（计算机应用技术专业论文）主动服务中构件库的组织与检索方法研究.pdf

摘要 主动服务作为一种全新的、面向用户的w e b 服务定制方式，它能够自动适应 用户的服务需求，在i n t e r n e t 上为用户发现，定制和运行能够满足用户需求的 构件程序。构件技术的发展为主动服务的实现提供了基础，异构构件描述信息 通过相应的映射算法转化为通用构件描述语言( u c d l ) ，使得实现异构构件之间 的调震成为可能。 虽然通用构件描述语言为不同类型的构件提供了一致性访问方法，但是要在 i n t e r n e t 上有效地进行程序挖掘，还必须对这些构件进行含理组织、分类和管 理，并提供构件检索、分析选择等服务以支持程序挖掘。一种有效的程序挖掘 方法是先按照u c d l 规范构建一个统一的本地构件资源库( l o c a lc o m p o n e n t r e s o u r c ew a r e h o u s e ，l c r w ) ，并按照规定的组织和结构统一组织和管理构件资 源库中的构件。 本文以u c d l 为基础，阐述了本地构件资源库的关键技术，提出基于刻面分 类和关系模型的构件组织方式，并针对传统的基于刻面的检索存在的不足提出 了基于关健词的全文检索方法，同时使用同义词表的将用户的查询进行扩展， 最后实现了一个本地构件构件资源库的原型系统。系统具有构件的入库、更新 和删除等管理功能，也可以根据用户的需求检索构件。 本文分为三个部分，第一部分描述了主动服务的基本概念，指出构件复用技 术是主动服务的实现基础。同时介绍了本地构件资源库的关键技术，包括构件 的描述和存储、分类、组织与检索等。第二部分介绍构件资源库的常见分类和 组织方法，分析网状组织方式存在的不足，提出使用关系模型来组织构件，不 但可以有效地存储构件信息，而且便于维护和检索。第三部分介绍了本地构件 资源库的设计方案，详细阐述了构件的入库，用户需求的分析和构件的检索。 考虑到常规分析方法对用户需求的处理不够全面，本部分介绍基于圊义词表的 方式对用户查询进行适当扩展，从而丰富用户的原始查询，使得检索结果更加 完整。另外，使用全文检索技术也增加了查询的灵活度和检索效率。 关键谶；主动服务，u c d l ，关系模型，构件检索 a b s t r a c t a san e wu s e r - o r i e n t e dw e bs e r v i c ec u s t o m i z a t i o nw a y , a c t i v es e r v i c ec a n a u t o m a t i c a l l ya d a p tt ou s e r ss e r v i c er e q u i r e m e n t s i tc a l lh e l pu s e r sf i n d ，c u s t o m i z e a n ds a t i s f yt h eu s e r sn e e d st or u nt h ec o m p o n e n tp r o c e d u r e sa ti n t e r n e t t h e d e v e l o p m e n to fc o m p o n e n tt e c h n o l o g yp r o v i d e st h eb a s i sf o ri m p l e m e n t a t i o no f a c t i v es e r v i c e t h e d e s c r i p t i o ni n f o r m a t i o no fh e t e r o g e n e o u sc o m p o n e n t sc a n c o n v e r ti n t ou n i v e r s a lc o m p o n e n td e s c r i p t i o nl a n g u a g e ( u c d l ) t h r o u g ht h e a p p r o p r i a t em a p p i n ga l g o r i t h m s oi tm a k e si m p l e m e n t a t i o no ft h ec a l lb e t w e e nt h e h e t e r o g e n e o u sc o m p o n e n t sp o s s i b l e a l t h o u g ht h eu c d lp r o v i d e sac o n s i s t e n c yo fa c c e s sm e t h o df o rd i f f e r e n tt y p e s o fc o m p o n e n t s ，f o ra ne f f e c t i v ep r o c e d u r ef o re x c a v a t i o ni nt h ei n t e r n e t ，w em u s t r e a s o n a b l yo r g a n i z e ，c l a s s i f ya n dm a n a g et h e s ec o m p o n e n t s a n dw ea l s op r o v i d e c o m p o n e n tr e t r i e v a l ，a n a l y s i sa n do t h e rs e r v i c e st os u p p o r tt h es e l e c t i o np r o c e d u r e s f o re x c a v a t i o n a ne f f e c t i v ep r o c e d u r ef o re x c a v a t i o nm e t h o di sr a i s e d f i r s t b u i l da l o c a lc o m p o n e n tr e s o u r c ew a r e h o u s e ( l c r w ) i na c c o r d a n c e 谢mt h en o r m so f u c d l 。a n dt h e no r g a n i z ea n dm a n a g et h ec o m p o n e n t ss t o r e di nl c r wi na p r e d e f i n e ds t r u c t u r e b a s e do nu c d l ，t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ek e yt e c h n o l o g i e si nl c r w t h ea r t i c l e p u tf o r w a r dan e wo r g a n i z a t i o no ft h ec o m p o n e n tl i b r a r yo nt h eb a s i so ff a c e t - b a s e d c l a s s i f i c a t i o na n dr e l a t i o n a lm o d e l 。