（计算机软件与理论专业论文）基于时态知识库的时态工资政策的研究和实现.pdf

圭出盔堂亟主堂位论塞基王吐盔筮迟崖盥盟盔工誊政箧鲍盟窥塑塞丑 摘要 时间作为自然界普遍存在的一种属性，必然要在计算机中实现时间的思想，因此 研究时态是计算机研究的一个重要方向，本文旨在知识库中来研究和实现时间的思 想，能够处理时间的知识库也叫时态知识库。 知识库的三大研究核心，即知识的表达、知识的获取和知识的推理。而本文研究 的是时态的知识，同样时态知识库也要解决时态知识的表达、获取和推理。时间作为 是一种特殊的属性，而本文更关注于有关时间的操作。 时态知识库是基于时态知识库的工资智能决策支持系统的核心。本文的主要贡献 在于把工资政策作为时态知识来看态，并把工资政策进行分类，提出了时态政策模型， 利用面向对象的方法，把所有工资政策归到“政策项目”中，用项目中“包或命名空 间”来实现“政策簇”，用“包或命名空间”中的“类”来实现具体的某号“时态政 策”文件。 本文首先是从时态数据库和知识库进行研究，进而分析时态知识库的整体架构， 在此基础上设计和开发了基于时态知识库的工资智能决策支持系统，第四章在介绍时 态工资政策的分类的基础上主要讲述了时态事实知识、时态规则知识和时态过程知识 的表示和实现，第五章主要介绍了本系统的推理机的模型、推理的方法在系统中的设 计与实现的思想和有关时态的查询操作和优化。 本系统在时态知识的思想的指引下，开发出一个b e t a 版的软件，因为利用了时 态知识库的思想，把时态知识库单独出来，该软件方便部署。另外它为时态属性的知 识数据库应用系统，例如电子政务，智能决策支持系统、数据仓库等，提供一种有效 的方法和工具，为继续研究时态信息处理的中间件模型提供了基础。 关键词：时态知识表达、时态知识推理、工资政策、面向对象 虫幽厶堂亟堂焦迨窒 基王吐盔复迟疰鲤盟盔王瓷夔篮曲l 嗌塑型坠 a b s t r a c t t i m eist h eu b i q u i t o u sa t t r i b u t eo fn a t u r e ，o n eo f t h ed i r e c t i o n so f c o m p u t e rr e s e a r c hi s t h a tt h et h o u g h to ft i m eb er e a l i z e di nt h ec o m p u t e r t h ep u r p o s eo ft h i st h e s i si st or e s e a r c ha n dr e a l i z et h et h o u g h to ft i m ei n t h ek n o w l e d g eb a s e ，i tc a nd e a lw i t ht i m ei nt h ek n o w l e d g eb a s ei sa l s oe a l l e d a s t e m p o r a lk n o w l e d g eb a s e t o o t h e r ea r et h r e e m a j o r r e s e a r c hc o r eo ft h e k n o w l e d g eb a s e ，t h a t i s k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n 、k n o w l e d g er e a s o n i n g a n dk n o w l e d g el e a r n i n g a n dt h e t h e s i si st h er e s e a r c ho ft h et e m p o r a l k n o w l e d g e ，s oi t i sm a i n l yt os o l v e t h ep r o b l e mo ft e m p o r a lk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n 、r e a s o n i n ga n dl e a r n i n g t i m e i sas p e c i a la t t r i b u t e ，s ot h et h e s i sp a y sc l o s ea t t e n t i o no nt h er e l e v a n t o p e r a t i o no ft i m e t h et e m p o r a lk n o w l e d g ei st h ec o r eo fi d s s ( i n t e l li g e n td s s ) o fs a l a r yb a s e o nt e m p o r a lk n o w l e d g e m a i nc o n t r i b u t i o no ft h i st h e s i si si tr e g a r d ss a l a r y p o l i c ya st e m p o r a lk n o w l e d g e ，a n dc l a s s i f