（计算机应用技术专业论文）xml模式到概念模型的转换方法与工具研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是一种进行数据表示和交换的通用格式， 它已在i n t e r n e t 上和企业内部得到了广泛应用。x m l 模式是x m l 应用的基础， 为了描述x m l 文档的语法和结构，当前普遍采用w 3 cx m l 模式定义语言。然 而，这样的x m l 模式表示的是文档的逻辑结构，其格式复杂、难以表示语义， 因此不便于人们的理解和交流。图形化的概念模型是便于理解和交流的有效表 达方式，所以，将逻辑层的x m l 模式转换成概念层的图形化模型，这是一个值 得深入研究的课题。 本文主要研究从x m l 逻辑模式到x m l 概念模型的转换方法以及相关的转 换工具。x m l 逻辑模式采用x m l s c h e m a ，而概念模型则采用了种新型的x m l 概念模型x u m l 。论文介绍并分析了x u m l 的主要特点；在此基础上，对 x u m l 进行了扩展，扩展是通过定义p r o f i l e 实现的。p r o f i l e 针对x m ls c h e m a 主要特性，定义了相关的构造型、标记值和约束，强化了语义。 为了进行两种模式( 型) 之间的转换，映射规则是基础。论文从元素、属 性、数据类型、约束等方面，定义了x m l s c h e m a 到扩展x u m l 模型的映射规 则。在此基础上，论文提出了一个模型转换算法x s d 2 x u m l ，并分析了该算法 的时间复杂度。 为了让x s d 2 x u m l 实用化，需要有工具的支持。本文分析了与工具实现相 关的一系列关键技术问题，提出了实现该工具的完整技术方案。该方案以 p o w e r d e s i g u e r 为基础，采用其中的x m lm o d e l 作为x m l 编辑器：采用x m i 作为x u m l 的内部表示格式；采用x s di n f o s e t 作为x m l s c h e m a 处理的接口； 采用e c l i p s e 作为工具集成平台。通过扩展p o w e r d e s i g n e r 中的类图模型，初步 实现了x u m l 编辑器。 本文得到了湖北省自然科学基金项目( 编号：2 0 0 4 a b a 0 4 0 ) 的资助。 关键词：x m l ，x m ls c h e m a ，模型转换，x u m l ，算法 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) i sau n i v e r s a lf o r m a tt or e p r e s e n ta n d e x c h a n g ed a t a i ti sw i d e l yu s e do ni n t e r n e ta n di ne n t e r p r i s e x m ls c h e m ai st h e b a s eo fx m l a p p l i c a t i o n w 3 cx m l s c h e m ad e f i n i t i o nl a n g u a g ei sa l l - p e r v a d i n g u s e dt od e s c r i b et h es y n t a xa n ds t r u c t u r eo fx m ld o c u m e n t x m ls c h e m ac a nd e n o t e t h el o g i s t i cs t r u c t u r e ，b u ti ti sd i f f c u l tt od e n o t et h es e m a n t i c s ，a n di t sf o r m a ti s c o m p l i c a t e dt o o t h er e a s o n sa b o v er e s u l t i nt h ei n c o n v e n i e n c ef o rp e o p l et o u n d e r s t a n d i n ga n dc o m m u n i c a t e w h i l et h e g r a p h i c a lc o n c e p t u a lm o d e l i sa l l e f f e c t i v ew a yo fe x p r e s s i o nf o ru n d e r s t a n d i n ga n dc o m m u n i c a t i o n s oi ti sa d e s e r v i n gs t u d yt oc o n v e r tt h ex m l s c h e m ao fl o g i c a ll a y e ri n t og r a p h i c a lm o d e lo f c o n c e p t u a ll a y e r t h i st h e s i sr e s e a r c h e st h et r a n s f