b e c a u s et h e r ea l es o m ed e f i c i e n c i e se x i s ti n t r a d i t i o n a lf a c e t e d b a s e dr c t r i e v a l i ta d v a n c e st h ef u l l t e x ts e a r c hw a yb a s e do nk e y w o r d a tt h es a m et i m e ，t h i sw a yw i l le x p a n du s e r sq u e r yb yu s eo f s y n o n y m st a b l e f i n a l l y ，ap r o t o t y p es y s t e mo fl c r wi si m p l e m e n t e d 。t h i ss y s t e mh a ss o m e f u n c t i o n ss u c ha sa d d ，u p d a t ea n dd e l e t ec o m p o n e n t s 。i ta l s oc a nd oc o m p o n e n t s r e t r i e v a l i na c c o r d a n c ew i t ht h eu s e rn e e d s t h ep a p e ri sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s t h ef i r s tp a r td e s c r i b e st h eb a s i cc o n c e p t so f a c t i v es e r v i c ea n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o m p o n e n tt e c h n o l o g ya n da c t i v e s e r v i c e i tp o i n t so u tt h a ta c t i v es e r v i c ei so nt h eb a s i so fc o m p o n e n tr e u s e t e c h n i q u e 。 a n dt h i sp a r ti n t r o d u c e st h ek e yt e c h n i c a lo fl c r w ，i n c l u d i n gd e s c r i p t i o n ，s t o r a g e ， n c l a s s i f i c a t i o n , o r g a n i z a t i o na n dr e t r i e v a lo fc o m p o n e n t s 。 t h es e c o n d p a r t i n t r o d u c e s t h ec o m m o nc l a s s i f i c a t i o na n d o r g a n i z a t i o n a l m e t h o d so fc o m p o n e n tl i b r a r y i ta n a l y s e sd e f i c i e n c i e so fm e s s yo r g a n i z a t i o na n d p r o p o s e st h er e l a t i o n a lm o d e l 。t h i sm o d e ln o to n l yc a ns t o r ec o m p o n e n t se f f e c t i v e l y ， a n da l s os i m p l i f yt h ep r o c e s so fm a i n t e n a n c ea n dr e t r i e v a l t h et h i r dp a r ti n t r o d u c e st h ed e s i g no fl c r w i te x p l i c a t e sc o m p o n e n t s s t o r a g e ， t h ea n a l y s i so fu s e r sn e e d sa n dc o m p o n e n t s r e t r i e v a l 。c o n v e n t i o n a lm e t h o di sl a c k o fc o m p r e h e n s i v ef o rd e a l i n g 州mu s e r sn e e d s 。i nv i e wo ft h ea b o v e m e n t i o n e df a c t s ， t h i sp a r tp u t sf o r w a r daw a yt h a tc a ne x p a n du s e r sq u e r yp r o p e r l yb a s e do ns y n o n y m t a b l e 。t h i sw a ye n r i c h e st h eu s e r so r i g i n a lq u e r y ，a n dm a k e ss e a r c hr e s u l t sm o r e p e r f e c t l y 。i na d d i t i o n ，t h eu s eo ff u l l t e x ts e a r c ht e c h n o l o g yh a sa l s oi n c r e a s e dt h e f l e x i b i l i t yo fq u e r ya n dr e t r i e v a le f f i c i e n c y k e y w o r d s ：a c t i v es e r v i c e ，u c d l ，r e l a t i o n a lm o d e l ，c o m p o n e n tr e t r i e v a l ! i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导耀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 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育 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了谢意。 