（计算机应用技术专业论文）基于语义桌面的个人计算机资源管理系统.pdf

武汉科技大学 硕士学位论文第1 页 摘要 个人计算机在我们的r 常生活中扮演着越来越重要的角色。通过使用计算机，我们可 以观看d v d ，听音乐和玩游戏，或者利用电子邮件和即时聊天软件与其他人进行沟通。这 些已经成为我们生活当中必不可少的一部分。然而，由于这些功能都是通过不同的应用程 序实现的，信息之自j 无法突破应用程序边界从而在计算机中建立起联系。 语义网是对现有互联网的扩展和延伸，能够以一种明确的、形式化的方式来表示信息 资源，提高异构系统之间的互操作性，促进知识共享。通过把语义网技术转移到桌面计算 机，使用户能更快和更便利的访问计算机上的各种资源，信息以一种统一的形式表达和存 取，而与创建该信息的应用程序无关，这样的功能我们称之为语义桌面。 本文研究了语义桌面的基本原理、相关技术，分析了语义桌面的系统构建需要考虑的 相关问题，并提出了解决方案在这些研究和分析的基础上，本文提出语义目录的概念， 并将其应用到了我们实现的原型系统- - o n t o b 0 0 k 当中 本文最后详细描述了0 i i t o b o o k 的实现，该系统改变目前的基于目录的( d i r t o r y 伽e n t e d ) 资源管理方式，实现基于语义的( s e m i t i co d e n t c d ) 资源管理方式，提高资源 查找和定位的效率，并且能建立不同资源之间的语义联系，用户通过语义之间的关联能更 有效地处理个人业务，同时通过语义关联能够发现新的知识。 关键词：语义桌面；语义目录：语义网；本体 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t p e r s o n a lc o m p u t e r sa r eg a i n i n gam o r ea n dm o r ec e n t r a lr o l ei no u rd a i l yl i f e t h e ya r eu s e d t ov i e wi m a g e so rd v d s ，t ol i s t e nt om u s i c ，t oc o p l m u n i c a t ew i t ho t h e r sv i ae m a i lo ri n s t a n t m e s s a g i n g p e r s o n a lc o m p u t e r sa r ea b s o l u t e l yn e c e s s a r i l yi no u rd a i l yl i f e b u tm o s to ft h e s e t a s k sa r ed o n eb ys t a n d a l o n ea p p l i c a t i o n s t h i sm a k e si sa l m o s ti m p o s s i b l et ol i n kp i e c e so f i n f o r m a t i o na c r o s sa p p l i c a t i o nb o r d e r s t h es e m a n t i cw e bi sa ne x t e n s i o no fc u r r e n tw e bi nw h i c hi n f o r m a t i o ni s g i v e n w e l l d e f i n e dm e a n i n ga n dm a k e sc o m p u t e r sa n dp e o p l ew o r ki nc o o p e r a t i o n t h r o u g ht r a n s f e r t h es e m a n t i cw e bt o d e s k t o pc o m p u t e r s u s e r s 锄a c c e s sr e s o u r c ei nt h e i rc o m p u t e r sw i t h s p e e d i n e s sa n dc o n v e n i e n c e i n f o r m a t i o ni sd i s p l a y e da n da c c e s st h r o u l g hau n i f i e dw a y r e g a r d l e s so f t h ea p p l i c a t i o nt h a tc r e a t e di t w ec a l lt h i sf u n c t i o n a l i t ys e m a n t i cd e s k t o p i nt h i s p a p e r , w ei n t r o d u c eaw a y t ob u i l ds e m a n t i cd e s k t o pa n di m p l e m e n ta p r o t o t y p e i nt h i sp a p e r , w eh a v er e s e a r c h e dt h ep r i