（计算机科学与技术专业论文）基于本体的异构系统语义集成技术的研究与实现.pdfVIP

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 软件重用、重构是计算机工程的普遍问题。软件作为一种资源，包含了大量知识，人 们希望在建立新的软件系统时，能够像硬件一样重用或重构已有软件。由于异构系统采用 了不同的概念结构、 词汇及各种隐含假设， 影响着彼此间的通信，阻碍着对原有系统的重 用、重构。因而大量原有软件系统与新的应用系统之间的信息共享与互操作、基于知识的 语义集成己成为一项迫切需要解决的问题。 我们把一个分布异构的软件系统建模为多代理系统。为实现异构系统的集成， 本文采 用“ 中 介 途径” ， 允 许a g e n t 使用自 己 的 语言、 概念， 通过“ 中 介a g e n t ( m e d i a t o r ) 或“ 服 务提供者 ( f a c i l i t a t o r )的 特殊a g e n t 来实现通信。 “ 中 介a g e n t ， 的核心组成部分就是本课题研究的 本体 ( o n t o l o g y ) 。 本体是一种软件 实体，包括构造软件所需要的概念词汇及词汇之间相互关系的约束。本体作为系统 “ 共享 知识” ，能脱离原有软件系统成为标准化的重用库。它的研究正成为信息智能集成、智能 信息检索和知识管理的研究热点。本课题的目的是采用本体技术实现异构系统语义集成。 本 文 在 研究 异 构 系统的 语 义 集成 时 采 用“ 中 介a g e n t ， 解决 多 代理 系 统的 知 识 共 享、 重用，提出了概念视图的概念，概念转换规则及互操作算法。文章在介绍异构系统的集成 框架后，首先介绍本体的概念、本体的层次结构、本体的表示方法，为了实现a g e n t 之间 的知识共享，对本体的组织采用概念视图。 第四章首先讨论解决概念转换的方法，然后提 出基于概念转换的互操作算法。第五章对本体开发的软件生命周期作了详细的说明，总结 出构造本体的具体步骤和软件系统本体的抽取机制。 第六章用异构系统集成实例验证本文 提出的观点。最后我们讨论了 本文主要贡献和未来的工作。 关键词: 本体技术，异构系统，a g e n t ， 语义 集成 第 i页 国防科学技术大学研究生院学位论文 abs t r a c t r e u s e a n d r e c o n s t r u c t i o n o f s o ft w a r e i s t h e u n i v e r s a l p r o b l e m i n t h e c o m p u t e r e n g i n e e r i n g . s o ft w a r e c o m p r i s e s a b o u n d i n g k n o w l e d g e w h i c h i s l o o k e d a s a s o r t o f r e s o u r c e . wh i l e e s t a b l i s h i n g a n e w s y s t e m o f s o ft w a r e , p e o p l e h o p e t o r e u s e o r r e c o n s t r u c t t h e p r ima r y s o ft wa r e l i k e r e u s i n g t h e h a r d w a r e . t h a n k s t o d i s p a r a t e c o n c e p t i o n c o n s t r u c t i o n s , l e x i c a l a n d a l l k i n d s o f h i d d e n h y p o t h e s e s i n o n t o l o g y , w h i c h in f l u e n c e t h e m u t u a l c o m m u n i c a t i o n a n d h i n d e r r e u s e o f t h e p r i m a ry s y s t e m. c o n s e q u e n t l y i t i s a n i m p e n d i n g p r o b l e m n e e d t o b e s o l v e d . t h i s p a p e r a d o p t s t h e me d i a t o r a g e n t a p p r o a c h i n o r d e r t o r e a l i z e s e m a n t ic i n t e g r a t i o n o f h e t e r o g e n o u s s y s t e m . i t p e r m i t s a g e n t s u s e t h e i r o w n l a n g u a g e a n d c o n c e p t i o n t o a c