o r m a t i o nf r o mx m l l o g i c a lm o d e lt ox m l c o n c e p t u a lm o d e l ，a n ds o m et o o l st h a tc o n c e r n e d x m ll o g i c a lm o d e la d o p t sx m l s c h e m aw h i l ex m lc o n c e p t u a lm o d e la d o p t sx u m l , w h i c hi san e wx m l c o n c e p t u a lm o d e l t h et h e s i si n t r o d u c e sa n da n a l y s e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fx u m l , a n dx u m lm o d e li se x t e n d e db a s e do nt h e s ew o r k s m a p p i n gr u l e si st h ef o u n d a t i o n o ft h et r a n s f o r m a t i o nb e t w e e nt w om o d e l s t h i s t h e s i sd e f i n e ss o m em a p p i n gr u l e sf r o mx m ls c h e m at oe x t e n d e dx u m lb a s e do n t h ea s p e c t so fe l e m e n t ，a t t r i b u t e ，d a t at y p ea n dr e s t r i c t i o n a n dt h e nac o n v e r s i o n a l g o r i t h mx s d 2 x u m l i sb r i n gf o r w a r db a s e do nt h em a p p i n gr u l e s t h et h e s i sa l s o a n a l y s e dt h et i m ec o m p l e x i t yo fa l g o r i t h m i no r d e rt om a k ex s d 2 x u m lm o r ep r a c t i c a l ，s o m et o o l sa l en e e d e d t h et h e s i s a n a l y s e sas e r i e so fk e yt e c h n o l o g i c a lp r o b l e m sa b o u tt h ei m p l e m e n tu s e db yt o o l s a b l u ep r i n ti sp u tf o r w a r dt o o t h i sb l u ep r i n ti sb a s e do np o w e r d e s i g n e r , w eu s e si t s x m lm o d e la sx m l e d i t o r ；x m ii su s e da st h ei n n e rf o r m a to fx u m l t h ed i s p o s e i n t e r f a c eo fx m ls c h e m ai sx s di n f o s e t ；a n de c l i p s ei su s e da st h ei n t e g r a t i o n p l a t f o r m t h et h e s i si m p l e m e n t sas i m p l ex u m le d i t o rb ye x t e n d i n gt h ec l a s sg r a p h m o d e lo fp o w e r d e s i g n e r i i 武汉理t 大学硕士学位论文 t h i st h e s i si ss u p p o r t e db yt h en a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fh u b e i p r o v i n c eo fc h i n a ( n o 2 0 0 4 a b a 0 4 0 ) k e y w o r d s ：x m l ，x m ls c h e m a ，m o d e lt r a n s f o r m a t i o n ，x u m l ，a l g o r i t h m i i l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，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 入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育祝构 