n c i p l ea n dr e l a t e dt e c h n o l o g yo fs e m a n t i cd e s k t o p a n a l y z e ds o m ep r o b l e m si nb u i l d i n gs e m a n t i cd e s k t o ps y s t e m ，a n dg i v e ns o l u t i o n s b a s e do n t h er e s e a r c ha n da n a l y s e s ，w ep r o p o s e dt h ec o n c e p to fs e m a n t i cd i r e c t o r y , a n da p p l i e di ti no u r p r o t o t y p es y s t e m - o n t o b o o k a tt h el a s to ft h i sp a p e r , w ep a r t i c u l a ri n t r o d u c eh o wt oi m p l e m e n to n t o b o o k t h i ss y s t e m h a sc h a n g e dt h ed i r e c t o r yo r i e n t e dw a yw em a n a g er e s o u r c e si no u rp c , a n dr e p l a c ei tw i t h s e m a n t i co r i e n t e dw a y i ti m p r o v e st h ee f f i c i e n c yw es e a r c ha n dl o c a t er e s o u r c e s i ta l s o 啪 c r e a t er e l a t i o n sb e t w e e nd i f f e r e n tt y p e so fr e s o u r c e s ，a n du s e r sw o u l dt r e a tt h e i rp e r s o n a la f f a i r s m o r ee f f i c i e n t l y m e a n w h i l e ，u s e r sc a nd i s c o v e rn e w k n o w l e d g ev i as e m a n t i ca s s o c i a t i o n k e yw o r d s ：s e m a n t i cd e s k t o p ；s e m a n t i cd i r e c t o r y ；s e m a n t i cw e b ；o n t o l o g y 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第一章绪论 传统的个人计算机采用两种方式来管理个人计算机的资源。第一种方式是以目录和文 件名的方式来管理资源，包括本地计算机的目录和网络目录及每个资源文件的名称等。通 过操作系统提供的a p i ，用户可以在命令行模式下或通过图形界面查找、浏览和操作( 如 创建新文件、拷贝、删除文件，执行文件等) 相应的资源文件。另一种方式是通过应用程 序来管理资源文件，每一种类型的资源文件与一个或多个应用程序相关联，只能通过相应 的应用程序来操作相应的资源文件的内容，例如w o r d 文件只能由m i a o s o f lw o r d 应用软 件来处理，视频文件可能由m i c r o f cm c d i ap l a y e r 、r e a lp l a y e r 等应用程序来处理等。这 两种方式构成了目前个人计算机管理资源的主要方式。 然而，随着个人计算机与互联网络的发展和普及，传统的个人计算机资源管理方式已 经不能很好地满足用户的实际需求，主要表现在以下几个方面： 1 个人计算机的硬盘容量越来越大一台计算机拥有8 0 g 的硬盘已经非常常见，而且每 台计算机上存储的信息资源也越来越丰富。但是，用户每天不得不花费大量的时间来 寻找、定位所需要的资源文件即使用户知道文件所在的目录，也需要花费相当多的 时间来处理 2 目录并不能完整反映资源或文件的分类结构许多用户为了有条理地管理个人的信息 资源，采用目录分类的方式来存取所有的文件，但由于一个文件在语义上类属的多样 性，不可能简单地采用目录分类的方式进行安排，例如：用户从网络上下载一篇有关 语义网方面的学术文章他可能会将这篇文章放置于“学术文章智能信息处理，语义网” 这个目录下，但这篇文章的内容也可能隶属网格计算，数据库处理或者分布式信息处 理等研究领域，如果用户以后按“学术文章分布式计算网格计算”将无法寻找到这篇文 毒 3 无法反映不同资源之间的语义联系。两个不同的文件资源虽然所处的目录不同，文件 格式不同，但在语义上可能存在着某种联系，例如一封电子邮件的内容可能描述了存 在于某一个目录中的一个w o r d 文档八d o c 的主要内容，这样这封电子邮件与这个w b r d 文档a d o e 之间存在就存在语义上的联系。