h i e v e c o m m u n i c a t i o n t h r o u g h a s e r i e s o f me d i a t o r a g e n t o r f a c i l i t a t o r . t h e c o r e c o n s t i t u t i o n o f me d i a t o r a g e n t i s t h e s t u 勿o f o n t o l o g y i n t h i s p a p e r . o n t o lo g y i s a n e n t i t y o f s o ft w a r e w h i c h i n c l u d e s c o n c e p t i o n l e x ic a l i n t h e c o n s t r u c t i o n o f s o ft w a r e a n d r e l a t i o n s h i p o f l e x i c a l m u t u a l r e s t r i c t io n . o n t o l o g i e s a r e p u t f o r w a r d a s a m e a n s t o s h a r e b a s e s b e t w e e n v a r i o u s k n o w l e d g e - b as e d s y s t e m s . t h e b as i c i d e a w a s t o d e v e l o p a l i b r a ry o f r e u s a b l e o n t o lo g i e s i n a s t a n d a r d f o r m a l i s m , t h a t e a c h s y s t e m d e v e l o p e r w a s s u p p o s e d t o a d o p t . mo r e r e c e n t l y , t h e n o t i o n o f a n o n t o l o g y i s a l s o . b e c o m i n g w i d e s p r e a d i n f i e l d s s u c h a s i n t e l l i g e n t i n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n ， i n f o r m a t i o n r e t r i e v a l o n t h e i n t e rne t , a n d k n o w l e d g e m a n a g e m e n t . t h e p a p e r p r e s e n t s t h e o r e t i c a l r e s e a r c h e s o n ma s w i t h o n t o l o g y i n o r d e r t o p r e s e n t v a l u a b l e c o n c e p t a n d c o n c l u s i o n . wh i l e s t u d y i n g t h e i n t e g r a t i o n o f h e t e r o g e n e o u s s y s t e m , t h i s p a p e r a d o p t s me d i a t o r a g e n t a p p r o a c h t o s o l v e s h a r i n g a n d r e u s e k n o w l e d g e i n ma s a n d p r o p o s e s th e c o n c e p t i o n o f c o n c e p t u a l v i e w , f o r m u l a e o f c o n c e p t u a l t r a n s f o r m a t i o n a n d a s e m a t i c i n t e r o p e r a b i l it y a l g o r i t h m . a ft e r p r e s e n t i n g i n t e gr a t e fr a m e o f h e t e r o g e n e o u s s y s t e m , t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e d e fi n i t i o n o f o n t o l o g y , h i b e r a r c h y a n d e x p r e s s i o n o f o n t o l o g y . i n t h e t h i r d c h a p t e r , t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e