的学位或证书两使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：挚豳期上喇 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论支的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名： 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 x m l 概述 1 1 1 x m l 简介 第1 章引言 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 ) 1 o 标准于1 9 9 8 年 2 月由w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ) 正式颁布，它是s g m l ( s t a n d a r d g e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ，标准通用标记语言) 的一个受限版本。 x m l 是自描述的、半结构化的和可扩展的标记语言。作为一种标记语言， 它将数据和对数据的描述( 元数据) 结合在一起，因而具有比关系模型更灵活、 更强的描述能力不仅能表示结构化数据，还能表示半结构化数据。x m l 基 于文本，与特定支撑环境无关，具有广泛的通用性。x m l 灵活的可扩展机制， 使得各行各业都可定义自己的x m l 词汇，并形成标准。 x m l 具有以下重要特征： ( 1 ) x m l 允许各个组织、个人建立适合自己需要的标记( t a g ) 集合，并且这 些标记可以迅速地投入使用。这一特征使得x m l 可以在电子商务、政府文档、 司法、出版、c a d c a m 、保险机构、厂商和中介组织信息交换等领域中一展身 手。 ( 2 ) x m l 的数据存储格式不受显示格式的制约。x m l 把文档的三个要素： 数据、结构以及显示方式独立开来，分别处理。首先把显示格式从数据内容中 独立出来，保存在样式表文件中；这样，如果需要改变文档的显示方式，只要 修改样式表文件就可以了。x m l 的自描述性能很好的表现许多复杂的数据关系， 使得基于x m l 的应用程序可以在x m l 文件中准确高效地搜索相关的数据内容， 忽略其它不相关部分。 ( 3 ) x m l 是一种跨平台的语言。x m l 可以作为公共的信息载体，在不同系 统和平台之间进行信息交流。 由于x m l 具有这些特征，自其发布以来，很快就成为一种数据表示和交换 的标准格式。在新一代w e b ( s e m a n t i cw e b ) 、文档处理以及内容管理系统( c o n t e n t m a n a g e m e n ts y s t e m ) 等应用中，x m l 被越来越多地用作数据表示和存储的数据 武汉理工大学硕士学位论文 模型。 x m l 同时是一种文档格式，它包含一系列说明x m l 文档的规则，该规则包 含语法上的规则和语义上的规则。x m l 文档的语法规则主要是形式化的，通过 x m l l 0 做了详细的定义。而语义规则主要是指有效性( v a l i d i t y ) 的约束，通过 x m l 的模式来进一步描述文档的语义和结构。 1 1 2x m l 的主要应用 目前，在i n t e r n e t 上或企业内部，x m l 正在迅速成为信息表示、交换和存 储的通用形式，被广泛地应用于各种领域。 ( 1 ) 语义网( s e m a n t i cw e b ) ：这是w 3 c 提出x m l 的最初动机。目前的w e b 用h t m l 来记录网站，导致信息检索难以查全和查准。语义网是下一代w e b 的 雏形，x m l 将作为其中信息表示和存储的标准格式。 ( 2 ) 电子商务( e l e c t r o n i cc o m m e r c e ) ：在b 2 b 或b 2 c 电子商务中，x m l 作 为“消息流 的标准交换格式。企业数据发布，也大量采用x m l 作为通用格式。 ( 3 ) 内容管理系统( c o n t e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) ：这样的系统中，结构化和 半结构化数据并存，x m l 可作为一种“数据库逻辑模型，用于表示和持久存储 多种信息。 ( 4 ) w e b 服务( w e bs e r v i c e ) ：这是i n t e r n e t 上的一种革命性应用。w e b 服务 基于几个标准：s o a p ( 简单对象访问协议) 、u d d i ( 通用发现、描述和集成) 、 w s d l ( w r e b 服务描述语言) ，这些技术都与x m l 密切相关，x m l 是w e b 服务 的基石。 1 1 3 x m l 模式分类及特点 x m l 的文档类型可以分为两种：一种是良构( w e l l f o r m e d ) 的x m l 文档，另 一种是有效的( v a l i d ) x m l 文档。