在传统的方式下，用户在浏览电子邮件的 内容时，无法直接通过相关的语义联系直接找到对应的w d r d 文档，而不得不按目录进 行浏览。 1 2 问题分析 对于第一节提出的第一个问题，目前的桌面搜索技术能够解决。主要原理是先对用户 所有的文件建立索引，然后搜索引擎能快速的找到相应记录典型的代表是g g l c 、百度 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 等公司的桌面搜索工具。然而，目前桌面搜索技术都是基于串匹配的。并且查询是机器不 可理解的，也就是说查询结果只有那些包含查询条件文字的信息，而那些语义上相关联的 信息却没有。比如用户查询“计算机”，从语义上来讲“电脑”和计算机同义，但传统搜索引 擎返回的结果是只包含“计算机”文字信息的。 第一节提出的第二个问题出现的原因在于：传统的目录结构只能包含有限的语义。例 如“学术文章智能信息处理语义网”这个目录，我们只能从中获得“语义网”属于“智能信息 处理”这样的语义。用户管理文件时只能通过操作系统提供的树形目录对文件进行分类，这 使得文件语义上类属的多样性无法体现。 第一节提出的第三个问题出现的原因一方面是文件本身缺乏语义，另一方面是应用程 序是独立处理各自数据的。要想建立语义关联大多数情况还是依靠人的记忆，但随着时白j 的推移，一些关联难免会遗忘，这样关联文档的搜集将是一个逐渐回忆的过程，因此效率 十分低下。无法充分发挥个人计算机的计算速度。 从以上三个的方面的分析可以看出，目前个人计算机资源管理所存在的问题根源在于： 信息缺乏语义。 1 3 语义桌面技术 语义网【1 j 由万维网、u r l 、 唧及h t m l 的创始人t i mb e r n e r s 首先提出，他认为语 义网“是对现有网络的延伸，在语义网中信息可以被赋予准确的定义，使计算机和用户更好 的协同工作”。 语义桌面【2 】是用来整合个人计算机用户所有电子信息的技术，这些电子信息f 包括文 档、多媒体和消息等) 都被视为语义网资源，用统一资源标示符( u r i ) 标示，并可通过r d f 查询和读取用户能获得互联网上的资源，也可以把自己创作的内容与他人共享。用户通 过本体建立起信息之间的语义联系。应用程序则通过本体和语义网协议进行互操作。 可以说语义桌面是把语义网技术转移到桌面计算机。利用语义桌面技术构建的应用系 统，可以达到以下几个目标： 1 信息能够被唯一标识。 2 信息包含明确的语义。 3 信息之间能通过本体建立起关联。 本文的目标就是利用语义桌面技术构建个人计算机资源管理系统，改变目前的基于目 录的( d i r e c t o r yo r i e n t e d ) 资源管理方式，实现基于语义的( s e m a n t i co r i e n t e d ) 资源管理 方式，提高资源查找和定位的效率，并且建立不同资源之白j 的语义联系。 1 4 文章组织形式和所做工作 ( 1 ) 组织形式 全文共由六章组成。第一章为绪论，提出了目i i i 个人计算机资源管理存在的一些问题， 武汉科技大学 硕士学位论文第3 页 对这些问题进行了分析。第二章介绍了语义网的来历及其概念还讲述了本体的概念及应 用，详细讲述了r d f 和r d f s ，这些都是语义桌面的基石。第三章介绍了语义桌面的发展 现状及其相关工作第四章详细论述了构建语义桌面系统需要考虑的各个方面。包括设计 原则，本体使用和语义目录。第五章在前面的基础上详细介绍了基于语义桌面的个人计算 机资源管理系统的实现。第六章总结了设计过程，并指出了未来的发展方向。 ( 2 ) 所做工作 本文详细研究了语义桌面技术，设计并实现了基于语义桌面的个人计算机资源管理系 统o n t o b o o k 。具体工作如下： 1 。研究了语义网和处于语义网核心地位的本体。 2 研究了语义桌面系统的构建方法。 3 提出了语义目录的概念。 4 设计了基于语义桌面的个人计算机资源管理系统。 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 2 1 概述 第二章语义网和本体 i n t e r n e t 和万维网的快速发展，给人类带来了极大的信息繁荣。但至今为止，万维网 上的大部分信息都是服务于这一智能体的，很难直接由计算机自动处理。然而随着万维网 上信息量的迅猛增长信息处理的主体己逐渐难以适应时代的变化和发展，因此对当前网 页信息组织结构进行规范化处理，将其扩展成能为计算机使用和处理的文档，以便于把人 类从纷繁复杂的信息查询，处理和推理等劳动中解脱出来，这就成了时代的呼唤。 万维网创始人t i mb e r n e r s l e e 将万维网的演化分为两个阶段【3 j ，在第一个阶段万维 网应该是一个有利于人们进行信息交换和相互合作的强大工具。万维网在最初十年的发展 里，基本上实现了这个目标：它以h t m l 页面的方式向人提供了大量可阅读的信息；在 第二个阶段，这种合作应该延伸到机器。也就是说，连接到万维网上的机器也应该能够分 析万维网上的所有数据包括内容、链接以及人与机器之白j 的交互。如何实现万维网的 第二阶段目标j 下是目前学术界研究的热点。