o r g a n i z a t i o n o f o n t o l o g y w i t h c o n c e p t v i e w t o r e a li z e k n o w l e d g e s h a r e d a m o n g a g e n t s . i n t h e f o u rt h c h a p t e r , i t d i s c u s s e s t h e m e t h o d o f s o l v i n g c o n c e p t u a l t r a n s f o r m a t i o n a n d p r e s e n t s s e m a t i c i n t e r o p e r a b i l i ty a l g o r i t h m . i n t h e f i ft h c h a p t e r , t h e p a p e r e x p l i c a t e s t h e s o ft w a r e l i f e c y c l e t h r o u g h e x p l o i t u r e o f o n t o l o g y a n d d r a w s a c o n c l u s i o n a b o u t s p e c i fi c s t e p s o f c o n s t r u c t i o n o n t o l o g y a n d a b s t r a c t m e c h a n i s m o f s o f t w a r e s y s t e m o n t o l o g y . i n t h e s i x t h c h a p t e r , t h e p a p e r p r e s e n t s t h e v i e w w h i c h i s t e s t e d b y t h e i n s t a n c e s o f h e t e r o g e n e o u s s y s t e m i n t e gr a t i o n . a t l a s t , it d i s c u s s e s t h e m a i n c o n t r ib u t i o n o f t h i s p a p e r a n d f u t u r e t as k s . k e y w o r d s : o n t o l o g y t e c h n o l o g y , h e t e r o g e n e o u s s y s t e m, a g e n t , s e m a n t i c i n t e g r a t i o n -一- 一 - 一 一 一 一 - 一 _ 第 1 1百页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文 是我本人在导师指导下进行的 研究工作及取得 的 研究成果。 尽我所知， 除了 文中 特别加以 标注和致谢的 地方外， 论文中 不包含 其 他人已 经 发表和 撰写 过的 研究 成 果， 也不 包含为获得国防 科学技 术大学或其它 教育 机构的 学 位或证书而 使用过的 材料。 与我 一同 工作的同 志 对本研究 所做的 任 何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意. 学位论文题目 :墓于 本体的 异构系统语义集成技术的 研究与实现 学位论文作者签名: 日 期 : j。 年二 月 ， 尸 日 学位论文版权使用授权书 本人完 全了 解国防 科学 技 术大学有关 保留、 使用学 位论文的规 定。 本人授权 国防 科学 技术大学可以 保留 并向国家有关 部门 或机构送交论文的复印 件和电 子 文档， 允许 论文 被查阅 和 借阅; 可以 将学 位论文的 全部或部分内 容编入有关数据 库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书. ) 学位论文题目: 学位论文作者签名 作者指导教师签名 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 图目录 图2 . 1消以 通信. . ， . _ ， . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . if l 2 .2黑板模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . ， _ . . ， ， . . . . . 图2 . 3 1 ;l= j 几 本体的异构系统集成框架. . . . . . . “ “. ， ， ， _ .， 图2 .4中介a g n e t 的结构， .二 . . . . . . . . . . 二 卜 . 一 ， . . . . . . . . . . . . . 卜 二 . . . 