i e st h ep o l i c yo ft h es a l a r y ，p u t s f o r w a r dt h e p o l i c y m o d e lo ft h e t e m p o r a l ，u t i l i z e s t h em e t h o do ft h e o b j e c t o r i e n t e d f i n a l l y i tu s e s “p r o j e c t ”t or e a l i z ea l lt h ep o l i c i e s ， “p a c k a g e o r n a m e s p a c e ”t or e a l i z e t ot h ep o l i c yc l u s t e r “c l a s s t o r e a l i z et h ec o n c r e t et e m p o r a lp o l i c y t h i st h e s i sb e g i n sf r o mt h er e s e a r c ho ft e m p o r a ld a t a b a s ea n dk n o w l e d g e ， a n dt h e na n a l y s e st h ew h o l ef r a m e w o r ko ft h e s y s t e m ，h a v ed e s i g n e d a n d d e v e l o p e dt h es y s t e m o nt h i sb a s i s ，c h a p t e rf o u rt e l i st h et e m p o r a lf a c t k n o w l e d g e 、t e m p o r a lr u l ek n o w l e d g ea n dt e m p o r a lp r o c e s sk n o w l e d g e c h a p t e r f i v em a i n l yi n t r o d u c e st h em o d e lo fr e a s o n i n gm a c h i n e ，t h em e t h o da n df o r m o fr e a s o n i n g l a s t l yi ta l s ot e l l sh o wt od e s i g na n dr e a l i z e dt h er e a s o n i n g u n d e rt h e g u i d a n c e o f t h o u g h t o f t e m p o r a lk n o w l e d g e ，t h es y s t e m i s d e v e l o p e da n dc o m eo u tab e t ae d i t i o ns y s t e m i ti se a s il yt od e p l o yb e c a u s e 主出厶堂亟堂焦诠塞基王盟盔堑迟庄的吐盔查堕篮盟婴型裂盟 o ft h ep r o j e c to ft e m p o r a lk n o w l e d g ea l o n ep r o j e c t i ti sak n o w l e d g ed a t a b a s e a p p lc a t l o ns y s t e mu s i n gt h et e m p o r a la t t r i b u t e ，s u c ha st h ee - g o v e r n m e n t 、 i d s s 、d a t aw a r e h o u s ee t c i to f f e r sak i n do fe f f e c t i r em e t h o da n dt o o lf o r t h em o d e lo fm i d d l e w a r eo ft e m p o r a li n f o r m a t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：t e m p o r a l k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n 、t e m p o r a l k n o w l e d g er e a s o n i n g 、 s a l a r yp o li c y 、o b j e c t o r i e n t e d 生出盔堂亟主堂焦论窑基王! 煎盔翅返崖煎虹盔里塑堕篮曲班塞塑塞丑 第1 章引言 1 1 时态知识库的简单介绍 时间是自然界的客观属性，知识是人类社会的劳动成果的结晶，在以计算机为中 心的信息社会，把时间和知识等技术引入到计算机应用系统中，将使计算机应用技术 更贴近实际，应用前景将更为广泛。 时态是计算机来表示时间的词语，时态管理包括有时态数据及时态信息管理，其 中时态信息处理已成为新一代数据库与信息系统的关键技术，例如电子政务、电子商 务、决策支持系统等信息系统中。