实现这一目标的难点在于传统的h t m l 语言 本身的固有缺陷，这种标记语占的标签集只是对内容的显示格式做了标记，由于缺乏针对 数据内容的标签，其数据的表现格式和数据内容糅合在一起。h t m l 语言的这种特点决定 了万维网上的信息内容很难被机器所理解，从而制约了一些需要对万维网上的海量数据进 行自动化处理应用的开发例如：搜索引擎很难在查准率和查全率这两方面都有所突破， 检索结果只是和搜索关键字在语法上相匹配的页面集合，一方面造成大量内容相关的页面 的遗漏而另外一方面又返回了太多不相关页面；一些对万维网页面内容的提取程序只能 针对特定站点的固定格式，从事先设定好的标签中提取信息，如果站点的格式稍有变化， 内容提取程序也需要做相应的调整虽然近年来人们在自然语言处理( n l p ) 、机器学习等 领域做出了大量的努力，提出了基于概率统计，向量空间等多种方法来增强机器对文本信 息的理解能力，但其最终的处理效果还不够理想。从上述分析可知：由于当前广泛使用的 h t m l 存在诸多的弊端，因此为了充分发挥万维网海量数据存储的优势，就需要以一种机 器可识别和理解的规范化格式交换资源信息。 近年来出现的万维网新标准可扩展标记语言 ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 最大的特点在于用户可以根据需要制订能够反映数据内容的标签，实现数据内容和数据表 现方式的分离。x m l 及其相关的技术使传统万维网上的信息内容，从面向人浏览转为面 向计算机的自动处理迈出了非常重要的一步。面向计算机自动处理的前提是机器可以理解 数据的内容，或者说能理解描述具体数据内容的概念信息。在人类的思维中，对某个事物 的理解意味着能够将这个事物与其它所熟知的事物联系起来，可以通过一些原子概念的组 合来对新事物进行解释，而机器对概念的理解是指机器能够执行一些相关的概念查询、概 念细化和概念泛化等操作。在t i mb e m e r s l e e 对万维网的发展展望中指出：下一代万维 网就是一个由大量机器可以理解的数据所构成的一个分柑式的体系结构，在这个体系结构 武汉科技大学 硕士学位论文第5 页 中，数据之白j 的关系通过各种术语来表达，这些术语之间又形成一种错综复杂的网状联系， 计算机能够通过这些术语获得数据的含义，并且可以在形式化语义联系的基础上，实行逻 辑推理操作，从而使得计算机能完成大量的自动处理工作。 2 2 语义网的概念 为了改善当代力维网信息不利于计算机自动处理的现状，万维网的创始人面m b e m e r s l e e 于1 9 9 8 年提出了有关下一代万维网的构想1 1 l 语义万维网( s c m a n t i cw e b ) 。 语义万维网是一个梦想：期望w e b 上的数据通过另一种不同于现在的方式描述和链接，使 这些数据不仅能以各种灵活的方式展现出来。也能被不同的应用程序所自动处理、综合、 重用。在语义万维网中，网页中所蕴含的语义信息能使计算机完成大部分的自动化处理工 作。例如软件代理程序通过网页中的语义可以为用户完成复杂的旅行计划制定等任务，即 从当前“机器可阅读”的万维网扩展为“机器可理解”的语义万维网。 t i mb e r n c r s 1e e 并没有给出语义力维网的严格数学定义。只是在和当代万维网的对比 中，给出了如下的描述：语义万维网并不是一个从无到有，孤立发展的万维网，而是对当 前万维网的延伸和扩展，语义万维网上的信息具有定义良好的含义，计算机能根掘概念的 定义声明和逻辑推理规则发现资源对象的含义。使得机机之间以及人机之白】都能够更有 效地合作处理；在语义万维网中定义和链接的数据能被各种不同的应用以更为有效的方式 查询、重用和集成。总结起来，语义万维网具有以下几个显著特征： 文档对象v s 现实世界对象：语义万维网不仅是一个存储文档对象集合( 如网页、 图片、视频音频等) 的网络，它更是一个描述现实世界对象资源关系的网络例 如语义万维网能描述如图2 1 中的人物e r i e m i l l e r 、w 3 c 语义网活动，w 3 c 组织 和都柏林城市等现实世界对象。 人可读v s 机器可读：图2 1 中描述了一个有关“e r i cm i l l e r 的资源对象，从其和 其它资源之问的关系可以得出：“e t i cm i l l e r ”并不是一个平凡的字符串，其表示的 是一个d 为“e r i cm i l l e r 的人因此，和当代万维网相比较，语义万维网的另一 个显著特征就是其包含了更多机器可阅读和理解的语义信息。 h t m l 和语义万维网的关系：万维网作为世界上最大的信息储藏所，其中蕴含的 信息量超过世界上任何一个图书馆，在这一点上，h t m l 功不可没，正是通过 h t m l 中的超链接，才得以将世界上的各种信息资源链接在一起但丰富多彩的 现实世界中还存在着各种复杂的关联关系，这就要求语义万维网不仅要能反映资 源之白j 的超链接关系，而且还应能描述资源对象之自j 的丰富而又复杂的关联关系 ( 如图2 1 中的居住、作者、类型等关系) ，对这种复杂关联关系的描述正是语义 万维网的优势所在 根据上面的描述，人们可以给语义万维网下这样的定义：语义力维网就是机器可以理 解数据含义的下一代万维网，其上的“语义”信息蕴含在各资源节点的逻辑联系中。 