1):67-69.