图2 . 5 k q ml 查询消息二 卜 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 图2 .6 基于本体的a g e n t 通信模式， ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， . 图2 . 7代理及其组件 . . . . . . . ， . . . . . . . . ， . . . ， . . . . . 图3 . 1 现实世界到概念世界的投影. . . . ， . ， . . . . . . . . . ， ， ， 二 图3 . 2多次投影或复合投影 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， 甲 图3 .3领域相关的两个本体 . . . . . ， ， ， . . . . . . . . . ， . ， . 二 图3 .4人和汽车概念的描述卜 ， . ， . . . . ， ， . . . . . . . . . . . . . . . . ， 图3 .5汽车交易关系的描述 ， . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . 图3 .6领域知识的三个层次. ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . ， 洛 3 . 7本体的层次结构， ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . 图3 . 8 组合概念视图 例子. _ 一 “ . . . . . . . ， ， . . 、 卜 ， ， . ， ， ， . 图3 .9定单代理的概念视图二 . ， . ， ， . ， . ， . ， . . . . . . . . . . . . 图3 . 1 0 财务代理的概念视图 . ， ， . . ， . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， 图 3 .1 1 f lo g ic 部 分 “ i s -a ” 分 层 . ， . . ，. ， . . . . ， . . . 图3 . 1 2 f l o g i c 的属性 集成示例. ， . . . . . . . . . ， . . . . ， . . . . . . . . 图3 . 1 3 生产本体中关于“ 汽车” 的约束. . . . . . . . . . . . . ， . ， . . ， 二 图3 . 1 4 p c a r s e l l 数据库表的概念描述， ， ， ， ， ， 二 ，. . . . . ， ， 、 ， ， ， . ， . 图4 . 1语句迁移树语义文法 卜 . . ， . ， 二， ， . . 卜 二 卜 . ， . . . . ， . 图4 .2数据库表迁移树语义文法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， 二 ， . . . . . ， 图4 .3域迁移树语义文法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 图4 .4 条 件表达式迁移树语义文 法， . ， . . . . . . . . . ， . . ， . 图5 . 1 规范的复杂系统视图. . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . ， . . . 二 ， 二 图5 .2 本体j i= 发的生命周期ic i. ， 二 ， . ， 二 ， . ， . 卜 ， 二， . . ， . 卜 . . 图5 3阶段迭代. . . ， . . ， . . ， . . . ， ， . . . . . . . . ， . ， ， 图5 .4 事件的 不同 状态. . . . . . . . . . . . . 二 ， . ， ， ， . . ， ， . . . . . . . . . . . . 图5 . 5“ ，胃 架” 法流程图 ， . . ， . . . ， . . . . . . . . . . . . ， 图5 .6 o n t o l o g y 的 构 造过程. . . . . . . . . . . . ， ， ， . . . . . . . . . . . . . . . ， 一 图5 7 概 念 化 过 程二 ， . . ， . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . ， . . 图5 .8 本 体 抽 取的 过 程. ， . ， . . ， . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . 图6 . 1 系 统实 现流程图二 卜 . ， . . . . . . . . . . . ， 二 . 二， 二， . . . ， . . 图6 . 2 实现的中 介a g e n t 结构， . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . 一 . . 4 _ 4 . 6 . . 7 . 1 0 . 1 1 . i 3 . 1 3 . 1 4 _ 】 4 . 1 4 1 5 . 1 5 . 1 7 . 1 7 . 1 7 1 9 . 2 0 . 2 2 2 3 . 3 2 . 3 2 3 3 3 4 3 7 3 9 3 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 . ， . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 . . . . . . . . . . . . . . 4 2 一 . ， . ，4 3 卜. . . . . . . . . . . . . . .4 5 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 第 川 贞 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 第一章绪论 1 . 1 问题的提出 计算机领域发展至今， 积累了丰富的软件资源。 软件作为人类认知世界的数字化模型， 包含了大量的信息和知识。如何充分利用现有软件资源，是计算机领域正在努力攻克的一 个难题，软件重用就是这种努力的一部分。软件重用有多个层次:1 )软件模块和数据的 重用，即不经过修改或者经过很少的修改，直接在新软件中使用现存软件模块和数据:2 ) 软件设计重用，即把现有软件的体系结构用于新软件的设计;3 )需求重用， 将现有的需 求建模用于新系统的需求分析。软件异构系统集成是实现软件重用的一种有效途径。 复杂的问题求解任务往往需要多知识源的协作。如果异构知识源属于不同的应用领 域，或者既使属于同一个应用领域，但由不同的人在不同时间、地点开发，则一般会采用 不同的词汇、隐含假设和概念结构。这给它们之间的通信和互操作造成极大的困难，阻碍 了对原有软件的重用。 对异构系统进行集成有两种主要途径: 一种是“ 接口 标准化” 途径; 另一种是“ 中介” 途径 1 1 1“ 接口 标准化”途径的主要任务是制定标准， 如协议标准、语言标准等。标准化 将使通信大大简化， 但是要求系统之间的通信使用相同的协议、 相同的语言和相同的概念。 标准化是理想化的方式。实际上， 遗留系统是客观存在的; 而且标准的制定， 往往难以 跟 上应用需求的变化，因此标准制定以后，仍然存在遗留系统的问题。从理论上说，可以把 遗留系统完全抛弃，按照标准重新开发系统。这样将需要大量的重复工作，造成资源的浪 费，而且由于人员的培训以及大量数据、表格和资源的转换，将导致管理的混乱。 采用 “ 中介”方法对异构系统进行集成时，将异构系统集成建模为多代理系统 ( m u lt i - a g e n t s y s t e m , m a s ) 。 在 多 代 理 系 统 中 ， 每 个 异 构 系 统 称为 应 用a g e n t ， 同 时 引 入一 个 特殊的a g e n t 一 中 介a g e n t ， 它完成应用a g e n t 之间 通 信和互 操作的 转换。 在 这 种 模型中， 各应用a g e n t 可以 使用不同的语言和概念结构。因此， 按照这种途径将遗留 系统 集成为新系统时，不必对原系统进行大的修改。 由 于假定应用a g e n t 可以 使用不同的语言和概念结构，因此对它们之间的 通信和互操 作必须进行转换。这种转换发生在两个层面上:一个是语法上的转换;另一个是语义上的 转换，即进行概念的转换。 如何实 现这种转换? 本课题将使用本体 ( o n t o l o g y ) 技术解决 这一问题。 本课题研究基于本体的异构系统集成技术， 采用模块化方法， 把需要集成的系统分为 应用纯e n t 和中 介a g e n t ， 研 究的 主 要 组 成 包括中 介o n t o l o g y 、 分 析模 块、 概 念 转 换 模 块 和生成模块。 中 介o n t o l o g y 是集成系统的 概念化结构。 而后三个功能模块实 现a g e n t 之间 通信和互操作的语法和语义转换。 自 从二十世纪九十年代以 来， 围 绕着o n t o l o g y 召开了 为 数众多的专 题研讨会。 来自 哲 学、知识工程、 计划、 过程管理、 数据库视图 集成、自 然语言理解和企业建模等历史上相 互分离的领域的研究人员， 从各自 的角度出发共同探讨本体技术。 1 9 9 8 年召开了 第一个主 题会议一“ 信息系统中形式本体论国际会议”( i c f o i s 1 9 9 8 ) t 1 。 这标志着本体技术的 研 究己 经形成一种潮流，它在计算机科学领域的应用逐步深入。 本体是关于世界或领域的概念化描述。在计算机领域，它有两个方面的用途:其一， 用 于 不 同 系 统 之 间 的 知 识 共 享 和 重 用 ， 这 时 本 体 包 含 系 统 的 共 享 词 典 和 系 统 之 间 的 约 定 ; 其 二 ， 本 身 作 为 知 识 实 体 ， 用 作 系 统 的 知 识 库 ， 这 时 它 包 含 领 域 概 念 以 及 概 念 之 间 的 关 系 。 