而有关时态的研究早在2 0 世纪7 0 年代就开始有人 对它进行应用研究，其中加州大学洛杉矶分校b e n z v i 博士和纽约大学的c l i f f o r d 博 士是时态数据库技术的开创者 i l 。 知识库是在人工智能和智能决策支持系统的基础上发展起来的，知识库是因为早 期应用过程型方法来描述问题往往存在不足，从而出现用说明型方法来描述人们通常 惯用的各种规则化的信息和事实，以及过去积累的经验知识，可以得到更好的效果。 在1 9 9 7 年第五届国际人工智能会议上，美国斯坦福大学教授e a f e i g e n b a u r n 提出了 知识型的人工智能，标志着知识工程的开始。知识工程成为了- - f 研究开发知识系统 的理论、方法和技术，是1 门基于知识对实际问题进行求解的系统，从而走向厂应用 性的领域。专家系统和信息系统是知识系统的两种典型的应用代裂羽。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 时态数据库的发展 、国外的研究 从时间来分，时态数据库国外的研究可以大致分为三个阶段： l 、新生期( 1 9 8 2 1 9 8 3 年) 新生期主要由时态数据库的“开创人”为代表：b e n z v i 在其博士论文“t h et i m e r e l a t i o n a l m o d e l ”中( 1 9 8 2 年) 提出以时间区间为属性的时态数据库模型，引入到双 时态的概念，即用有效时间( v a l i dt i m e ) 表示被管理对象在库中的生命周期，用事务 虫出盍堂亟堂焦途塞基王吐盔塑迟压盥盟盔工蟹夔燕啦婴筮塑塞理 时间( t r a n s a c t i o nt i m e ) 表示数据库本身的历史，引入r 时态索引结构。他的模型 和双时态的概念还一直延用至今。这篇论文可以说是标志着时态数据库的形成。另 c l i f f o r d 也在其博【：论文“al o g i cf r a m ew o r kf o rt h et e m p o r a ls e m a n t i c sa n dn a t u r a l l a n g u a g e q u e r y i n go f h i s t o r i c a l d a t a b a s e ”( 1 9 8 2 年) 并在前后发表了一系列的论文著 作中对历史数据库进行r 开创性的工作，提出了历史数据库模型，历史关系代数等重 要的概念，而且c l i f f o r d 博士在此后的二十年一直都致力于时态数据库的研究。 2 、成长期( 1 9 8 3 1 9 9 3 年) 在这个时期，时态数据库的研究和开发都有长足的发展，可以说是进入到“百花 齐放”的繁荣时期，其中标志性的是以t a n s e l 等在1 9 9 3 年共同编辑出版的世界第一 本关于时态数据库专著“t e m p o r a ld a t a b a s e ：t h e o r y , d e s i g n ，a n di m p l e m e n t a t i o n ”。该书 收集了有关时态数据库的论文著作有5 0 0 多篇，包括r 最有影响1 3 种的时态数据模 型。不过有一个明显的特征是这个时期的时态数据库主要还停留在理论的研究，模型 多，但对应用的开发关注得较少，其中研究机构主要集中在美国的纽约大学、加州伯 克利分校等等，还有世界的计算大公司如h p 公司和b e l l 公司等的专业实验室，另外 除了美国，还有欧洲、日本、印度、中国等都对时态数据库各个方面进行r 研究。 3 、应用期( 1 9 9 4 年至今) 总结r 前面的理论的研究，在理论的研究没有新的发展时期，研究者t 要转向了 应用的研究，并取得一定的成果，其中最重要的成果是时态数据模型的“标准化”和 “产品化”。其代表性的成果分别如下： “标准化”方面的成果：s n o d g r a s s 等1 9 9 4 年提出的双时态数据模型t s q l 2 ，它 是对s q l - - 9 2 进行时态的扩充【却【4 。 “产品化”瑞士t i m e c o n s u l t 公司1 9 9 8 年推出的t i m e d b 2 0 系统，它是一个双 时态关系数据库系统5 1 悯。 二、国内的研究 国内时态数据库研究和应用也越来越受到关注，专门研究时态信息模型与理论的 单位主要集中在网川大学、中山大学、广两师范大学等几个单位，另外国内的论文主 要集中在卜_ 面几个领域：多媒体中时态数据技术系统、地理信息系统、农业信息系统、 电信信息系统、数据挖掘中时态信息应用等等，另外还有一些是有关时态数据库技术 一般介绍性和时态数据理论与模型和时态逻辑的一般性研究嘲。 2 立d 盍堂亟土堂焦迨塞基王啦盔麴迟痊的盟盔王鳋堕筮鳆婴巍塑塞盟 1 2 2 知识库的发展 一、国外 1 、七十年代初，s c o “m o r t o n 教授等人提出了决策支持系统d s s ( d e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m ) 的概念，此后，d s s 在各个应用领域中得到了广泛的应用。 