面向对象的本体建模研究
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图+
面向对象的本体建模过程
)
本体对象建模方法
所谓本体承诺 （JDGG9CG65C） 是建立在某种语言和可以被
称为本体的某种事物之间的映射。依据本体及其对象建模 承诺， 在研究本体建模与对象建模的关系及其建模机制 （%&’） 建模方法。 “承诺” 这 的基础上， 提出本体对象 （D5CD:DBELDMN6JC） 个概念可以理解成本体对建模语言的约束性， 23=M63 +QQ# 年 在 文 献 (+* 中 提 出 的 构 造 本 体 的 # 条 规 则 之 一 就 是 最 小 承 诺 规 则。 本体中的基本组成元素是概念， 从分析整理一个领域中的 知识和知识应用的范围角度来看， 传统本体的树型概念图是半 结构化的， 在模型的描述能力和构造能力方面不强。如果将本 体模型中的概念视为对象，将对象作为本体模型的基本元素， 那么概念就可具有对象的结构。 %&’ 是 目 前 国 际 上 标 准 的 面 向对象建模的代表性语言和方法，利用 %&’ 的抽象类建模作 为桥梁， 可以建立本体对象建模的本体承诺框架， 如图 ! 所示。
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摘 要 关键词
面向对象的本体建模研究
陈 凯 何克清 李 兵 梁 鹏 （武汉大学软件工程国家重点实验室， 武汉 QB""R!）
>10/5F： I’**G3(’05DH!#%SJ5D/$630$6D N82 语言是面向对象建模领域公认的工业标准，而本体建模是近来迅速发展的语义网中主要建模技术， N82
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・ 学术探讨 ・
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“概念模型的显式表示” ， 某个领域 识。 &’()*’ 曾将本体定义成 的本体是该领域的一个公共的概念集， 其中的概念含有该领域 本体 公认的语义， 并通过概念之间的各种关系来体现 。目前，
+%,
传 统 -*) 内 容 只 是 供 人 阅 读 的应用热点集中在 语 义 -*) 中 ， 和进行数据共享，本体实现对 -*) 内容的形式化与结构化描 述， 使得计算机也能够在 “理 解 ” 的前提下更好地处理、 利用 因此， 本体是语义 -*) 的基石。 -*) 上的信息和知识， 现有本体表示语言可以分为两类， 一类是基于一阶谓词逻 等， 这些语言虽然易于计算机 辑的， 如框架逻辑 （.’/0*123456 ） 最重 推理， 但是人阅读起来却比较困难， 而 且 对 于 -*) 应 用 ， 要的是定义一个具有统一语法的语言。由于 782 已经成为当 前互联网上数据交换的标准语言，为了简化语言分析器的任 支持本体信息交换的语言 务， 人们希望建立基于 782 语法的、 这些语 标准， 这样就产生了第二类基于 782 标准的本体语言。 言包括： 多种 9:.、 ;<=> 、 7=2、 =82、 =?2、 :@82A=?2 。但是，
;E/DHI3’H 大 学 8*H56/F ?DI3’0/E56J 小 组 开 发 的 K’3EL4L 。 由
而同属于 :@9M@ :@9M@ 支持的 :@82 项目组开发的 NO=P。 支持的 C=:?M 项目组也开发了 :N>P。 虽然这些工具大多提供 了图形界面编辑本体的功能， 但是也只是实现了本体建模前期 的需求和分析，本体模型的大部分建立过程还是要手工参与， 开发效率较低， 并且当本体模型中的知识动态更新时， 很难通 过手工来控制本体模型的版本。 这使得本体模型的开发只停留 在实验研究阶段，没有在语义 -*) 互操作领域发挥应有的效 果。 面向对象的思想和方法给计算机许多领域的发展产生了 巨大的推动作用，在本体建模中引入面向对象的思想和方法， 必将对现有的本体开发过程带来革命性变化。 N82 是 =8& 发 布的面向对象的标准建模语言， 在信息和概念的工程化建模方 面取得了很好的应用效果， 成为软件开发的工业标准， 拥有强 大的数据库和成熟的开发环境支持， 同时 ， 存 在 大 量 熟 悉 N82
在本体建模领域中的应用的可行性和具体方式一直是关注的焦点。该文对面向对象建模与本体建模之间的关系进行分 析， 基于 N82 本体承诺的概念， 阐述了用 N82 对本体进行建模的本体对象建模的 可 行 性 ， 提出一种规范本体对象建模 为 N82 直接对本体建模提供了理论依据。 的 N82 元模型扩展方法， 本体建模
N82
本体承诺
元模型 文献标识码 @ 中图分类号 PM%T
文章编号 %""!1TBB%1 （!""# ） "!1""Q"1"Q
!"#"$%&’ () *)+(,(-. /(0",1)- 2#1)- *34"&+5*%1")+"0 6"&’)(,(-.