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 图2 1 有关e r i em i l l e r 的语义网片断 从语义力维网的发展起源来看，语义万维网是人工智能领域和互联网技术相互结合的 产物人工智能领域中的知识工程研究从孤立的知识库系统逐渐发展到基于i n t r a n e t 、 e x t r a n e t 的信息系统集成，最后扩展到整个i n t e r n e t ，在这个研究过程中，逐渐加深了对知 识表示和推理的认识，并总结出了一些新的描述和推理方法。另一方面万维网经过十几 年的发展，积累的海量数据需要一种新的、机器可以自动完成的方式来处理和管理。因此， 当两个领域的积累都比较成熟，而且有了需求，就必然会走向结合。 语义万维网建立的基础，是知识的概念化和形式化以及相应的逻辑推理，它和人工智 能有着深厚的渊源关系。因此，许多分析都需要从人工智能领域的角度来考察。但是由于 两者的应用环境不同，还存在着一些差异。例如：从人工智能的逻辑学派和认知学派的观 点来看，知识与概念化是人工智能的核心。传统的人工智能系统，要求共同遵守一些公共 概念的完全一致的定义，并且一般都有它们各自狭义的、特有的用于信息推理的规则集合。 尽管数据能够从一个系统转换到另一系统，但由于系统间的推理规则通常以完全不同的形 式存在，而致使一个系统的规则不能为其他系统所重用。从这一点上来看，传统的人工智 能系统是一种集中、孤立( 专有) 的系统。同样，语义万维网也是以知识的概念化表示为 基础展开的。语义万维网中的知识，就是一系列有关资源对象的建模描述，资源是一个非 常广泛的概念，它可以是网站，网页、甚至网页的某一个部分的内容，通过采用某种形式 化的符号表达式对资源之间的关系进行刻画。 万维网的本质特性便是其广泛性和全球性。超文本链接的威力在于“任何事物之问都可 以相链接”。因此，语义万维网和传统的人工智能系统存在本质的不同，它本身要符合万维 网的分散性和通用性。知识的表示本身可能是由众多的独立团体或个人，以各种各样的方 式来提供，而这些知谚 却又要求能够被各种各样的应用实现共同理解，并且在一定的逻辑 规则的指导下进行推理。所以语义万维网上的知识具有创建上的分散性，同时又具有应用 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 上的通用性。这是语义万维网和传统的人工智能系统的一个非常重要的区别。 2 。3 本体 起源于哲学的本体论( o n t o l o g y ) 近年来受到信息科学领域的广泛关注1 4 1 ，其重要性也已 在许多方面表现出来并得到广泛认同。尤其最近本体论在w e b 上的应用导致了语义w e b 的诞生i s ，在w 3 c 的主导下有望解决w e b 信息共享时的语义问题，从而实现世界范围内 的知识共享和智能信息集成。 在物质世界和精神世界中，存在着各种各样的事物。人们在长期的实践中，会逐渐形 成对这些事物的认知，并形成概念、事实和规则等，这些知识形成后，往往以语言、文字 或图形等方式予以表示，以满足人与人之侧交流的需要，并进一步进行知识的积累。1 9 9 3 年g r u b e r 给出了o n t o l o g y 的一个最为流行的定义1 6 j 即“o n t o l o g y 是概念模型的明确的规 范说明”。后来，b o r s t 在此基础上。给出了o n t o l o g y 的另外一种定义【7 l “o n t o l o g y 是共享 概念模型的形式化规范说明”。s t u d e r 等对上述两个定义进行了深入的研究。认为o n t o l o g y 是共享概念模型的明确的形式化规范说明。这包含4 层含义【8 】：概念模型( n p t i i a i i z a t i o n ) 、 明确( e x p l i c i t ) 、形式化( f o r m a l ) 和共享( s h a r e ) 。“概念模型”指通过抽象出客观世界中一些 现象( p h e n o m e n o n ) 的相关概念而得到的模型。概念模型所表现的含义独立于具体的环境状 态“明确”指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。“形式化”指o n t o l o g y 是计算机可读的( e p 能被计算机处理) “共享”指o n t o l o g y 中体现的是共同认可的知识， 反映的是相关领域中公认的概念集，即o n t o l o g y 针对的是团体而非个体的共识o n t o l o g y 的且标是捕获相关领域的知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的 词汇并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇( 术语) 和词汇间相互关系的明确定义 目前，本体的研究包括本体的表示语言、构建方法、分类体系及应用等。详细介绍如 下： ( 1 ) 本体的描述语言 本体描述语言起源于历史上人工智能领域对知识表示的研究，主要有以下语言或环境 为代表：l ( i f 【9 l 与o n t o l i n g u a l l 。