一-. -一-一-一 第t 页 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 在现实世界中，任何两个人进行流畅的通信，他们的词汇集合和知识体必定有重叠部分。 同样，任何两个异构系统，如果要进行通信和互操作，则它们的概念结构也必定有共享的 部分。 如， 在商务领域的供应链中， 生产厂家 ( 生产a g e n t ) 和销售公司( 销售a g e n t ) 共 同关心产品的类型、功能和价格等。 采用本体技术实现异构系统的集成时，从每个异构系 统的 应用领 域 抽象出 概念结构， 形成 应用o n t o l o g y ， 并 根据 这些应用o n t o l o g y 的 公 共部 分 建 立 共 享。 n t o lo g y 。 中 介a g e n t 利 用 共 享o n t o lo g y ， 对 相关 概 念 进 行转 换， 以 实 现 应用a g e n t 之间的通信和互操作。 1 . 2课题研究内容及所做工作 本课 题研究的思路是:从a g e n t 通信的角度提出 基于本体的异构系统集成框架，围绕 异构系统集成框架的功能模块进行研究;引进概念视图解决异构系统之间的知识共享，完 成基于本体的多a g e n t 之间的通信;为了 使用本体进行语义集成， 对语义冲突消解规则作 了探讨，并对集成系统的互操作提出互操作算法;并进一步研究本体开发模式、构造步骤 及原有系统本体的抽取方法和机制。 本课题主要工作如下: ( 1 ) 基于本体的异构系统集成框架。 ( 2 ) 从a g e n t 通 信的 角 度 提出 用 本 体 作为 通 信“ 中 介a g e n t ” 的 语 义 通 信 模 块， 并 对本 体的意义作了规定。 ( 3 ) 用本体技 术解决遗留 系统的 知识 共享和重用问 题， 提出 概念视图， 通过概念之间 的映射关系来实现异构系统的信息共享和转换。 ( 4 ) 解决 基于本 体的异 构系统 集成的 概 念转换问 题， 对概 念转换规 则 作了 详细的 讨论， 并给出互操作算法 ( 5 ) 在已 有成果的 基础上提出 开 发。 n t o l o g y 的 具 体步 骤和原 有软 件系 统。 n t o l o g y 抽 取 方法和机制。 1 . 3 论文结构 本文共分七章，内容如下: 第一章概述整个课题的背景， 提出了 研究问题及采用的解决方法， 对课题进行了整体 介绍; 第二章详细说明异构系统集成框架。 第三章介绍本体的概念、本体的层次结构、本体的表示方法和本体的组织。 第四章对异构系统的知识重用采用语义集成的方法进行了 研究，给出转换原则和转换 算法。本章的重点是如何利用概念转换规则进行语义冲突消解。 第五章本体的开发，阐明本体开发软件生命周期， 发o n t o l o g y 的4 个步 骤， 在分析已有资料的基础上总结出开 并对原有软件系统本体的抽取方法和机制作了探讨。 第六章用实例对异构系统集成进行验证。 第七章是结束语，总结了本课题的工作，并对本体进行了 展望。 一一一一一-一一一一一一一一一一 第 2 页 国 防 科 学 _技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 第二章基于本体的异构系统集成框架 异构系统集成(4 6 1 是数据库领域的 经典问 题，并随着x m l技术的兴起，再次成为该 领 域研究的一个热点。异构系统集成面临的主要问题是:1 )异构性。异构性是异构系统集 成面临的首要问 题，主要表现为模式异构，即异构系统在存储模式上的不同。一般的存储 模式包括关系模式、对象模式、对象关系模式和文档嵌套模式等几种， 其中关系模式为主 流存储模式。 需要注意的是， 即便是同一类存储模式， 它们的模式结构可能也存在着差异。 例如o r a c l e 所采用的数据类型与s q l s e r v e r 所采用的 数据类型并不是完全一致的。 2 ) 完 整性。异构系统集成的目 的是为新系统提供统一的访问支持，集成后的数据必须保证一定 的完整性， 包括数据完整性和约束完整性两方面。 数据完整性是指完整提取数据本身，一 般来说，这一点较容易达到。约束完整性要求不改变数据间的关联关系，是唯一表征数据 间逻辑的特征。 3 )性能。网络时代的应用对传统数据集成方法提出了 挑战，提出了更高 的标准。一般说来，当前负责集成的应用必须满足: 轻量快速部署，即系统可以 快速适应 数据源改变和低投入的特性。4 )语义冲突。异构系统间存在着语义上的区别。这些语义 上的不同可能引起各种矛盾，从简单的名字语义冲突 ( 不同的名字代表相同的概念) ，到 复杂的结构语义冲突 ( 不同的模型表达同样的信息) 。语义冲突会带来数据集成结果的冗 余，干扰数据处理、发布和交换。 所以 如何尽量减少语义冲突也是异构系统集成的一个研 究热点。 上面列举了异构系统集成所必须面对的问题:异构性、完整性、性能、语义冲突，这 些问题是相互联系、相互制约的。 