2 、八十年代初期，b o n c z e k 等人提出d s s 与专家系统e s ( e x p e r ts y s t e m ) 相结合， 构成了智能决策支持系统i d s s ( i n t e u i g e n t d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) ，其代表产品有： i n f o r y m 公司推出的r e v e a l 系统与c a r e g i e m e u o n 大学开发的i m s 系统 5 】 知识库系统的提出是在智能决策支持系统( m s s ) 的基础上，智能决策支持系 统与传统的d s s 多了一个规则库，后来被称为知识库，知识库的出现为决策支持系 统的发展提供了一个新方向，并且将在应用中发挥更大的作用。 二、国内 我国开发d s s 与i d s s 应用系统的工作始于八十年代，主要研究单位有哈尔滨工 业大学、南京大学、复旦大学、中l l l 大学、上海科技大学等科研院校，目前也有一些 产品化的成果出来，例如有南京大学用其生成器开发的“产品质量i d s s ”系统，中 山大学汤庸教授的协同决策管理系统关键技术研究及软件产品等等。 1 2 3 研究现状和存在不足 从目前国内的研究的人员主要有：清华大学的张钹教授及他的课题组、四川大学 的唐常杰教授及他的课题组、广西师范大学的张师超教授及他的课题组和中【i i 大学汤 庸教授及他的课题组等等，他们都对时态数据库或时态知识都有一些研究和相应的开 发应用，不过国内的有关这方面的应用工作尚属刚刚起步，时态数据技术目前还停留 在“数据”处理上，信息处理能力弱，与时态数据库和时态信息处理研究相脱离。另 外时态知识与逻辑方面主要包括时间区间逻辑运算的扩充，没有涉及时态知识数据库 模型唧。 1 2 4 时态知识库的发展趋势 附着计算机技术的发展，新技术的不断应用，关于时态知识库的发展趋势毛要集 中在以下几个方面： 、时态知识库相关理论的完善和建立统一模型； ! 主! ! 太堂亟圭堂焦迨窑 基王吐盔翅迟崖的吐盔工童堕筮丝盟窥塑塞埋 二、结合其它计算机术，包括面向对象技术和人工智能技术等，时态知识库的应 用将会提高一个新的层次。 1 3 基于时态知识库的工资系统的背景与特色 先来介绍一卜- 工资系统的研究的背景，在人事部门的日常事务中，工资的调整是 。项令人头疼的工作。工资调整一方面要奇阅大量的工资政策的文件及条例，另一方 面还要结合每个人的具体表现这其中包括历年来的考勤、职务变动、：i ：资变动等等历 史资料。 从上面的描述中可以得出，工资是一项和时间紧密相关的，另外工资的调整所涉 及的政策一系列的文件( 相关政策) 所组成的，从知识库来看它们都是一些时态知识。 有关工资系统的开发和应用，发展至今主要经历r 四个阶段： 1 八十年代末九十年代初。这一阶段的工资管理系统仅在用户输入单位人员资 料后，提供一些简单的查询和统计功能，如单位各部门人数统计、工资表打印等。 2 九十年代中期。此时的工资管理系统开始在系统中引入工资标准，用户输入 人员的工资级别资料，系统可自动查询工资标准计算工资并打印，并提供简单的工资 变动功能，但仍停留在用户手工修改工资信息的层次上，系统并不能取代人手为用户 确定工资档次。 3 九十年代末二十一世纪初。原来开发的工资智能决策支持系统彻底引入了i ： 资政策中的规则和标准，能根据用户输入的人员基本资料( 如参加上作时间、学历、 任职历史、奖惩纪录等) 准确为人员确定其工资级别和档次，这在国内同类应用系统 中居于领先地位。 4 2 0 0 4 年采用面向对象技术，开发的_ 资新一代网络化，知识化的工资系统， 另外，它的用户接口良好，操作方便，功能完善是系统的新特色。 “中山大学协同软件研究开发中心”多年来一直从事时态知识与时态数据库方 向的研究工作。研发中心承担的广东省十五重点攻关项目工资智能决策支持系统( 简 称s i d s s ) 这一科研项目，为时态知识( t e m p o r a l k n o w l e d g e ) 及时态数据库( t e m p o r a l d a t a b a s e ) 等课题提供了研究基础和应用，现在中心还承担广州市熏点攻关项目“基 于时态知识库的智能工资决策支持系统”的开发。其中上述中的第三阶段和第四阶段， 本中心的产品是阶段产品的代表之1 。 4 圭出盍堂亟堂熊途塞 基王盟盔翅塑庄的吐查王童堕筮的壁窒塑塞丑 1 4 本文贡献及论文组织结构 想要有一种“全能”的方法能来描述全部类型的知识是一种理想化思路，从目前 的应用和研究工作来看不太可行。凶此缩小范围根据不同行业和领域，研究其知识的 固有特征，从而提出面向具体领域的知识表达模型或方法来研究。采用面向对象的技 术来描述时态知识，建立了初步的面向对象的时态知识模型，对时态知识的操作也用 具体的语言来实现，最后是在工资系统中应用时态知识。 主要贡献有：把所有上资政策归到“政策项目”中，用项目中“包或命名窄间” 柬实现“政策簇”，用“包或命名空间”r 1 的“类”来实现具体的某号“时态政策” 文件。 本论文的组织结构：第。