基于OWL元模型的本体建模研究

一种严格的逻辑描述语言， 其复杂的符号仅为少数 专业人员理解和掌握( 然而作为一种被业界广泛关 :)T 的理解难度制约了基于 :)T 注的本体语言， 本体 应 用 的 发 展， 现 有 的 :)T 本 体 编 辑 工 具 HW82]F] 采用抽象的语法符号也未能有效降低这种 理解上的难度： 不能利用图形化界面表示 :)T 中 （ 并集关系 的所有元素， 如 :)T 类之间的组合关系
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:)T 按照不同约束要求可分为 = 种子语言： :)T T/2C、 :)T ZT 和 :)T ^*99( :)T T/2C 适用于只 需要一个 概 念 分 类 层 次 和 简 单 属 性 约 束 的 要 求( :)T ZT 支持既需要丰富表达能力又需要较强推理 功能的情况( :)T ZT 包含 :)T 语言中所有的语言 约束， 用 以 保 证 推 理 的 计 算 完 整 性 和 可 判 定 性( :)T ^*99 对 _Z^ 提供最大程度的支持， 允许本体在 预定的 _Z^ 和 :)T 词汇表以外增加词汇， 但不提 供上述计算保障( = 种子语言均采用了大量逻辑符
第 !" 卷 第 ! 期 # $""% 年 &" 月
武汉大学学报 （ 理学版） ’( )*+,- .-/0( （ 1,2( 34/( 56( ）
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间的映射关系， 从而能够在特定的领域中使用原有 的 .ST 结构并最终实现直观、 易操作的 :)T 本体 建模( 本文主要采用 .ST 扩展机制作为克服 :)T 和 实际本体 建 模 需 求 间 语 义 差 距 的 关 键 技 术， 在对 :)T 建模元素进行详细分析的基础上， 制定了 .ST 建模元素与 :)T T/2C 语法元素之间的映射关系， 继 而建立了 :)T T/2C 的 .ST VW8U/9C 元模型( 随后的 一个具体示例说明， 使用 :)T 的 .ST VW8U/9C 能够 直观、 清晰地进行 :)T 本体建模， 促进 :)T 本体 建立的易操作性(
!TS
武汉大学学报 （ 理学版）
第 !" 卷
号和抽象描述， 这使人们难以理解和掌握它们， 从而 难以满足实际的本体建模需要# 因此有必要通过定 义 $%& 的元模型来促进对 $%& 语法和语义的简
［ ’］ 单、 一致的理解 # 如果不是特别指出， 本文随后主
〈 F:=)5:<*，｛<15==， .@0=： A*=<.(>)(/:， .@0=： )?>*=｝ 〉 ｝ 确定连接对象 类 型 的 关 系 的 类 $ 确定关系： 型# 这里列举了 $%& 四种对象类型之间可能出现 的关系# N*15)(/: 8?>*= C L ｛.@0=： =3HE15==$0，.@0=： =3H-./>*.)?$0， /G1： @(=I/(:)%()4，/G1： /:*$0， /G1： (:9*.=*$0，/G1： =5B*-./>*.)?O=， /G1： =5B*E15==O=，/G1： =5B*O=， /G1： 3:(/:$0，/G1： </B>1*B*:)$0， /G1： (:)*.=*<)(/:$0， /G1： <5.@(:51()?，/G1： B5PE5.@(:51()?， /G1： B(:E5.@(:51()?， /G1： 511Q513*=J./B，/G1： 45=Q513*， /G1： =/B*Q513*=J./B｝ 在所应用的元建模语言中， 一般 % 确定角色： 通过使用角色类型指定对象之间的关联# $%& 中对 象的既可以作为 @/B5(: .*=/3.<*， 又可以作为 .5:M* .*=/3.<*# L N/1* 8?>*= C｛@/B5(: .*=/3.<* ，.5:M* .*=/3.<* ｝ $%& 的 & 分配关系类型和角色类型的属性： 关系和角色类型具有很多属性， 例如 B31)(>1(<()? 就 说明关系 /G1： <5.@(:51()? 需要指出 <5.@(:51()? 的限 定值# L -./>*.)(*= 0/. N*15)(/: 8?>*= 5:@ N/1* 8?>*= C L L ｛ 〈 .@0=： =3HE15==$0， ｛｝ 〉 ， 〈 .@0=： =3H-./>*.)?$0， ｛｝ 〉 ， 〈 /G1： 45=Q513*， ｛｝ 〉 ， … 〈 /G1： <5.@(:51()?， ｛B31)(>1(<()?｝ 〉 ， … 〈 /G1： (:)*.