只要符合x m l1 0 语法规定，就是良构的文档； 但要是一个有效的文档，必须通过模式进行有效性验证乜3 。对于x m l 的模式，主 要有d t d 、x m ls c h e m a 、r e l a xn g 、s c h e m a t r o n 等几种，下面分别介绍。 ( 1 ) d t d 文档类型定义( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ，d t d ) 是描x m l 文档的一种常见 方法。它允许定义x m l 实例中的基本结构，包括： 2 武汉理工大学硕士学位论文 元素类型中子元素的结构和顺序 元素类型的属性 属性的基本数据类型 属性的默认值和固定值 代表其它数据格式的符号 d t d 有许多优点，它相对简单，语法紧凑，而且广泛地为x m l 实现者所理 解。如果设计得当，它可以是高度模块化的、灵活的和可扩展的。 然而，d t d 还是有一些不足。它采用独有的t x m l 语法，不能很轻易地支持 命名空间，而且提供非常有限的数据类型，这些数据类型仅适用于属性。 ( 2 ) x m 碳式定义语言( w 3 cx m ls c h e m ad e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 在x m ls c h e m ad e f i n i t i o nl a n g u a g e ( 以后简称x m ls c h e m a 或s c h e m a ) 之前 已经开发了4 种模式语言：x d r ( x m ld a t ar e d u c e d ) 口1 、d c d ( d o c u m e n tc o n t e n t d e s c r i p t i o n ) 引、s o x ( s c h e m a f o r o b j e c t o r i e n t e dx m l ) 5 1 和d d m l ( d o c u m e n t d e f i n i t i o nm a r k u pl a n g u a g e ) 嘲。这4 种语言共同被认为是x m ls c h e m a 的起点，它 们的开发者也有很多参与了x m ls c h e m a 的创建。 w 3 c 于1 9 9 8 年开始制定x m ls c h e m a 。第一个版本，在2 0 0 1 年5 月2 日正式为 官方推荐；第二个版本，也在2 0 0 4 年l o 月2 8 日推出。正式推荐的版本包括x m l s c h e m ap a r t0 ：p r i m e r ( 入门) 、x m ls c h e m ap a r t1 ：s t r u c t u r e s ( 结构文档) 嘲和 x m ls c h e m ap a r t2 ：d a t a t y p e s ( 数据类型文档) 1 这三个部分。 x m l s c h e m a 是本文采用的模式语言，其主要特性将在3 1 节中详细说明。 ( 3 )r e l a x n g r e l a xn g n 们专门用于有效性验证。r e l a xn g 没有内置的数据类型，而 是使用其它数据类型库。 r e l a xn g 有一些x m ls c h e m a 没有的便捷特性： 它在元素内容模型中包括属性。 它允许内容模型依赖于属性值。 它允许指定内容模型。 它对内容模型的确定性不作要求。 然而，与x m ls c h e m a 相比，r e l a xn g 也有一些不足之处： 它没有继承功能。 因为它专门用于有效性验证，所以不给处理器提供应用程序信息。 3 武汉理工大学硕士学位论文 ( 4 )s c h e m a t r o n s c h e m a t r o n 1 采用了与x m ls c h e m a 和r e l a xn g 不同的方法。s c h e m a t r o n 是基于规则的。它允许定义一系列文档必须遵循的规则。这些规则使用x p a t h 来 表示。与基于语法的语言不同的是，s c h e m a t r o n 认为只要不违反规则就是有效的。 这就不需要对每一个出现在实例中的元素类型和属性作出声明。 与r e l a xn g 一样，s c h e m a t r o n 专门用于实例的有效性验证，它有许多优点： 它简单易学，易于使用。它使x p a t h ，这是许多使用x m l 的人非常熟 悉的语言。 由于使用t x p a t h ，所以能够简洁灵活地表达出元素间的联系。这是其它 模式语言所不能及的。 实例中的值能包括在有效性验证中。 与x m ls c h e m a 相比，s c h e m a t r o n 也有一些局限： 它不提供实例数据的模型。人们不能通过查看模式而理解实例数据的作 用。 由于它专门用于有效性验证，所以不能够传递任何关于实例的信息。 s c h e m a t r o n 中除非明确禁止，任何内容都是有效的。 1 2 x m l 模型相关研究现状 1 2 1x m l 逻辑模型及逻辑设计 x m l 逻辑建模与x m l 自身的数据模型相关。