章是引言：介绍了时态知识库的简单介绍，有关时态数 据库国内外研究现状和基于时态知识库的_ 资系统的背景与特色： 第一：章主要讲述面向对象时态知识库的基础，包括了时态数据库的基础知识和知 识库的基础知识； 第三章是基于时态知识库的系统结构，主要有功能结构，网络结构和系统结构和 系统中的时态知识的结构、管理功能和时态知识的思想，最后还介绍了时态数据库的 部署方法； 第四章是时态知识的表示，主要讨论时态知识库工资政策的表示，首先是介绍厂 时态工资政策的分类，接着是时态t 资政策的需求的调研，用例和分析，还介绍了时 态的三种知识如何表示和实现和系统中所涉及到的时问属性的描述和规定。 第五章是时态工资知识的推理，先简章介绍了知识库的推理机制，接着提出了推 理机的模型、推理的方法、推理的方式还有系统中的设计与实现的思想，还简单介绍 了时态数据库中时态搜查的优化和实现思想。 - 主出厶堂亟堂僮途塞 基王型盔翅堡鏖的盟盔壹堕筮曲盟蕴塑塞堡 第2 章面向对象时态知识库的基础 2 1 时间的基本知识 2 1 1 时间量子、时间戳和时间粒度 1 、时间量子( c h r o n o n ) ：是记录时间的最小单位n 引，在计算机系统里表示的时 候即为时态系统选定支持的最小时间间隔1 ： 2 、时间戳( t i m e s t a m p ) ：用于记录数据改变或事件发生时刻的时间，即记录的是 时间概念中的具体的时刻； 3 、时间粒度( t i m eg r a n u l a r i t y ) ：记录时间时所用的度量单位它是时间表示和推 理的基本单位。在时态表示和时态推理过程中，会遇到时间粒度的转换问题。同时选 择不同精度的时间粒度，也会影响表述时间的数据结构以及运算。 2 1 2 时间的表示： 时间的表示主要有以下五种： 1 、时问点( t i m ep o i n t s ) ：基于点的时间又称为时间点，它与时刻相对应，受 计算机的时间量子限制，例如是2 0 0 4 0 1 0 1 ：0 0 ：o o ：o o 是一个时间点，它精确到 秒； 2 、时间区间( t i m ei n t e r v a l s ) ：时间的基本单位为时间段或者是时间区间，是 + 个连续的区间，例如是2 0 0 3 0 3 0 8 至2 0 0 4 0 3 0 8 是一个时间区问，它是以天为基 本单位，它的区间长度为一年； 3 、时态数字( t e m p o r a ld i g i t ) ：表示一定时间粒度的数字值，和具体数据值如 字符等区分开来。 4 、复杂时态对象( 时态集合) ( t e m p o r a ls e t ) ：表示由若干时态数据按一定形式 的组合，例如时态集合。 5 、时态逻辑数据类型( t e m p o r a ll o g i cd a t at y p e ) ：表示某时态条件的时态性 等，例如时态值为t r u e 、f a l s e 的逻辑时间呲1 。 6 【主d ! 友堂亟土星僮途童 基王匿盔塾迟崖鲍啦查王童亟篡的亟嚣麴塞婴 2 1 3 时间模型： l 、连续模型( c o n t i n u o u sm o d e l ) ：理想上连续模型把时间看作同构于实数， 每个实数对应于个时间点，因此时问就像实数一样连续：实际上不过在计算机系 统中是根据时间量子描述时间，因此只要是在时间量子上连续的，则称为是连续模型； 2 、步进模型( s t e p w i s e ) ：它是把数据的状态看成是时问的函数，即有这样的 特性：时间序列t 任一点上数据的值对应于上1 次数据改变时保持的状态： 3 、离散模型( d i s c r e t e ) ：在相邻的两个时间点之问不存在另一个时间点，除 开始点以外任一时间点有前驱和后继时间点； 4 、恒定模型( n o nt e m p o r a l ) ：时间的值是不随时间变化的，它是最普通的一 种，例如人的出生时间，它是不变随时间变化的1 。 2 1 4 时间数据库中的三种时间1 3 1 l 、用户自定义时间( u s e r d e f i n e dt i m e ) ：用户根据自己的需要或理解定义的时 间，其数据的含义不需要d b m s 的解释。例如人的出生日期； 2 、事务时间( t r a n s a c t i o nt i m e ) ：就是一个事实存储在数据库中的时间，它 记录着对数据库修改或更新的各种操作历史，对应于现有事务或现有数据库状态变迁 的历史。例如，一个数据存入到计算机的时间； 3 、有效时间( v a l i dt i m e ) ：指在建模的现实世界中它为真( 存在) 的时间；某位公 务员的任职时间，例如张光明担任工资福利处处长的时间为2 0 0 1 0 2 0 1 至 2 0 0 4 0 3 - 0l 。 2 1 5 时态关系 时态关系是以j f a l l e n 的“时区演算”为代表，a l l e n 中的“时区演算”包括 了1 3 种关系分别是：“b e f o r e ”，“a f t e r ”，“d u r i n g ”，“c o n t a i n s ”，“o v e r l a p s ”， “o v e r l a p p e d b y ”，“m e e t s ”，“m e t b y ”，“s t a r t s ”，“s t a r t e d b y ”，“f i n i s h e s ”， “f i n i s h e d b y ”，以及“e q u a l s ”各种时态关系含义如表2 一l 所示，表中的t l ，t 2 分别表示两个时态区间n “。 