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面向事实的两层本体建模方法研究

潘文林  
【摘要】:自20世纪90年代初被引入到计算机与信息技术领域以来,本体论相关研究已取得了丰硕的成果,相关技术已广泛应用于基于知识的各种应用系统中,并已成为语义计算的基础设施。本体建模方法是本体工程的关键技术问题之一,尽管已有多种本体建模方法可用,但本体建模仍面临诸多挑战,易于领域专家等非本体论技术人员使用的、易于达成共识的、有益于提高本体质量的建模方法仍是目前需要研究的问题。 通过分析本体的建模要求以及已有本体建模方法的优点和不足,本文提出了一种以面向事实的信息建模方法为基础的两层本体建模方法——面向事实的两层本体建模方法,简称FOOM方法,并对该方法的领域本体建模原理、领域本体的管理框架及其形式化定义、建模语言、建模过程、建模工具、本体转换、模型合并和语义冲突检查等相关技术进行深入研究,最终完成了一套易用的、易于达成共识的、有益于提高本体建模质量的本体建模方法。本文的研究内容和创新工作主要包括以下方面: 提出了面向事实的两层本体建模方法,该方法采用面向事实的方法来获取和表达领域本体,采用两层管理框架来管理本体,遵循两层建模原则来构建和维护本体。FOOM方法能有效解决本体建模面临的多个挑战性问题:(1)面向事实的本体建模方法使得领域专家能够真正参与到本体建模过程中,从而能从根本上提高领域本体的建模质量;(2)面向事实的概念模型易于本体论相关人员阅读和理解,从而能有效地提高领域本体的可达性;(3)两层管理框架有利于提高领域本体的重用性和可用性,能有效解决本体的重用性和可用性矛盾,同时也简化了领域本体的演化模式和维护任务;(4)两层建模原则把面向领域的结构本体建模和面向业务的应用本体建模分离开,易于本体涉众达成共识。 构造了图形化本体建模语言FOOL,分析了其一阶逻辑形式化语义,开发了其本体定义元模型、标记语言和抽象语法。图形化建模原语能直观地表达本体,方便本体建模人员浏览和讨论;FOOL语言的一阶逻辑形式化语义有助于准确地理解FOOM本体的底层逻辑;通过本体定义元模型,支持元对象设施规范MOF的各种本体建模工具可以语义无损地交换FOOM本体,UML技术社区的技术人员可以直接使用支持MOF规范的UML工具浏览和建模FOOM本体;使用标记语言来编码FOOM本体,不同的语义Web应用系统之间可以通过XML文件交换FOOM本体;抽象语法是检查模型语法错误的基础。 提出了把FOOM本体转换为语义Web语言OWL公理和通用逻辑CL表达式的转换方法和转换规则,为本体工具中实现相应的本体转换功能提供了算法基础。转换规则保证了FOOM本体的可用性。通过转换,FOOM本体可应用于语义Web应用系统和基于CL的知识管理系统中,同时还能使用推理引擎来推理和检查FOOM本体。 提出了FOOM模型的合并方法、局部语义冲突检查模式和相应的即时检查算法。FOOM模型的合并方法为本体建模团队提供了结构本体和应用本体的合并操作指南,为设计FOOM本体建模工具的自动合并功能提供了算法支持。局部语义冲突即时检查模式和算法为本体建模团队提供了常见的局部语义冲突检查模式,为设计本体建模工具的局部语义冲突即时检查功能提供了算法支持。自动合并功能和局部语义冲突即时检查功能能有效提升建模工具的可用性。


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