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Knowledge graph for TCM health preservation: Design, construction, and applications
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摘要：
中医学是中华民族重要的非物质文化遗产之一。 收集，分析和管理中医保健知识资产是中医药发展的重要战略。 作为一种新型的大规模知识管理技术，知识图谱为解决中医药领域“知识岛”问题提供了理想的技术手段。 在这项研究中，我们构建了一个大规模的知识图，它集成了术语，文档，数据库和其他知识资源。 该知识图可以促进知识可视化，知识检索，知识推荐等多种知识服务，有助于中医保健知识的共享，解释和利用。
Introduction
中医学是中华民族优秀文化的重要组成部分，具有悠久的发展历史。 古代医师非常重视健康和长寿。 他们在整个临床活动和日常生活实践中积累了丰富的医疗保健经验，并建立了一套保健理论和方法体系。 中医从业人员系统梳理和保存中医保健知识是一项重要战略。 随着人们生活水平的提高，中国人开始越来越重视生活质量，因此对健康知识的需求越来越强烈。
近年来，信息技术在中医药领域的应用取得了较大进展。 中医从业人员构建了大量的术语系统，文献库和数据库，形成了比较完整的中医药科学数据体系[1]。 这些数字资源包含丰富的知识，可以支持医疗保健知识系统的发展。 但是，相关的知识资源是分散的，像一组“知识孤岛”。 数据集成的缺乏导致资源利用率低下，并妨碍了服务的能力。 人们对健康知识的需求与服务质量之间仍存在差距。
知识图是大数据时代大规模知识管理和智能服务的新兴技术[2]，[3]。 “知识图”是建立在“语义网络”上的庞大知识系统。 它可以捕捉和呈现领域概念之间错综复杂的关系，并将各种信息系统中分散的知识连接起来。 知识图在知识检索，问答，知识推荐，知识可视化和其他应用程序中非常有用。 知识图为解决中医药领域“知识岛”问题提供了理想的技术手段，有助于实现知识资源的整合，提高知识服务能力。
如图1所示，知识图是一种基于图的知识表示和组织方法。它使用一组“主谓谓词对象”三元组来表示一个域中的各种实体及其关系。知识图也可以看作是一个巨大的网络，其中节点表示域实体，弧表示实体之间的语义关系。知识图的核心部分是“语义网络”。知识图将更多的知识内容添加到语义网络框架中，如域实体的信息和相关文献资源的链接。这些知识资源来自数字资源，如数据库，文档库和数据文件，这些资源可能分散在不同的信息系统和组织中。知识图以语义网络为骨架收集和系统地组织散布的领域知识，实现知识检索，知识查询，知识浏览，知识显示和知识可视化等功能。
中医知识图的内容用图1所示的例子来解释。该图包含原理，人体器官，疾病，草药，方法，技术，名医和经典等各种类型的中医概念。例如，“地球”的概念来源于中国古代医学实践的哲学理论之一“五阶段理论”，涉及木，火，土，金属和水五个阶段，它们的运动和改变[7]。 “强化地球产生金属”的概念是根据“五相理论”的治疗原则，该理论使用加强脾脏（属于地球）的草药疗法（例如葛根）以利肺（属于金属）。因此，图表将概念“葛根”和“肺阴虚”的概念与标有“黄柏”的边缘连接起来，这意味着葛根可用于治疗肺阴不足（这意味着滋润肺的阴液）。另外，该图表确立了“葛根”和“葛根粉粥”之间的“成分”关系，它是与葛根一起煮粥并上升的粥。此外，该图还将粥与其来源连接起来，作为中国古代的一本书“和平圣善配方”，将该书与其着名医生王怀银等人的书联系起来。总之，中医知识图是一种直观且可扩展的知识模型，可以通过概念，关系和注释封装基本的中医知识。
近年来，知识图谱已成为知识管理，知识服务等领域的热门话题。互联网公司引入了知识图谱来提高服务质量，例如Google知识图谱，百度知识图谱和搜狗知识库。中医保健有自己的特点和需求，有必要研究中医知识图谱的构建方法，解决关键技术问题，实现知识图谱的快速发展，充分发挥其应用价值。鉴于此，本项目以中医药概念系统为研究重点，将相关结构性知识资源整合为大规模的知识图谱。这种知识图可以嵌入到文献检索，知识检索和其他系统中，提供知识导航，整合和可视化等知识服务。它促进了中医保健知识的分享，传播和利用，对中医师和普通人具有参考和服务的价值。
Construction of knowledge graph
本研究的目的是利用中医药领域积累的数据资源构建中医保健知识图谱。 如图2所示，本研究的总体思路是：将现有的数据资源进行整合，形成以语义网络为骨架的知识图谱，从而实现术语，文献，数据库等相关知识的系统组织 资源并支持智能知识服务。
“中医保健本体论”是中医保健知识图谱建设的基础。在以前的研究中，我们使用本体学习和手工编译的方法，通过参考相关论文，词典，教科书和参考书来构建本体论。本体论描述了中医保健概念，准确地表达了该领域的概念体系。它分为两部分：“*本体”和“词库”。 “*本体”本质上是一个语义网络框架。它由两部分组成：（1）语义类型的分层系统; （2）语义关系的层次体系。顶层本体对领域概念和知识资源进行合理分类，并定义领域概念之间的相关性。 “词库”是一系列概念和术语的结构化集合。该本体论基本涵盖了概念体系，为构建中医健康知识图提供了较为完整的框架。
另一方面，现有的TCM数据库为填充知识图提供数据资源。 中医从业人员选择并严格检查来源明确的专业文献，并将其记录在数据库中。 他们建立了大量关于中草药疾病，处方和化学成分的数据库，构成了较为完整的数据库系统。 例如，范等人。 [4]通过中医经典数字化建立了“中医保健数据库”，有效支持古籍保存和知识挖掘。 在另一个例子中，Yu et al。 [5]构建了一个专门的数据库，其中包含有关中医保健理念，原则和方法的丰富和准确的知识。
我们通过基于本体的数据库集成构建了中医保健知识图。 首先，我们将数据库的内容填充到知识图中，并执行查询。 其次，通过在半自动过程中从文本中获取知识来扩展知识图：文本挖掘工具用于对文本进行语义分析并提取实体和关系，并在专家验证后将其添加到知识图中。 另外，我们开发了一个编辑工具，可以帮助领域专家浏览，检查和编辑知识图，这有助于确保知识图的准确性和完整性。
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