我们 把异构 系统 视为多代理系统 ( m a s ,m u l t i - a g e n t s y s t e m ) ,a g e n t 把自 己 对领域知识 的理解固化在程序中。由 于a g e n t 概念描述不同，如何集成异构系统就变得异常困 难。 2 . 1 基于本体的 异构系统集成框架 多代理系统的分布式问 题求解的基础集中在系统中的a g e n t s 互相能进行通信和合作。 多代理系统中的通信方法3 3 可以 分为基于消息 / 对话的系统和黑板系统。 图2 . l 采用基于消息l 对话通信方式的多代理系统， 在这种方式中a g e n t s 直接交流。 询 问 图2 . 1 消息通信 图2 .2 所示的黑板模型通信方式中， 黑板交换消息、数据和知识。 a g e n t 共享同 一工作区域 黑板， a g e n t 通过 一一一 第3 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 图2 . 2 黑板模型 如果a g e n t s 数量很多， 那么与黑 板相联 系的 数据 量很大， 而 且每个a g e n t s 必须 搜索 大 量信息才能找到感兴趣的信息。为解决这一问 题，新发展的黑板系统将一个黑板分为几个 区 域， 某 个a g e n t s 可以 只 关 心自 身 被 分 配区 域的 信 息。 也 可引 入 一 个中 心管 理 组 件a g e n t s 对登录到黑板的a g e n t s 所起作用进行评价和检查。 黑板机制为分布问题求解的合作与通信提供了一个灵活的解决办法。它独立于所选择 的合作策略， 对与之相联系的a g e n t s 的体系结构要求也很少。 黑板机制、基于消息 / 对话的 通信机制实 现a g e n t 间信息的发送和接收， 属于系统的 底 层 通信; 对于概念结构不同的a g e n t 通 信， a g e n t 间 传 递的 是思想和 概念， 这 是 语义级的 通 信问 题，目 前现有的大多数系统没有解决语义级的通信问 题的机制。正如在现实生活中， 如果是同一领域、使用不同语言的专家，通过翻译可以顺利地交谈;如果是不同领域的专 家，即使来自 同一国家，也不能真正互相理解，这就是所谓的“ 隔行如隔山”问 题。 由于异构系统把自己对领域知识的理解已固化在知识库中，系统的知识表达语言不 同 ， 概 念 化 结 构 不 同 ， 这 样 的 系 统 无 法 直 接 解 释 和 理 解 基 于 同 一 标 准 所 描 述 的 事 实 知 iq 必 须通过“ 中 介a g e n t ” 实 现这类应 用系 统间的 知 识共享。 假设 有两个a g e n t 要 相互 通信， 各自 抱有一定目 标 ( 如寻求解决某一问 题) ，使用自 己的语言，向另一方发出请求或回答 对方的 请求，为达成相互理解， 消息通过中 介a g e n t 进行转换。 可提供一中介a g e n t ， 实现语言的翻译，即将各a g e n t 的 本 课 题 从 知 识 重 用、 共 享 的 角 度出 发， 采 用 本 体 技 术 作 为 异 构 系 统 的 实现异构系统的语义级集成，解决代理之间的不同概念交换的问题。 “ 中 介a g e n t , 本课题采用如图 2 . 3所示的基于本体的异构系统集成框架。 和多个a g e n t 组成。 该框架由 一 个中介a g e n t 图 2 . 3 基于本体的异构系统集成框架 应用a g e n t 解决相关应用领域的问 题。 应用a g e n t 发生交互， 在问题求解过程中， 提交请求或对请求作出响应。 一个应用掩e n t 要与其它 求代理， 对请求作出响应的 应用a g e n t 称为应答代理 我们把提交请求的 应用a g e n t 称为请 信的“ 桥梁” 作用， 完成应用掩e n t 。中介a g e n t 在应用a g e n t 间中起通 包含分析模块、概念转换模块和生成模块三个模块 换。 分析模块对请求/ 应答进行语法分析， u a w7 7 7 7 g t u 7 ri l - u i y l t l l g x . ) o 甲介a g e n t 三个模块， 它们配合完成应用a g e n t 间的 通信转 将其转化为中间表示; 概念转换模块将消息中的 间 通 信的 zn 泞 竺 -fa s . k ur m o f 语义转换) 。 中 介 第 4 页 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 概念转换为目 标概念;生成模块将包含目 标概念的中间表示转化为目 标语言消息。 以上所述的异构系统集成框架，具有以下特点: 1 . k q m l 作为通信语言， 并用f l o g i c 的子集作为内 容格式语言。 选用并支持t c p / i p 网 络通信协议和c o r b a代理间通信协议，实现了物理和逻辑上的网络集成，以及代理的即 插即用，并且代理群体可灵活重组，随时增减。 2 .异构系统集成属于知识层次的集成，必须使不同的应用系统对同一领域内的知识不存 在二义 性的 理 解。 为此， 每 个领域 必须制定规范的 知 识 表达， 也 就是 领域标准o n t o l o g y . 