主出太堂亟堂照缝竖墨王盟盔麴堡匿曲瞪查堑夔嚣笪妥窒塑塞巍 表2 - 1 a l l e n 的1 3 种时态关系 b e f o r e ( t l ，t 2 ) t 1 比t 2 早开始，同时t l 与t 2 之间没有相交。 a f t e r ( t l ，t 2 )t 1 比t 2 晚开始，同时t l 与t 2 之间没有相交。 t 1 比t 2 晚开始，且早结束。即在时间轴上t l 的区间 d u r i n g ( t l ，t 2 ) 范围被包含在t 2 的区间范围内。 t l 比t 2 早开始，且晚结束。即在时间轴上t l 的区间 c o n t a i n s ( t l ，t 2 ) 范围包括，t 2 的区间范围。 o v e r l a p s ( t l ，t 2 )t l 比t 2 早开始，且两个区间在时间轴上有相交。 o v e r l a p p e d - b y ( t l ，t 2 )t t 比t 2 晚开始，且两个区间在时间轴上有相交。 t l 比t 2 早开始，且t l 与t 2 之间没有其它时态区间， m e e t s ( t l ，t 2 ) 即t 2 开始于t 1 的结秉占 t l 比t 2 晚开始，且t l 与t 2 之间没有其它时态区间， m e t - b y ( t l ，t 2 ) 即t 1 开始于t 2 的结束点。 s t a r t s ( t l ，t 2 )t l 和t 2 有共同的起始点，但t l 比t 2 先结束。 s t a r t e d b y ( t l ，t 2 )t l 和t 2 有共同的起始点，但t 2 比t l 先结束。 f i n i s h e s ( t l ，t 2 )t l 和t 2 有共同的结束点，但t l 比t 2 晚开始。 f i n i s h e d b y ( t l ，t 2 )t l 和t 2 有共同的结束点，但t 2 比t l 晚开始。 t l 和t 2 有共同的时间区间，即t l 与t 2 在时间轴上重 e q u a l s ( t l ，t 2 ) 合。 可以简化为四种关系： l 、b a m ( t x ，t y ) ( 其中t x 和t y 是相对的以下同) ，表示包括了t x 比t y 早开始( t z 可以为零) ，则它包括a l l e n 中的b e f o r e 、a f t e r 、m e e t s 和m e t b y 四种时态关系： 2 、d - c s f 噼，t y ) 表示包括了戗在t y 的区间里，也包括t t y 在t x 的区间里( 同样， t z 也可以为零) ，包括t a l l e n i 狗d a r i n g 、c o n t a i n s 、s t a r t s 、s t a r t e d b y 、f i n i s h e s 和 f i n i s h e d - b y 六种关系； 3 、0 v e r l a p s ( t x ，t y ) 表示t x 和t y 是相交的，包括了a l l e n 中的o v e r l a p s 和 o v e r l a p p e d - b y 时态关系； 4 、e q u a l ( t x ，t y ) 表示t x 和t y 有共同的时间区间。 简化后的四种关系如图2 1 所示。 虫出太堂题土堂焦途塞 基王盟鲞塑迟崖鲢匿盔王叠熊篡趋盟嚣垫塞丑 t x 气zt y ”l t v 一- 4 图2 1 简化后的a l l e r 关系 2 1 6 时态逻辑 1 9 7 7 年，a m i rp n u e l i 教授把时态逻辑引入计算机科学时态逻辑，把它作为开 发反应式系统( r e a c t i v e s y s t e m ) 和并发式系统( c o n c u r r e n t s y s t e m ) 时进行规格说明 ( s p e c i f i c a t i o n ) 和验证( v e n f i c a t i o n ) 的工具，并取得了极大的成功，在软件工程界引起轰 动，被认为是软件工程中的一场革命，以彰显他把时态逻辑引入计算机科学所做的贡 献，他被授予1 9 9 6 年度的图灵奖，从中说明了时态逻辑的重要性。a m i rp n u d i 教授提 出的时态逻辑体系包含的主要要素有： 基本符号：事件e ( e v e n 0 ，关系或谓词r ( r e l a t i o n ) ，时间区间i ( i n t e r v a l ) 等。 时态谓词：a f t e r ( e , r ) ，b e f o r e ( e 曲等。 时态事件演算规则：初始规则、终止规则等，如h o l d s ( b e f o r e ( e , r ) ) ：t e r m i n a t e s ( e , r ) 表终止规则，意为若事件已使谓词r 失效，则在e 之前且r 成立以一段区间中r 为真。 时态逻辑运算：时态区间的并交，时态谓词的与、或、非等。 