w 3 c 定义了几种x m l ( 逻辑) 数据模型：i n f o r m a t i o ns e t ，d o m1 0l e v e l 2 ，x q u e r y l 0 x p a t h 2 0 ，x m l s c h e m a 。从本质上讲，x m l 的数据模型是标号图，不考虑某些细节，可简化为 带标号的有向树。x m l s c h e m a 具有 = l d t d 更强的结构描述能力，适合描述复杂 文档的逻辑结构。 规范化理论是r d b 逻辑设计的重要理论基础与方法，借鉴这思想，人们 开始研究x m l 模式的规范化，提出了几种x m l 的范式，试图为x m l 模式设 计提供理论基础。还有一些关于x m l 完整性约束的研究。 目前，已出现了一些可视化的x m l 逻辑建模工具，如a l t o v a 公司的 x m l s p y n 2 l ，s y b a s e 公司的x m lm o d e l ( 包含在p o w e r d e s i g n e r l 0 及以上版本 中) n 嬲 1 4 1 。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 2 x m l 概念模型及概念设计 x m l 的逻辑模型不够抽象且难以理解，所以设计合适的概念模型尤为必要。 目前，国内外在x m 嘲念建模的相关研究，包括如下几个方面： ( 1 )扩展e r 模型 概念模型的表示方法很多，其中最著名最常用的是e e c h e n 于1 9 7 6 年提出的 实体一联系方法( e n t i t yr e l a t i o n s h i p a p p r o a c h ) n 引，该方法用e r 图来描述现实世界 的概念模型。关系数据库中以e r 模型来描述数据库中实体与实体之间的联系， 获得了广泛、成功的使用。鉴于此，有人考虑能否直接用e r 模型来定义x m l 的 概念模型。 由于x m l 的结构与传统的e r 模型存在着一些差异，要用e r 模型定义x m l 的概念模型，必须对e r 模型进行扩展以适合更多的x m 螨性。根据文献，目前 主要有五种基于扩展e r 模型而建立的x m 魄念模型n 阳。 文献 1 7 从管理多个x m l 文档的角度出发，提出了e r x 模型，说明了该模 型的相关构件，特别提出了i n t e r f a c e ( 接口) 的概念来维护多文档语义上的不同。 文献 1 8 比较了e r 模型与x m l 的区别，提出并详细地定义了x e r 模型的构造， 以及与d t d 之间的转换。文献 1 9 从w e b 数据集成的角度提出了x 给出了模型的基本概念和x m ls c h e m a 至l j 该模型的转换。文献 2 0 为企业级的建 模，提出了cx m 骥型，定义了该模型的构件，并基于所谓嵌套树( n e s t e dt r e e ) 的思想描述了该模型与x m l s c h e m a 之间的转换。文献 2 1 按照数据库应用需求 来设计x m l 的概念模型，提出了e r e x 模型，依据x m l 的需求扩展了e r 模型， 描述了通过x g r a m m a r 转换到x m ls c h e m a 的算法规则。 文献 2 2 还从层次化视图的角度分析了e e r 至i j 定制化的x m ls c h e m a 的转 换，并提出了相关算法。 ( 2 )u m l 类图 u m l d e 为一种统一的建模语言已经得到了业界的普遍认同和接受，它们的 产品也大都支持u m l ，所以通过扩展u m l 类图来定义x m 魄念模型的相关工作 已经展开3 。 文献 2 4 是用u m l 建模x m 骥式最早的方法，尽管它是基于x m ls c h e m a 的一种前身s o x 的，但它仍介绍了扩展u m l 来对元素、属性、模型组等建 模的方法。文献 2 5 都是以建立面向对象软件设计和x m l 数据模式之间桥梁为 5 武汉理工大学硕士学位论文 出发点，定义了扩展u m l 类图来对x m u 慨念建模，同时提出了u m l 类图与x m l d t d 的映射规则。d a v i dc a r l s o n 提出的方法嘶1 描述了基于x m i 规则实现转换 u m l 到x m l s c h e m a 的方法，其中针对x m l s c h e m a 的概念定义了一系列的u m l p r o f i l e 。文献 2 7 中，p r o v o s t 针对文献 2 6 中的一些缺点给出了改进方法。文献 2 8 从概念、逻辑、物理三层来考虑u m l 和x m l s c h e m a 的关系，并给出了两者 直接的、一对一的映射规则；文中还从降低冗余、增强连通性的角度比较了相 关映射的优劣。其它的相关工作在文献 2 9 3 0 中都有描述。国内也有相关文 献，如 3 1 3 2 做了类似的研究工作。 ( 3 )其它 除了扩展e e r 和u m l 类图来建立x m l 的概念模型之外，还有些其它的 方法。 文献 3 3 3 提出了基于语义网( s e m a n t i cn e t w o r k ) 的设计x m l 文档的方法。 其中提出了对语义网的构件和约束的形式化定义，并依此给出了语义层和x m l 模式层的映射。 