=*<)(/:$0， ｛｝ 〉 ， …｝ 每一个单个的技术 ’ 确定单个技术的元模型： 中处理对象、 关系和角色类型之间所有可能出现的 联系# 这里使用三元组 〈 关系， ｛对象 R ，对象 S ｝ 〉 来 说明上述联系， 其中对象 R 的角色类型是 .5:M* .*6 =/3.<* ， 对象 S 的角色类型是 @/B5(: .*=/3.<*# E15== C｛ 〈 .@0=： =3HE15==$0， ｛<15==， <15==｝ 〉 ， @(=I/(:)%()4， ｛<15==，<15==｝ 〉 ， 〈 /G1： 〈 /G1： 3:(/:$0， ｛<15==，<15==｝ 〉 ， 〈 /G1： </B>1*B*:)$0， ｛<15==，<15==｝ 〉 ， 〈 /G1： (:)*.=*<)(/:$0， ｛<15==，<15==｝ 〉 ， 〈 /G1： 45=Q513*， ｛>./>*.)?，(:=)5:<*｝ 〉 ， 〈 /G1： =5B*E15==O=， ｛<15==，<15==｝ 〉 ， 〈 /G1： =5B*O=， ｛<15==，<15==｝ 〉 ｝ -./>*.)? C L ｛ 〈 .@0=： =3H-./>*.)?$0， ｛>./>*.)?，>./>*.)?｝ 〉 ，
第! 期
王 翀 等： 基于 "#$ 元模型的本体建模研究
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〈 %&’： ()*+,-)’,./， ｛0*%01*./，0*%01*./｝ 〉 ， 〈 %&’： 2)34)*+,-)’,./， ｛0*%01*./，0*%01*./｝ 〉 ， 〈 %&’： 2,-4)*+,-)’,./， ｛0*%01*./，0*%01*./｝ 〉 ， 〈 %&’： )’’5)’6178*%2， ｛0*%01*./，(’)77｝ 〉 ， 7%215)’6178*%2， ｛0*%01*./，(’)77｝ 〉 ， 〈 %&’： 〈 %&’： 7)219*%01*./:7， ｛0*%01*./，0*%01*./｝ 〉 ， 〈 %&’： ,-;1*71"<， ｛0*%01*./，0*%01*./｝ 〉 ， 〈 %&’： 7)21:7， ｛0*%01*./，0*%01*./｝ 〉 ｝ =-+,;,+6)’ >｛ 〈 %&’： %-1"<， ｛,-7.)-(1， %&’： ?@,-A｝ 〉 ｝ 明确不同技术中类型 ! 确定技术之间的连接： 和实例的直接关系或约束B 在建模工具中使用的 " 确定方法的表示部分： 方法必须要有一定的符号规范 （ 如图形符号） B 为促 进人们在特定建模方法中的理解和交流， 必须为该 方法中的建模元素定义符号信息B 本文采用 CD$ 的 9*%<,’1 扩展机制扩展 CD$ 的基本建模元素， 定义了 以下的 "#$ 的 CD$ 表示集 （ 见表 E ） B 该表示集将 被用于建立 "#$ 的 CD$ 9*%<,’1 元模型B # 分析和评估元模型 由于方法的规范通常不一致而且定义模糊， 因此 可以用多种方式来为一种方法建模B 在现有方法描述 和建模工具的基础上分析这些建模方式， 以确保所构 建的元模型中包含某一方法中的所有知识元素B 依照上述 CD$ 建模元素与 "#$ 元素之间的映 射关系， 可以建立 "#$ 的 CD$ 9*%<,’1 元模型， 促进 对 "#$ 的理解B 图 E 定义的是 "#$ 的 CD$ 9*%<,’1 核心元模型B F F 由图 E 可以看出， 4’)77 和 9*%01*./ 之间的关系 由 G17.*,(.,%- 限定和说明； 4’)77 和 *+<7-7： $,7.
［ $］ ( 因此有必要寻找出一种更好的 和补集关系等）
方式消除上述这种技术和应用需要之间的语义差 距， 真正促进基于 :)T 本体应用的发展( .ST （ .-/U/C6 S86C9/-F T,-F*,FC） 是软件工程中 的标准建模语言， 它不仅受到学术界和软件开发领 域的广泛关注， 而且也在实际应用中得到了大量工 具和领域专家的支持( 因此要为语义 )CI 的信息语 义构建大量高质量的模型， .ST 无疑是一种理想的 建模语言( 使用 :)T 表示领域知识是一个复杂的 过程， 难以表示出完整的领域知识， 这就使 :)T 技 术和实际需求领域之间出现了较大的语义差距( 作 为一种对语义 )CI 及其相关本体研究起到重要作 .ST 完全可以有效解决上述问题( 采用 用的语言， .ST 的概念建模机制可以对整个问题域的对象 （即
文章编号： &KL&>;;=K （ $""% ） "!>"!;&>"!