7’") 8$1 9" 8":1)- ;1 <1)- ;1$)- =")（;E/E* U*G 2/) 3I ;3IEV/’* >D45D**’5D4 ， -(W/D ND5X*’J5EG， -(W/D QB""R!）
12 这些知识表示语言，而且还能支持将来有可能出现的其它Leabharlann Baidu
知识表示语言。 目前， %&’ 用于本体建模的研究还处于探索阶段。 134567 对象图来表示 896:; 和 <=3>9? 使用 %&’ 中的类图来表示本体， 知 识 元 素 ， 并 且 还 开 发 了 一 个 用 于 %&’ 数 据 绑 定 的 工 具 (@*。 “,5CD:DBE A63B65C9 和 <DBB9 直接提出在 %&’ 规范中增加一个 来描述本体中的知识和关系 (#*。他们采用的共同方 法 F94B34G” 是建立 ,-’ 或 FH&’ 的 元 素 集 到 %&’ 元 素 集 的 映 射 ， 对 于 就运用 ?C636DCEI6 扩 展 机 制 加 上 ,1’ %&’ 里缺少的对应元素， 约束语言， 定义新的 %&’ <3D89:6 。这种扩充方法的功能 有 限 ， 不能够完全达到预期中 %&’ 对本体进行描述的效果，扩充后 的符号集很繁杂， 和原有的 %&’ 符号交错在一起， 理解上存在 难度。 另外， 扩展得来的新元素不如 %&’ 规范中原有的元素定 义的准确性， 容易造成意思的混淆， 规范不统一。 更 好 的 本 体 建 模 方 式 应 该 是 在 ,&2 模 型 驱 动 框 架 （&FH ， 中 的 &! 层 上 ， 扩展原有的 &D;6: F39>65 H3JK9C6JC=36 ） 这样从 “元级” 这个层 次 保 证 了 新 的 %&’ 元 模 型 %&’ 元模型， 可以用来指导开展本体建模工作， 并且为这个元模型可以保证 描述的处于 &+ 层的本体模型之间的互操作性。
+!,
本体描述语言共存使得使用者相互交流很困难。因此， 在集成 已有本体语言的基础上， -BC 推 荐 将 =-2 （-*) =DE3F34G 作为描述 -*) 中本体的标准语言。 2/D4(/4* ） =-2 采用描述逻 辑作为本体描述的逻辑基础， 具有较丰富的表达能力， 也能用
基金项目： 国家自然科学基金 （编 号 ： ； 软件工程国家重点实验室开放基金 （编 号 ： ； 武汉市科技重点攻关项目 （编 号 ： \"BRB"T\ ） JYFJ*"B1"B ） 资助 !""!%""!"QB ） 作者简介： 陈凯 （%]T"1 ） ， 男， 硕士研究生， 研究方向为软件工程。
Q"
!""#$! 计算机工程与应用
语言和 %&’ 建模工具的软件开发人员。因此， 将 %&’ 应用于 本体建模是实现面向对象的本体建模的有效途径， 具有以下优 势 ()*： 熟 悉 %&’ 的 用 户 可 以 利 用 现 有 的 大 量 %&’ 模 型 、 模 （+ ） 式和 %&’ 工具熟练地进行本体建模。 可以为本体开发的整个生命周期 （分析、 设计、 实现、 测 （! ） 试及配置） 提供工程化支持， 如支持建模过程中版本控制、 协同 开发、 元素的动态更新等功能， 从而保证本体存储和访问的一 致性， 有利于本体之间的交互。 （) ） %&’ 对 本 体 进 行 建 模 不 仅 能 支 持 现 有 的 ,-’、 ./0、