2 2 面向对象时态知识库的基本知识 2 2 1 知识库( k b ) 和数据库( d b ) 数据库至今已经有3 0 多年的历史了，它的出现正如关系数据库创始人e f c o d d 所讲的，“数据库就是把数据从应用程序中分离出来，交给系统程序处理”，而知识库 可以说是数据库理论研究的产物，类似地原理它是把知识从程序中分离出来，交给系 统程序处理，其中知识是人类对客观世界的认识，例如：1 6 0 0 元是一种数据，如果 这个数据用来表示一个人的工资，则它变成了一种信息，某个职员的某个月的工资是 兰 l 主! 叁堂鲤堂焦监塞堇王时查翅塑压的盟态王蟹亟筮簋婴塑塑塞丑 1 6 0 0 元，根据广州市最新的工资政策来讲，征收个人所得税的起点是1 6 0 0 元，说明 这个职员未达到要缴交个人所得税，则它就变成了一种知识。 首先数据库和知识库有许多相同的地方，即它们都是研究大容量信息处理，都有 可恢复性、一致性、安全性等，另外埘数据库的大部分管理技术对知识同样适用，同 前面讲到的数据库和知识库都是从应用程序中分离出来，通过数据库管理或知识库管 理后交给系统程序处理的；那么既然有了数据库为什么还要知识库，下面来分析一下， 知识库和数据库有什么不同点： 1 知识库的信息则既有过去的，也有现在的，另外它还可以根据知识库中的规 则还可以预测( 推理) 将来的，可以说知识库中的数据是可再生长的；相反数据库中 的信息是历史的，静态的，不会再生长。 2 知识库的出现就是为了处理知识，但知识中包含大最含义不明确的和不确定 的关系，存在着模糊性和不确定性；现在的数据库主要是用来处理数据，这些数据的 含义是确定的。 3 知识库对知识的处理，它的表示方法是多种的和它的处理主要依赖推理方式， 使用的逻辑程序设计语言，这种语言是不确定的；数据库对数据的处理主要依靠数据 操作语言，这种语言是确定的， 4 知识库则通过包含其内部的智能接口来实现与外部的通信，具有接口的各种 特性和优点，内部的实现和外部无关；数据库同外界的联系依赖f 数据通信子系统， 受通信子系统的制约。 知识库的概念：目前尚未有一致的定义，一般的知识库可以用式2 d 来表示： k b = f a c t s u r u l e s u p r o c e s s( 2 - 1 ) 其中i ( b 是表示知识库，f a c t s 表示事实的集合，r u l e s 表示规则的集合，p r o c e s s 表示知识的过程。而本系统中将采用的是主动知识库的思想，即是某些事件发生时能 主动地执行由用户预先指定的动作或动作序列，进行用户所需的各种处理。这也就是 说，知识库系统在运行应用程序的过程中是“事件驱动”的，它也可以用式2 2 来表 示： a k b = k b + e b + e m ( 2 - 2 ) 其中e b 是一个由事件驱动的一组知识组成的集合，称为“事件库”，其中每一 项知识表示在相应的事件发生时如何主动地执行其中包含的由用户预先设定的动作； 1 0 虫出去堂亟堂僮途塞基吐查塑迟廑丛啦盔王叠堕董笪里f 盈塑塞理 e m 是一个随时监视e b 中的事件是否已经发生的监视模块，一旦监视到某事件已经 发生时就主动地触发系统按照e b 中指明的相应知识执行其中预先发定的动作i l 6 】。 知识库系统为了对知识库进行管理、控制，完成对知识库的各类操作，它应具有 以下的功能( 类似于数据库) 1 知识的表示( r e p r e s e n t a t i o n ) 功能，这个是最基本的功能，如何把原始知识 用形式化的语言来表示，用具体的程序设计语言来实现，这个是知识库的本，没有知 识的表示，就没有知识库的存在，当前常用的知识表示方法是面向对象方法，当然还 有一些谓词逻辑方法和框架方法作为补充的方法，知识库应该能够提供多种的方法让 用户来表现知识： 2 组织( o r g a n i z a t i o n ) 知识的功能包括有事实的管理、规则的管理和概念的管 理，即知识存放在知识库以后就要对它进行相应上述三个方面的管理，它将影响到知 识库的效率和性能； 3 知识的查询( q u e r y ) 、添) j n ( i n s e r t ) 、修改( m o d i f y ) 、删除( d e l e t e ) 的功能，随着 知识的增加，必然会对知识进行目前有效的知识查询、对一一些知识因新的知识修改以 适合新的情况和一些已经不再使用的知识进行删除或备份的功能； 4 安全控制( s e c u r i t y ) 、用户( u s e r s ) 权限的管理，知识库中安全，主要是防 止不合法的操作而破坏知识库中的知识，用户管理则分不同级别的用户所看到或者所 能操纵的知识应该不同； 5 知识的独立性功能，知识库中的组织和应用程序分开，这是一个有没有知识 库的明显标志，而知识库中的知识是可以共享的，供不同的用户使用，以达到知识利 用率会更高，提高系统的性能： 6 一致性和完整性的控制功能，当知识以数量级增加的时候，要解决知识的一 致性的问题，即知识冗余、矛盾、从属和环路等等，知识库中的知识不允许有冲突的 知识存在。知识不完整是指知识库中的知识不完全，不能满足预先定义的约束条件， 即当存在应该推出某一结论的条件时，却推不出这一结论，不能形成产生这一结论的 推理链：或者虽能推出结论，但却是错误的，在知识的语法检测中检测知识是否满足 b n f 定义。 