a o m ( a s s e to r i e n t e dm o d e l i n g ) 口们是一种全新的建模方法。在a o m 方法中， 引入了一个重要概念a s s e t ，用它来统一表示实体和联系。它的特点是表达能力 强、图形简洁和模块化。a o m 不仅有自己的理论，还有配套的图形化建模工具 k l e e n 。但a o m 方法并不成熟，且相对来说它的资料和技术支持都还有不足。 文献 3 5 提出了o r as s 模型，该模型将对象类、联系类型和属性区分开 来。o r as s 不仅能反映半结构化数据的层次结构，也能提供嵌套联系中的参引 ( r e f e r e n c e ) 信息。 1 2 3 存在的主要问题 以上的各种概念模型，不论是扩展e e r 、扩展u m l 类图还是其它模型，不 论是针对x m l 的d t d 还是x m ls c h e m a ，都存在着一定的局限性，其主要存在的 问题体现在：( 1 ) 模型不全面，不统一，缺乏标准；( 2 ) 大多数模型都缺乏对x m l 包含( c o n t a i n m e n t ) 语义的有力支持；( 3 ) u m l 2 x s d 有较多研究，u m lp r o f i l e 的 构造型集中在如何表达x m l s c h e m a 的特性，但对u m l 没有实质性扩展( 如：元素 嵌套参引和类型重用) ，模型的建模能力不能很好适应x m l 的层次化结构；( 4 ) 缺乏x m ls c h e m a 至u 概念模型的转换研究。 6 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 本文的基本问题和研究目标 1 3 1基本问题 一方面，x m 啦用于不同的领域中，领域中的用户，特别是普通用户，对 x m l 可能并不十分了解，他所了解的只是其专业领域的知识。那么如何使得普 通用户能够很好地将x m l 应用到其专业领域昵? 另一方面，在企业数据建模和 企业信息集成领域中，如何高效的设计x m ls c h e m a 模式文档和集成x m l s c h e m a 模式? 为解决上述问题，需要建立一种更为抽象的概念模型来表示x m l s c h e m a 文档，该概念模型应将x m l 的相关特性融入其中，使得普通用户、设计 者能够借助于该概念模型来理解x m ls c h e m a 文档，从而不必( 也不应该) 关心 x m l s c h e m a 文档的细节，而只需专注于应用的领域。图1 - 1 示意了x m 嘶念模 型在应用领域中的桥梁作用。 图1 - 1x m l 概念模型在应用领域中的桥梁作用 从图卜1 中，可以看到x m l 概念模型的桥梁作用。本文的基本问题就是探 讨x m l 模式的概念化，其核心是将x m ls c h e m a 模式转换成概念模型的方法。 1 3 2 研究目标 以一种新的x m 蛹念模型x u m l 为基础，对它进行适当扩展，然后定义 出x m l 逻辑模型到扩展x u m 蜞型的映射规则，并以每个独立的构件映射规则 为基础，给出一个x m l s c h e m a 至w 扩展x u m l 的总体转换算法。最后给出x u m l 及转换算法实现的具体方案。 1 4 本文的主要工作及意义 本文的工作主要从以下几个方面展开： ( 1 ) 介绍一种x m l 的概念模型x u m l ，分析其特性。本文采用x u m l 作为x m l 的概念模型。 ( 2 ) 从元素、属性、数据类型、联系、约束等方面，形式化地定义了x m l 7 武汉理工大学硕士学位论文 s c h e m a 各构件到扩展x u m l 各构件的映射规则。 ( 3 ) 在映射规则的基础上，给出了一个从x m ls c h e m a 到扩展x u m l 的转 换算法x s d 2 x u m l 。 ( 4 ) 提出了利用p o w e r d e s i g n e r 实现x u m l 的简单原型，基于e c l i p s e 平台 和x m ls c h e m ai n f o s e tm o d e l 实现x s d 2 x u m l 转换工具。 1 5 论文组织 本文后面的内容安排如下：第2 章详细介绍了一种新的x m l 概念模型： x u m l ，这是本文研究工作的基础。第3 章针对x m ls c h e m a ，给出了x u m l 的p r o f i l e 定义。第4 章则是本文研究的重点之一：定义了x m ls c h e m a 模式到 扩展x u m l 模型的映射规则。第5 章描述了x m l s c h e m a 模型到扩展的x u m l 模型的转换算法一x s d 2 x u m l 。第6 章则介绍了利用p o w e r d e s i g n e r 设计 x u m l 的简单原型，以及基于e c l i p s e 平台和x m l s c h e m ai n f o s e tm o d e l 实现转 换算法( x s d 2 x u m l ) 的技术方案。最后，总结了本文的研究工作、分析了问 题并阐述了下一步的研究计划。 