i ，o k b c ( o p e nk n o w l e d g e b a s ec o n n e c t i v i t y ) l n l ， o c m l ( o p e r a t i o n a lc o n c e p t u a lm o d e l i n gl a n g u a g e ) 1 1 2 1 ，f r a m el o g i c 1 3 1 ，l o o m l l 4 】等。近年来， w e b 技术为全球信息共享提供了便捷手段以共享为特征的本体论与w e b 技术结合是必 然趋势。在此背景下，基于w e b 标准的本体描述语言( 以下简称为“w e b 本体语言 ) 正成为 本体论研究和应用的热点，如s h o e ( s i m p l eh t m lo n t o l o g ye x t e n s i o n ) l 坫】，o m l ( o n t o l o g y m a r k u pl a n g u a g e ) x o l ( x m lb a s e do n t o l o g ye x c h a n g el a n g u a g e ) p t i 等。 在标准方面，由w 3 c 主持制定的r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 墙】和r d f s c h e m a i ”l 是建立在x m l 语法上，以语义网络( s e m a n t i cn e t w o r k s ) 为理论基础，对信息资源 进行语义描述的语言规范r d f 采用“资源”( r e s o n r c 嚣s ) 、。属性 ( p r o p e r t i e s ) 以及“声 明”( s t a t e m e n t s ) 等三元组来描述事物。r d f s c h e m a 则做进一步扩展，采用了类似框架的 方式，通过添加r d f s ：c l a s s ，r d f s ：s u b c l a s s o 厶r d f s ：s u b p r o p e r t y o f ，r d f s ：d o m a i n ，r d f s ：r a n g e 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 等原语，对类、父子类、父子属性以及属性的定义域和值域等进行定义和表达。这样，r d f ( s ) 成为一个能对本体进行初步描述的标准语言。 描述逻辑( d e s c r i p t i o nl o g i c s ，d dl 加】是近2 0 多年来人工智能领域研究和开发的一个相 当重要的知识表示语言，目前j 下被积极应用于本体描述，或者作为其他本体描述语言的基 础。最近几个主要的w e b 本体语言c - ml 1 12 1 ，o i l 2 ”，d a m l + o m t 2 2 】以及已成为w 3 c 国际标准的o w l ( o n t o l o g yw e bl a n g u a g e ) 玎l 就是建立在描述逻辑的基础上。本体描述语言 的演变可以通过图2 2 描述。 图2 2 本体描述语言的层次 ( 2 ) 本体的构建方法 目前，关于本体构建的方法还不成熟，没有一套完整的统一的方法论。下面列举一些 已经开发出的典型本体以及方法论： c y e 本体及方法【驯； 企业本体及u s c h o l d k i n g 方法陋i ； t o v e 本体及g r i i n i n g e r & f o x 方法用； k a c i u s 及b e m a r a s 方法【矧； c h e m i c a l s 本体与m 硎0 m r o l d g y 方法【捌； s e n s u s 本体及方法【2 7 1 ( 3 ) 本体的分类体系 根据本体表示详细程序及领域依赖程序等进行划分，1 9 9 9 年p e r e z 和b e n j a m i n s 归纳 出了1 0 种o n t o l o g i e s i 冽： 知识表示o n t o l o g i e s 普通o n t o l o g i e s 顶级o n t o l o g i e s 元( 核心) o n t o l o g i e s 领域o n t o l o g i e s 语言o n t o l o g i e s 任务o n t o l o g i e s 领域任务o n t o l o g 季e s 方法o n t o l o g i e s 应用o n t o l o g e s 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 ( 4 ) 本体的应用 经过多年的研究，人们已经逐渐将本体论应用到人及组织之白j 的交流，系统之问的互 操作软件工程等领域。 2 4 1r d f ( s ) 简介 r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 1 8 1 9 】是w 3 c 于1 9 9 9 年颁布的一个因特网建议。 它的功能是利用当前存在着的多种元数据标准来描述各种网络资源，形成人机可读。