一般的知识库的系统的组成结构如图2 2 所示 生出盔堂亟堂鱼迨塞星王时查塑迟庄鲤盟查童堕篮盟盟盔垫塞丑 il 【知识库管理系统l 0 l i l 知识库4 - - - 一- 1 竺竺兰! 竺ii 图2 - 2 知识库的系统结构 其中在知识库中有三个关键的技术， 一是知识的表示( r e p r e s e n t a t i o n ) ，知识采用什么形式来表示，使计算机能够处理 这此知识，并且这种表示又能符合人们正常的理解的方式，不但个别零散的知识要好 理解，而且整体的知识也要容易被理解，这是知识库系统首先要解决的关键。如何把 整体知识表示得有层次化、模块化、网络化即知识的结构化系统化，一般的方法是用 形式化的语言和面向对象的方法来表示知识。 二是知识的获取( l e a r n i n g ) ，原始知识转化为建造知识库，目前一般办法是通过 设计者如何把它表示出来，存放到知识库，基本上是用人工来做。 二是知识的推理( r e a s o n i n g ) ，利用在知识库中已经存在的知识，来对未知问题推 理，解决现实的问题，从而得出准确的结论，它涉及到的问题有：知识库的搜索、目 标的控制、模式匹配的方法和推理的策略，对模糊知识的评价等等。在知识推理过程 中，不能单纯给出结果，还应该提供如何得出结论的根据，以供应用程序或者用户选 择，可以获得推理的过程。 2 2 2 面向对象和知识库结合 1 、面向对象方法起源于1 9 6 7 年d a l a i 于提出的s i m u l a 6 7 程序设计语言，到1 9 8 0 年a l a nk a y 提出的程序设计语言s m a l l t a l k 8 0 时得到完善，s m a l r a l k 8 0 是一种纯的面 向对象设计语言。面向对象方法的主要组成部分是对象( o b j e c t ) ，它统一了知识及 处理过程：类( c l a s s ) ，它是相同的结构、属性、功能的实体知识的集合，对象是类的 实例化；消息( m e s s a g e ) ，它统一了知识流和控制流，包含了调用对象、初值、过程 名和返回值的载体，是知识对象间联系的工具；继承( i n h e r i t a n c e ) ，表示子知识对父 生出盔堂亟堂照途塞基王盟盔塑迟痊的啦盔互登亟筮啦壁塑塑塞塑 知识的继承。整个知识系统由对象知识( 类) 组成了树的网络模型，各知识对象问通 过消息来相互联系，共同合作来完成对具体问题领域提供有效的解决方案。 面向对象它具有抽象性、封装性、继承性和多态性一体，早期时匝向对象的缺点 如所占的硬件空间软大和时间开销大随着在硬件的发展都得到了较好的解决，另外一 个是规模较大和问题领域复杂的问题，随着面向对象发展的用例方法、u m l 工具等 和方法都能有效地解决这类问题，所以说现在的设计进入到了面向对象编程的世界。 2 、面向对象的知识 在面向对象中，把现实世界中存在的概念和实体都模型化为对象，在面向对象的 知识库中把知识化的实体模型化为对象，它由知识和作用其上的知识处理方法封装在 一个独立的单元构成中，可以用图2 3 所示。 图2 - 3 知识的结构 在图中，对象的一般属性是由对象名、类名、父类、消息传递的接口来组成，和 一般的对象没有区别；知识体，说明知识和一般对象的不同，它包括知识对象的内部 描述方法，即知识的特征描述；再有就是知识处理方法是知识对象的主体，它包括了 知识的推理方法，消息传递以及知识的更新方法等等，这些方法主要是知识的描述型 的处理方法和知识的过程型的处理方法。 从中可以看出，对象属性中的类名( 对象名) 来区分不同的知识类( 对象) ，一 个对象所具有的知识表征是它的知识体里面的静态属性，而知识处理方法则表示它的 动态属性，所以知识对象它是静态和动态知识的统一体。 生出盎坐亟堂焦途塞 基王盟查翅迟廑的盟查煎熊董笪监塑塑塞理 个抽象的知识对象如图2 4 所示 对象一般属性 对象标识： 知识体的内容： 知识的属性 知识处理方法： 知识规则l 知识规则2 知识处理规则l 知识处理规则2 附加知识 知识属性的获取过程1 知识属性的获取过程2 图2 - 4 抽象的知识对象 知识对象是作为一个整体使用的，从它的外部只能看到外部特征，即该对象可以 接受和处理哪些消息，具有哪些知识处理能力。其内部的静态知识和动态知识对外面 是不可见的。在对象外部不能直接修改其内部状态、亦不能直接调用其内部的知识处 理能力，所以知识对象亦有隐藏性。 在面向对象中具有共性的对象可以组织成一个类，在知识库系统中把具有共性的 一类知识组织成一个知识类，知识库就是由知识对象和知识类构成，而内部的知识对 象与知识对象之间形成了抽象的概括的关系，是由上层的知识对下层知识的概括，f 层的知识对上层知识的具体细化。系统中所有的知识类通过这种抽象的概括联系形成 棵知识树，如图2 5 所示。 图2 - 5 知识树 1 4 生出左堂亟堂量论塞 基王吐盔细遢廛鲍时盔互童照筮鲍受壅垫塞毽 2 2 3 面向对象知识的类型 1 描述型的知识 用描述的方式来表示的知识叫做是描述型的知识，主要是事实的知识和判断的知 识，其中事实的知识是有关对象、事件以及行为等特征的描述，如某位职务身份是公 务员：判断型知识是指对事实的判断会有一个结果和也包括判断的相关过程，对事