8 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章x m l 概念模型x u m l 为了进行x m l 模式转换，需要选择一种合适的x m l 概念模型。本章介绍 一种新的x m l 概念模型x u m l ，详细说明它的主要构件及其特性。本文采用 x u m l 作为x m l 的概念模型。 2 1x u m l 模型概述 文献 3 6 提出并定义了一种新的x m l 概念模型，称之为x u m l 。x u m l 模型基于u m l ( 类图) ，专门针对x m l 领域设计的：x u m l 主要继承自u m l 的类图，同时结合x m l 的特性，增加了几个相关的重要概念。一般的u m l 模 型由数据结构、数据操作和完整性约束三者构成。由于x u m l 概念模型主要考 虑一些静态特征，因此x u m l 中不考虑u m l 模型中的数据操作部分，以下各 节介绍x u m l 的数据结构和完整性约束。 2 1 ，1基本模型构件 在x u m l 模型中，为了更好的描述x m ls c h e m a 模式，定义了一系列的构 件。下面列出x u m l 模型中的主要构件： 1 ) 类( c l a s s ) 2 ) 属性( a t t r i b u t e ) 3 ) 关联( a s s o c i a t i o n ) ，包括聚集( a g g r e g a t i o n ) 和组合( c o m p o s i t i o n ) 4 ) 泛化( g e n e r a l i z a t i o n ) 5 ) 包( p a c k a g e ) 6 ) 特性( p r o p e r t i e s ) ：用于说明各种模型构件的特征( f e a t u r e ) 。 7 ) 广义聚集联系( g e n e r i ca g g r e g a t i o n ) 8 ) 组件类( c o m p o n e n t ) 9 ) 部件类( p a r t ) 10 ) 组件内关联( 1 0 c a la s s o c i a t i o n ) 1 1 ) x u m l 结构化类( x u m ls t r u c t u r e dc l a s s ) 9 武汉理工大学硕士学位论文 其中1 ) - - - 6 ) 是来自u m l ( 包括u m l 2 ) 的；7 ) 1 1 ) 是x u m l 模型 中特有的构件。下面对x u m l 模型中的主要概念进行详细说明。 2 1 2广义聚集 ( 1 ) 广义聚集定义 在x m l 中，一个联系可以有2 个以上的参与者，这是因为该联系涉及到所 有的参与者而不只是其中的2 个。因此几个2 元联系并不等于一个非2 元联系。 图2 - 1 ( a ) 中有2 个2 元组合联系，它们具有相同的“整体 ( 学院) ；但这2 个 联系是独立的，即项目和教师并不一定属于同一学院。而在图2 1 ( b ) 中只有一 个“非2 元的广义聚集 联系，此时，“整体与“部件的集合( c o l l e c t i o no f p a r t s ) 相关，即项目和教师属于同一学院。因此，x u m l 借鉴文献 3 7 ，定义了广义 聚集( g e n e r i ca g g r e g a t i o n ) ，并将其作为x u m l 的一种重要联系。 件类 ( a ) 2 个2 元聚集( b ) 一个非2 元广义聚集 图2 - 12 元聚集和非2 元广义聚集图示 广义聚集( g e n e r i ca g g r e g a t i o n ) ：是一种x u m l 联系，对于一个广义聚集， 其中一个参与者( 整体) 的特性( p r o p e r t y ) ，部分地，由其它参与者( 部件) 的特性 来确定。整体( w h o l e ) 的抽象称为整体类，部件( p a r t ) 的抽象称为部件类。 ( 2 )广义聚集特性、约束及说明 广义聚集是u m l 关联( a s s o c i a t i o n ) 的特殊形式，是在a s s o c i a t i o n 基础上 定义的构造型( s t e r e o t y p e ) ，如图2 - 2 所示。其中，r e l a t i o n s h i p 和a s s o c i a t i o n 由 u m lc o r e 定义。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 圈 a s s 。c i a t i 。n 1 飞二蔼 广义聚集比u m l 中的普通2 元聚集更具通用性，它是非对称的 ( a s y m m e t r i c ) ，所以和u m l 中的n 元关联也不同。广义聚集的图形表示法还是 采用传统u m l 中的菱形符号，但与u m l 中聚集的树形风格表示不同的是，它 从聚集端( a g g r e g a t e ) 菱形的延长线分成多个分枝，如图2 一l ( b ) 所示。考虑到广 义聚集只有一个分枝的极端情况，这就成了一个普通的2 元聚集，因此普通的2 元聚集可以看成是广义聚集的一个特例，在x u m l 中仍存在普通的2 元聚集。 广义聚集可分为共享的( s h a r e d ) 和组合的( c o m p o s i t e ) 。