并可 以由计算机自动处理的文件r d f 的目标是建立一个供多种元数据标准共存的框架。在这 个框架中，能够充分利用各种元数据的优势，“并能够进行基于w e b 的数掘交换和再利用”。 因此r d f 的关键是框架结构。 r d f 框架由三个部分组成：r d fd a t am o d e l 、r d fs c h c i l i a 和r d fs y n t a x 。d a t am o d e l 形成对资源的形式描述：s c h e m a 定义描述资源时需要的属性类及其意义、特性：s y n t a x 则 把形式描述通过其宿主语言x m l 转换成机器可以理解和处理的文件。 资源；所有在w e b 上被命名、具有u r i 2 ( u n i f i e dr e s o u r c ei d e n t i f i e r 。统一资源描述 符) 的东西如网页、x m l 文档中的元素等资源可以是w e b 的一个页面，也可以是 不能通过w e b 直接访问的对象，比如一本书。 属性：属性用于描述资源的特定方面，特征，属性和关系每个属性具有特定的含义， 定义其允许值可描述的资源类型，其他属性的关系 声明：一个特定的资源加上该资源命名的属性及属性的值构成一个r d f 声明。声明的 这三个独立部分分别称为主体，谓词和客体，声明的客体可以是另一个资源或者文字 2 4 2r b f 的语法特点 r d f 资料模型只是一个抽象与概念的框架，要真的能够承载或交换元数据，需要通 过具体的语法。r d f 以x m l 作为编码与传输，此外，r d f 也需要透过x m l 的名称空间 ( n a m e s p a c e ) 来指定声明属性( p p c n y ) 词汇的模式( s c h e m a ) 。r d f 规格提供了两种x m l 语 法来对r d f 资料模型进行编码，第一种称为序列语法( s e r i a l i z a t i o ns y n t a x ) ，是以正规的方 式来表达完整的r d f 资料模型，第二种称为简略语法( a b b r e v i a t e ds y n t a x ) ，是以较精简的 方式来表达r d f 资料模型的一部分，理想的状况是希望r d f 解释器( i n t e r p r e t e r ) 能够支 持这两种语法，让m e t a d a t a 的作者能自由混合使用 2 4 3r d f 的容器( c o n t a i n e r ) 机制 我们除了描述单一的资源，有时也需要描述一群的资源，比如说，某个新闻组( n e w s 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 g r o u p ) 可能包含了许多成员，某本书可能许多个作者，某个软件可能有许多个下载地址。 r d f 容器, ( c o n t a i n e r ) 就是用来包装或装载一群资源的机制，r d f 定义t - - 种形态的容器： 封装( b a g ) ：用来包装一群没有顺序性的资源。b a g 通常用在一个属性( p r o p e r t y ) 有多个 值( v a l u e ) ，而这几个值的先后顺序并不重要，例如通讯录可能包含了许多姓名。b a g 所 包含的值要在0 个以上，也就是可以不包含值，也可以有多个重复的值。 顺序( s e q u e n c e ) ：用来包装一群有顺序性的资源。s e q u e n c e 通常用在一个p r o p e r t y 有多 个值，而这些值的先后顺序是重要的，例如一本书如果作者在一个以上，可能有必要 区分出主要作者、次要作者。s e q u e n c e 所包含的值要在0 个以上，也就是可以不包含 值，也可以有多个重复的值。 选择( a l t e r n a t i v e ) ：a l t e r n a t i v e 通常用在一个p r o p e r t y 有多个值可以选择，例如某个软 件可能提供许多个下载网址。a l t e r n a t i v e 所包含的值要在一个以上，而第一个值是预 设值。 2 4 4r d f 模式( s c h e m a ) 综上所述，r d f 数据模型，就命名属性和值而言，为描述资源间相互关系定义了一种 简单的模型可以认为r d f 属性是资源的属性，对应于传统的属性与其值的组合，r d f 属 性同样代表了资源间的关系因此，r d f 数据模型和实体关系模型类似但是，r d f 数据模 型没有提供机制来说明这些属性，也没有提供机制来定义这些属性和其他资源阃的关 系r d f 模式用于完成这些任务。 r d fs c h e m a 的作用就像是一部辞典，声明一组词汇，也就是在r d fs t a t e m e n t 中可以 使用的p r o p e r t i e s ，并描述每个p r o p e r t y 的意义、特性，以及p r o p e r t yv a l u e 的限制。 r d f s c h e m a 可以是为了让人阅读的描述也可以是机器可以处理的表示法，如果是后 者，则应用程序便可以直接透过r d fs c h e m a 来了解每个p r o p e r t y 的意义，并作自动化处 理。