基于本体的知识共享要求所有应用系统对领域知识的理解是在领域o n t o l o g y 的 环境中 进 行的， 或者 是通过翻译器( 而 翻译器不能 脱离领域o n t o l o g y 进行 语义翻译) 来 进行知 识 共 享， 同 时， 领域事实知识的 表达也 是在领域o n t o l o g y 上 进行的， 这两方面 使得应用系 统可 以 不通过翻译或最多 通过复杂度为o ( n ) 的翻译实现知识共享。 3 . 异构系统集成框架中，知识和信息资源分别地存储在各a g e n t 中， 并以 高内 聚松祸合 的形式存在，以便于代理的协同求解和更新，适应不断变化的加工环境。 4 . 异构系统概念体系的差异， 造成了异构系统集成难度高和柔性低。 本文从基于不同本 体的多代理之间能够方便地实现知识共享和重用的角度，在本体中引入概念视图这一概 念，并定义它的组织方式。 在多代理之间通信的消息转换处理中， 提出 通过分析器、 转换 器和生成器，分别处理代理和本体之间的关系及不同 概念视图之间的消息转换，从而不仅 有利于本体的有效组织和维护，同时也为基于异构知识系统的代理之间进行正确的交流提 供了方便。尽管在实施方法上大量依赖于实施人员对概念视图转换规则的制定，但随着不 同本体的增多，这种工作量往往比较繁重和雷同。 2 . 2 中 介a g e n t 结构 中 介a g e n t 由5 部 分组 成 ( 见图2 a ) :中 介o n t o l o g y 、 分 析器、 转换 器、 生 成器 和通 信模块。 中 介o n t o l o g y 包括 应用本 体和共享本体两 类。 应 用本体是 应用a g e n t 的 概念视图， 包 含了 应用a g e n t 关注的 领域概念、 关系以 及它所使用的 通信语言的 知识。 总括起来， 应用 本体 抽象于 应用 领域， 是 应 用a g e n t 关于 领域的 模型。 共享 本体 抽象于 各 应用本 体， 是 应 用本体的共享词汇，建立了 应用本体之间概念的映射关系。 本 体的 知 识 表示 采 用 框 架 逻 辑 语言f lo g i c ( 见 第 三 章) 。 分析器包含一组过程， 每个过程对应于不同的 应用a g e n t 。当 接收到源语言消息时， 启动对应的过程，利用对应的 应用本体中的知识，对其进行分析，提取源语言消息中的概 念。因此，分析工作在语法和语义两个层面上进行。分析的结果用 为中间表示。 转换器的工作集中在语义层面， f lo g i c 语言表示， 称之 将k q m l 源消息中 包含的 概念 述。 生成器同样包含一组过程。 标语言消息。 即进行概念转换。 应用共享本体中的 概念映射知识， ( 源概念) ， 转换为目 标概念。 转换的结果用f lo g i c 语言描 它将转换器的输出， 翻译成接收者的 通信语言格式， 即目 源应用a g e n t 和目 标应用 定。 这要求应用a g e n t 的接收和发送功能。 n 标 应用a g e n t 可通过消息中 包含的 发 送者和最终 接收 者的 信息确 在发送消息时，指明该消息的最终接收者。 通信模块主要完成消息 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 图2 . 4中介a g e n t 的结构 基于中 介傀e n t 的 异构系 统集 成框架， 只 有在各 应 用a g e n t 具 有共 享概念集的 基础 上 才能有效工作。因此，该框架的一个基本假设是:若通信双方的 概念集不存在交集，则不 能进行有效的通信。这样的系统也实现进行有效的互操作。 图2 .4 中， 我们需要完成的工作集中在中 介a g e n t 模块。 我们必须首先解决应用o n t o l o e v 的 抽 取 ， 然 后 在 应 用 。 n to lo g y 的 基 础 上 如 何 提 取 共 享 。 n t o lo g y ; 其 次 就 是 分 析 器 、 转 换 露 和生成器的构造。具体如下: 1 ，从应用a g e n t 抽取相对应的 应用。 n t o l o g y 应用a g e n t 本体包括应用领域对象类、 属性及约束、 异构系统的功能函数或新的功能函数相联系， 类方法、关系等， 其中类方法与 3 r j zs ; e?j 17 j 9 g lr l ( 0 g ( 7 功能函数相联系，函数参数则与对象类、类属性、类间关系相 联 系 。 功 能 函 数 可 以 是 执 行 一 个k q l ( k n o w le d g e q u e ry l a n g u a g e ) 语 句 16 1 ， 此 时 需 要 根 据 o n t o l o g y中的 类、 属性等与异构系统相应部分的关系转换为相应操作，当异构系统为一个 d b ms时，应转换为s o l语句。 由 于应用a g e n t 的知识表示不同、 概念化结构不同，即 使有应用 能直接通信。为了 实现它们的通信， 必须建立它们的 本体概念间的映射。从应用 。 n t o l 中 抽象出 来的 共享o n t o l o g