共享的广义聚集 菱形是白色的，是一种非层次结构的；而组合的广义聚集菱形是黑色的，体现 一种层次化结构，这正是x u m l 模型需要的，用它描述x m l 中元素和子元素 间的层次联系，即包含联系。 图2 - 1 ( b ) 中的广义聚集只有2 层，通常情况下，它可以实现多层之间的 嵌套，而且层之间的广义聚集存在传递性。图2 3 实现了多层( 3 层) 嵌套，其中 的项目和教师是学院的( 直接) 部件类，而论文和研究生是学院的问接部件类。 任何部件类都只能参与一个广义聚集，即部件类只能有一个整体类，这 使得广义聚集层次形成一棵树。 一个类可以作为多个不同广义聚集的聚集端( 父类) 。对于同一种业务对 象，我们从不同角度观察，可以建立几个相互“垂直”( 独立) 的广义聚集联系 层次，在图2 - 4 中，以学院为聚集端，建有2 个独立的广义聚集。 广义聚集在x u m l 中的重要意义，在于它更准确地表示了x m l 中的“包 含 语义，描述了x m l 文档内最重要的联系，即，元素和子元素之间的“包含 联系 ，或称层次联系。 2 1 3 业务组件、路径与范围 ( 1 )业务组件 武汉理工大学硕士学位论文 组件( c o m p o n e n t ) 是系统中的一个模块化部件。在u m l 2 中，组件概念不 仅可以用在逻辑层或实现层，也可用作概念层术语。本章所说的组件都是指概 念层组件。 业务组件( b u s i n e s sc o m p o n e n t b c ) ：业务组件代表一个能独立存在的单 元，它由组相关联的部件( 对象) 组成。 业务组件类：同一种类的业务组件的抽象，称为业务组件类，简称组件类。 在x u m l 中，用1 个广义聚集或1 个多层的广义聚集，来表示1 个组件类 的层次概念结构。 标识类( i d e n t i f y i n gc l a s s ) ：是组件类中广义聚集层次的根类；在1 个组件 类中，只能有1 个标识类。 标识类是对x m l 文档中根元素的概念建模。1 个文档中只能有1 个根元素， 所以标识类是1 个特殊的类，它只能有1 个实例，即标识类的基数只能为1 1 。 图2 - 3 中有一个多层( 3 层) 的广义聚集，c o l l e g e 类是该组件类的标识类。 图2 - 3 多层广义聚集图2 - 42 个独立的广义聚集 传统的概念建模方法，例如e r 方法，倾向于将现实世界抽象成一系列基本 的、最小冗余的实体( 规范化实体) ，以及这些实体之间的联系。这样建立的概 念模式很容易转换成规范化的关系数据库模式。但是，在这样的概念模型中， 关于组件的概念常常是模糊的，因为组件可能已被人为地分解，变成了多个更 小的、规范化的实体。 在x m l 中，一个实例文档通常记录并描述一个组件，而对应的文档模式则 描述了这种组件的结构。所以在x m l 应用中，组件的概念比在常规数据库中更 为重要。x u m l 引入了组件类概念，并将其作为核心的建模概念。 ( 2 )路径和范围 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 由于x u m l 中的广义聚集可以是多层次的，而且关联存在多种不同的类型， 为了明确说明相关概念，又定义了x u m l 中路径和范围的概念。 下面通过一个完整的例子，来说明相关概念。 设计一种文档的概念结构，它将一个“学校 作为业务组件，描述组件内 部的各种部件类及部件类之问的联系。假设根据用户的需求，得到了图2 - 5 所 示的x u m l 模型，它是学校组件的一种概念模型。 图2 - 5 组件内联系：广义聚集和组件内关联 图中有5 个广义聚集，描述了组件内的主要联系包含联系。还定义了9 个“组件内关联 联系。 x u m l 中的广义聚集层次构成了一棵树，为说明范围提供了一个很好的基 础。 x u m l 路径( p a t h ) ：设t 是一棵x u m l 广义聚集树，从树根r 开始，到达 一个部件类p 。所经历的节点序列，构成了1 条x u m l 路径，记为：r p 。p 。， i 0 。当i = o 时，路径为树根本身。 图2 5 中，学校，学校学院，学校学院教师，都是合法的x u m l 路径。 范围( s c o p e ) ：范围定义一个上下文( c o n t e x t ) ，它实际上是一棵( 子) 树，用( 子) 树的根来表示范围，根的所有属性和根下面所有的( 子孙) 部件类及其联系都在 根这个范围内。 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 因此，在x u m l 中，每一种部件类( 包括叶子类) 都定义了一个确定的范围。 例如，图2 - 5 中，对于整个树来说，“学校”定义了一个范围，而且是最大的范 围；而对学院类及其子孙构成的树而言，“学院”定义了一个稍小的范围，项目 类和教师类，以及它们之间的关联“主持人”，都是在“学院 范围内定义的。 路径和范围是x u m l 中的重要概念。它们为组件内部关联的定义提供了一 个上下文环境，并且为后续到逻辑模型的转换提供了基础。 2 1 4 联系分类 ( 1 )联系分类 图2 - 6 列出了x u m l 中支持的各种联系，以及它们之间的