效开发本 体 的 基 础 ， 但 本 体 模 型 和 ,L, 模 型 的 差 异 导 致 %&’ 在一些方面不适于进行本体建模， 比如本体中的属性是第一级 因此即 的建模元素， 而在 %&’ 中属性和关联都不是第一级的， 使是 ,&2 即将发布的 %&’!$" 规范也不能够解决本体 建 模 需 以 要解决的所有问题。为了解决这些问 题 ， 就 必 须 扩 展 %&’， 实现面向对象的本体建模。 领域专家利用本体 图 + 描述了面向对象的本体建模过程： 建模的方法， 如基本顶级本体、 本体驱动的建模规则、 可用属性 类型， 形式化的本体属性或关系等等， 对某个领域的经验与认 识加以本体化的改造， 得到符合要求的本体模型。但是从一个 高层次的抽象本体模型很难转换成一个在工业应用中用得到 的模型， 所以必须由面向对象建模专家对领域专家建立的本体 模型用面向对象的语言重新构造后，实现本体到 ,L, 模型的 转换 (O*。
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面向对象建模与本体建模
,-’ 是用于本体描述的语言， %&’ 是用 于 面 向 对 象 （,L
建模的语言。人们常常把本体模型和 ,L, ,MN6JCL,3965C6; ） ,， 模型看作不同的模型， 因此用不同的语言来刻画它们。 其实， 这 两者之间既有不同点， 也有共同的部分 (O*。本体模型和 ,L, 模 型之间的不同点在于： （+ ） 两者的建模目的不同， 用于消除 ,L, 模 型 是 抽 象 的 ， 和简化不必要的概念与关系， 只遴选必要的知识来解决某个特 定的问题。本体模型在于知识表达， 往往需要囊括一个领域中 所有的知识， 强调知识的完备性。 由于知识总在发展变化， 因此 本体建模是个不断完善的过程， 这要求本体的开发工具能支持 本体的持续更新和相互引用。 （!） 创建精确、 具体的 ,L, 模 型 用 于 在 软 件 系 统 开 发 时 ， 实例。 本体模型关注的是概念层的问题， 虽然能说明某个事实， 但是却不具体指导软件开发中元素的建立。 本体的 “实例” 可能 仅仅是一种观点， 并且关于某个 “实例” 的多种观点可能共存于 该本体之中， 虽然多种观点相互并不矛盾。 本体模型和 ,L, 模型之间的相同点在于：两者都是表达 现实世界中可以用来处理的概念；两者都建立在类 P 概念和关 系之上， 比如子类和聚合关系。 无论是本体还是面向对象思想， 都是为了得到在某个领域上的可重用的模型。 同 一 个 领 域 的 本 体 模 型 和 ,L, 模 型 的 相 似 性 是 %&’ 有
（N82） ， 8".?(%0#： 3DE3F34G 03H*F5D4 ， ND5I5*H 83H*F5D4 2/D4(/4* 3DE3F34G 63005E0*DE， 0*E/103H*F
引言
“本 体 ” 这个概念起源于人工智能领域， 它被用来表达知
于推理。 但是， 目前关于对本体表达使用 =-2 和描述逻辑方面 还存在亟待解决的问题， 一方面对规则和公理的表达能力还较 弱， 另一方面由于采用了大量逻辑符号和抽象描述， 难以为人 理解和掌握， 因此不能满足实际的工程化本体建模需要 +B,。 另外， 欠缺工程化的本体开发工具也是阻碍本体建模发展 的一个重要的原因。目前一些较常用的本体开发工具， 如
图+
面向对象的本体建模过程
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本体对象建模方法
所谓本体承诺 （JDGG9CG65C） 是建立在某种语言和可以被
称为本体的某种事物之间的映射。依据本体及其对象建模 承诺， 在研究本体建模与对象建模的关系及其建模机制 （%&’） 建模方法。 “承诺” 这 的基础上， 提出本体对象 （D5CD:DBELDMN6JC） 个概念可以理解成本体对建模语言的约束性， 23=M63 +QQ# 年 在 文 献 (+* 中 提 出 的 构 造 本 体 的 # 条 规 则 之 一 就 是 最 小 承 诺 规 则。 本体中的基本组成元素是概念， 从分析整理一个领域中的 知识和知识应用的范围角度来看， 传统本体的树型概念图是半 结构化的， 在模型的描述能力和构造能力方面不强。如果将本 体模型中的概念视为对象，将对象作为本体模型的基本元素， 那么概念就可具有对象的结构。 %&’ 是 目 前 国 际 上 标 准 的 面 向对象建模的代表性语言和方法，利用 %&’ 的抽象类建模作 为桥梁， 可以建立本体对象建模的本体承诺框架， 如图 ! 所示。