机器可以处理的r d f s c h e m a 也是以r d f 资料模型为基础。 核心类 下述资源是作为r d f 模式词汇一部分的核心类。每一个运用r d f 模式名字空间的r d f 模式名字空间的r d f 模型都( 隐含的) 包含它们。 r d f s ：r e s o u r c e ：由r d f 表达式所描述的所有东西都被称为资源，并被认为是 r d f s ：r e s o u r c e 类的实例。 r d f ：p r o p e r t y ：表示称为属性的r d f 资源的子集。 r d f s ：c l a s s 它对应于一般的类型或分类的概念，与面向语言中的类相似。 核心属性 r d f ：t y p e ：它指示资源是类的一个成员，因此具有类的成员所希望具有的所有特征。当 一个资源具有这个属性，并且其值是某些特定的类是，就认为资源是指定类的一个实例。 r d f s ：s u b c l a s s o f ：这一个属性说明类b j 的一个子类超类关系。这个属性是可以传递的。 比如说：如果a 是b 的子类，b 是c 的子类，那么a 是c 的子类 武汉科技大学硕士学位论文第1 1 页 r d f s ：s u b p r o p e r t y o f ：这个属性是r d f s ：p r o p e r t y 的一个实例，它用于说明一个属性是另一 个属性的特殊化一个属性可能是零个、一个或多个属性的特殊化。 r d f s ：s e e a l s o ：这个属性说明一个资源可能提供关于主题资源的附加信息 r d f s ：i s d e f i n e b y ：这个属性是r d f s ：s e e a l s o 的子属性，指示了定义主体资源的资源。 约束 r d f 模式规范引入了一个r d f 词汇来声明使用r d f 数据中属性和类的约束。比如说 一个r d f 模式可能描述对属性值类型的限制，让其对某一属性有效；或者描述对垒的属性 的限制，对这些类这些属性是有意义的。 约束的一些例子包括： 一个属性的值应当是一个指定类的资源，这称为一个指定类的资源，这被称为一个范 围( r a n g e ) 约束。 一个属性可能用在某一类资源上，这被称为领域( d o m a i n ) 约束。 下面来用一个例子来说明r d f 的使用，如图2 3 ，在这个例子中我们主要使用了s u b c l a s s 属性，说明了m o t o r v e h i d c l e ，t r u c k ，p a s s e n g e r v e h i c l e 之自j 的关系 圈2 3 r d f 不例 以f 是此示例的r d f 代码： r d f ：r d fx m l ：l a n g = ”饥。 x m l n s ：r d f = ”h t t p ：w w w w 3 。o r g 1 9 s e i 0 2 2 2 一r d f - s y n t a x n s # ” x m l n s ：r d f s = ”h t t p ：w w w w 3 o r g 2 咖0 i r d f - s c h e m a # ” r d f s ：s u b c l a s s o f r d f ：r e s o u r c e = ”h t t p ：w w w w 3 o r g 2 0 0 0 0 1 r d f - s c h e m a # r e s o u r c e b r d f ：t y p er e s o u r c e = ”h t t p ：w w w w 3 o r g 2 0 0 0 0 1 r d f - s c h e m a # c l a s s ”一 r d f ：d e s c t i p t i o ni d = 。m i n i v a n ” r d f s ：s u b a a s s o f r d f ：r e s o u r c e = 镛h ”， r d f s ：s u b c l a s s o fr d f ：r e s o u r c e = ”# p a s s e n g e r v e h i c l e ”伶 从上面的例子我们可以看出r d f ( s ) 来描述o n t o l o g y 具有很多优点，它比x m l 具有根 丰富的语义，从描述的结构上来看，它不仅描述了层次关系，还可以描述不同资源之问的 关系，这样就使描述的图结构的边具有了语义，而不像x m l 描述的图那样，边是没有意 义的。另一方面，r d f 还可以描述资源之白j 的约柬。这种强大的功能更适合描述o n t o l o g y 。 ( 1 ) 简单。r d f 使用简单的资源- 属性值三元组，所以很容易控制，即使是数量很大的时 候。这个特点很重要，因为现在资源越来越多，如果用来描述资源的元数据格式太复杂， 势必会大大降低元数据的使用效率。其实从功能的角度来看，完全可以直接使用x m l 来 描述资源，但x m l 结构比较复杂，允许复杂嵌套，不容易进行控制。采用r d f 可以提高 资源检索和管理的效率，从而真币发挥元数据的功用。 武汉科技大学硕士