基于 !"# 元模型的本体建模研究
王 翀，何克清 ? ，刘 进
（ 武汉大学 软件工程国家重点实验室，湖北 武汉 %=""L$ ）
# # 摘# 要：采用 .ST （ .-/U/C6 S86C9/-F T,-F*,FC） 的 VW8U/9C 扩展技术作为消除 :)T （ )CI :-2898FR T,-F*,FC） 复杂 符号体系与本体建模易操作性需求之间的矛盾的关键技术， 制定了 .ST 建模元素与 :)T T/2C 语法元素之间的映 并且通过一个具体的示例说明使用 :)T 的 .ST VW8U/9C 能够直观、 射关系， 建立了 :)T T/2C 的 .ST VW8U/9C 元模型， 清晰地进行 :)T 本体建模， 促进 :)T 本体建立的易操作性( 关# 键# 词：)CI 本体语言；.ST VW8U/9C；本体建模 中图分类号：XV =&&( !# # # 文献标识码： M
# # 收稿日期： $""=>&$>&!# # # # ? 通讯联系人# 5 @ A B,/9： +CDCE/-FG H*I9/4( J+( +I( 4基金项目：国家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ K"=L=";K ） ； 湖北省自然科学基金资助项目 （ $""$MNN"=L ） ；武 汉 市 科 技 重 点 攻 关 项 目 ； 软件工程国家重点实验室开放基金资助 （ OD9OC"=>"= ） ； （ $""$&""$"%= ） 万方数据 作者简介：王 翀 （ &P;&>） ， 女， 硕士生， 现从事软件工程研究( # 5>B,/9： J,-F4+8-F Q J+*G R,+88( 48B( 4-
要分析和建立的是 $%& &()* 的 +,& -./0(1*#
［ !］ 本文采用 23456-*775 8/195:*: 提出的元建模
方法来建立 $%& 的 +,& -./0(1* 元模型# 此方法将 元模型的构建过程定义为一个对元模型进行内容分 析的过程， 该过程具体来说可分为 ; 步： 首先收集和 识别相关的建模技术， 然后将这些建模技术进行分 类以简化建模方法的概念结构， 最后再将这些技术 整合成一个完整的元建模方法# 本文依照此方法分 析和构建 $%& 元模型的过程如下： 这些技术包含不同 ! 确定方法中用到的技术： 的概念及其所支持的符号# 其中， 一个技术包含的概 念也可 以 被 其 它 技 术 共 享# $%& 中 主 要 包 含 了 <15==、 >./>*.)? 和 (:@(9(@351 这 ; 个核心技术# $%& A/B5(: C ｛<15==，>./>*.)?，(:@(9(@351｝ 对象类型指的是一个技术的 " 确定对象类型： 基本组成元素# $%& 中所包含技术由 D*5@， E15==， -./>*.)?， F:=)5:<* 这 ’ 种元素组成# /G1： $HI*<)-./>6 *.)? 等 属 性 是 -./>*.)? 的 子 类， 它们也可以作为 $%& 的对象类型来使用# $HI*<) 8?>*= C ｛D*5@， E15==， -./>*.)?， F:6 =)5:<*｝ -./>*.)? C｛/G1： $HI*<)-./>*.)?， /G1： A5)5)?>*-./>*.)? ， /G1： F:9*.=*J3:<)(/:51-./>*.)? ， /G1： 8.5:=()(9*-./>*.)?， /G1： K?BB*).(<， /G1： J3:<)(/:51-./>*.)?｝ 每个对象类型都 # 确定每个对象类型的属性： 含有 " 到多个属性， 这些属性说明了对象类型实例 的特征# 这一步详细说明了每个 $%& 对象类型所 包含的属性， 例如 -./>*.)? 中需要指出该属性的名 字以及它所涉及的是哪两个元素# -./>*.)(*= 0/. /HI*<) )?>*= C L ｛ 〈 D*5@， ｛/G1： 9*.=(/:F:0/，/G1： (B>/.)= ｝ 〉 ， ｛<15== :5B*，/G1： E15==，.@0=： -./>6 〈 E15==， *.)?｝ 〉 ， 〈 -./>*.)?，｛>./>*.)? :5B*， .@0=： @/B5(:， 万方数据 .@0= ： .5:M* ｝ 〉 ，
现实世界中的概念） 建模， ຫໍສະໝຸດ Baidu够完整表示需求领域
$% 引% 言
# # :)T 是 )=Y 新近推出的一种针对语义 )CI
［ &］ 的本体语言， 它以 ZMST [ :\T 作为发展基础 ， 是
的知识； 采 用 .ST 的 扩 展 技 术 可 以 制 定 :)T 的
［ =］ .ST VW8U/9C ， 规范 .ST 建模元素和 :)T 元素之