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摘 要 关键词
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陈 凯 何克清 李 兵 梁 鹏 （武汉大学软件工程国家重点实验室， 武汉 QB""R!）
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在本体建模领域中的应用的可行性和具体方式一直是关注的焦点。该文对面向对象建模与本体建模之间的关系进行分 析， 基于 N82 本体承诺的概念， 阐述了用 N82 对本体进行建模的本体对象建模的 可 行 性 ， 提出一种规范本体对象建模 为 N82 直接对本体建模提供了理论依据。 的 N82 元模型扩展方法， 本体建模
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基金项目： 国家自然科学基金 （编 号 ： ； 软件工程国家重点实验室开放基金 （编 号 ： ； 武汉市科技重点攻关项目 （编 号 ： \"BRB"T\ ） JYFJ*"B1"B ） 资助 !""!%""!"QB ） 作者简介： 陈凯 （%]T"1 ） ， 男， 硕士研究生， 研究方向为软件工程。
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面向对象建模与本体建模
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建模的语言。人们常常把本体模型和 ,L, ,MN6JCL,3965C6; ） ,， 模型看作不同的模型， 因此用不同的语言来刻画它们。 其实， 这 两者之间既有不同点， 也有共同的部分 (O*。本体模型和 ,L, 模 型之间的不同点在于： （+ ） 两者的建模目的不同， 用于消除 ,L, 模 型 是 抽 象 的 ， 和简化不必要的概念与关系， 只遴选必要的知识来解决某个特 定的问题。本体模型在于知识表达， 往往需要囊括一个领域中 所有的知识， 强调知识的完备性。 由于知识总在发展变化， 因此 本体建模是个不断完善的过程， 这要求本体的开发工具能支持 本体的持续更新和相互引用。 （!） 创建精确、 具体的 ,L, 模 型 用 于 在 软 件 系 统 开 发 时 ， 实例。 本体模型关注的是概念层的问题， 虽然能说明某个事实， 但是却不具体指导软件开发中元素的建立。 本体的 “实例” 可能 仅仅是一种观点， 并且关于某个 “实例” 的多种观点可能共存于 该本体之中， 虽然多种观点相互并不矛盾。 本体模型和 ,L, 模型之间的相同点在于：两者都是表达 现实世界中可以用来处理的概念；两者都建立在类 P 概念和关 系之上， 比如子类和聚合关系。 无论是本体还是面向对象思想， 都是为了得到在某个领域上的可重用的模型。 同 一 个 领 域 的 本 体 模 型 和 ,L, 模 型 的 相 似 性 是 %&’ 有
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引言
“本 体 ” 这个概念起源于人工智能领域， 它被用来表达知
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