、。 r 签名：奎望同期：雹亟! 生竺 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、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的图家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并蠢社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：翩签钒磊期：丛生堡 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 l 。1 。i 主动服务产生的背景和意义 计算祝网络和i n t e m e t 技术飞速发展，i n t e m e t 的应用也随着不断地增长和深 化，其中w r e b 服务是当前最为活跃的研究领域之一。w e b 服务的应用从最开始 的信息发布和共享向新的分布式计算模型转化，使用户拥有更好的交互性。现 在的i n t e m e t 已经不仅仅是一个只进行信息发布和共享的演示网络，正在成为一 个能够为用户提供所需要的各种服务的智能平台，各种用户都能在这个平台上 褥到所需要的服务。 然而，随着研究的深入以及应用领域的深化，人们逐渐发现尽管w b b 服务在 交互性、普遍性、易于开发等方面有着很大的优势，但是要想更胜一筹，w e b 服务还匦临着很多技术难题黔挑战，如可靠性、适应性、管理能力、计费等， 特别是当今用户的应用需求正在发生较大的变化，对智能化要求越来越高，现 有的i n t e m e t 所提供的包括w 拈服务在内的各种应用和服务都是软件开发人员事 先设置好的，服务基于静态的部署方法而无法感知用户的需求变化，不能根据 用户需求的变化丽变化，这就需要一种新的技术来解决未来w e b 服务的智能化、 个性化与综合化问题，一种新的w e b 服务定制方式主动服务( a c t i v es e r v i c e s ) 就是为了解决这些问题而产生的。 主动服务仍是基于i n t e m e t 平台和以服务集成为主的，所以仍然是一种w e b 服 务，除了具有传统w e b 服务的开放性、自治性、集成性等特点之外，主动服务还 具有智能化、个性化等满足用户的各种各样需求的特点，是一种能够提供用户 定制的新的计算服务模式，正在变革着w e b 服务的方向。主动服务是一种多领域 综合的设计模式，由于用户个性傀需求和应用环境的千差万别，通过预先编制 好的程序来满足不同的要求是不可能的，主动服务要根据用户的服务需求，从 因特网或是本地网络中搜索、发现、挖掘出能够供用户需求服务的现有程序，并 组装、编译和执行，为用户提供服务。 武汉理工大学硕士学位论文 要为用户提供主动服务，就必然涉及程序的复用和重组。构件( c o m p o n e n t ) 技术的出现和发展，为软件复用( s o f t w a r er e u s e ) 和实现主动服务开辟了可行的道 路，并提供了实现基础。基于软件构件的复用技术被视为解决软件危机现实可 行的重要方法之一，可以有效减少软件生产成本和维护成本、缩短软件开发周 期、降低软件产品失败率。构件不同于传统程序中的库函数和面向对象中的对 象模块，不需要编程人员使用过程名和参数等进行调用，是一个物理的、可替 换的系统组成部分，包装了实现体且提供了功能播述和对一组接鼹的实现方法， 屏蔽了所有的内部实现细节，使得编程人员在不同环境下共享构件变得更加容 易。目前，国际上有影响的构件标准有s u n 公司的j a v a 构件标准j a v a b e a n 和e j b ， m i c r o s o f t 提出的c o m 和d c o m 标准，以及对象管理组织( o m g ) c o r b a 3 0 规范中 的c c m 标准f 2 l 。 2 程序挖掘介绍 实现主动服务的重要工具和方法是程序挖掘( p r o g r a mm i n i n g ) ，程序挖掘的实 现有三个前提：i n t e m e t 上有大量的可复焉构件资源：构件之闻可以容易的组装， 即能够复用；存在一个有效的程序挖掘方法。对于第一个前提，i n t e r n e t 上已经 出现了大量的构件库，如a l p h a w o r k s ，c o m p o n e t s o u r c e ，c o m p o n e n t p l a n e ，为主 动服务的实现打下了基础。程序挖掘就是通过分析用户计算请求( 一般情况用 户对服务都是有时间要求的) ，从大量的构件资源中识别、发现和获取所需的构 件，并进行自动组装，形成用户所需计算功能的程序的过程。 在用户要求的时间内，通过广域网络去发现和搜索与用户需求功能相匹配的 构件是很困难的。因此，为了提高发现和搜索构件的速度和效率，最好是把 i n t e m e t 上的各种构件预先发现和搜集起来，并按照一定的标准规范进行分类组 织，构建一个本地构件资源库( l o c a lc o m p o n e n tr e s o u r c ew a r e h o u s e ，简称 l c r w ) 。这样，只要主动服务要求进行程序挖掘时，系统就可以迅速地从本地 构件资源库巾找到相关构件。如果所需的构件不存在，系统会记住这次失败记 录，以便进一步在i n t e r a c t 上搜寻相关构件或者要求开发人员去开发新的构件。 程序挖掘系统必须宪成以下几个方面的工作：首先，要有一个智能代理系统 不断地从i n t e m c t 上发现和搜索各种已经发布的构件：其次，要有一个能够连接 和识别各种不同厂家和不同类型构件的统一接口，这个接口能屏蔽各种不同类 型构件的功能描述细节，提供统一的功能描述；根据这个描述标准，构建本地 武汉理工大学硕士学位论文 构件资源库并按照一定结构组织；系统接受用户需求后，从l c r w 中搜索出一个 或多个构件，并与用户交互地选出能够完成所要求服务的最佳构件，然后将这 些构件进行链接、重组和编译：最后，对链接、编译后的新构件进行验证和测 试。 1 2 国内外研究现状 实现主动服务的前提是“可复用软件构件”的出现，复用概念的第一次 引入是在1 9 6 8 年n a t o 软件工程会议上，m a l l o r y 的论文大量生产的软件构 件中。在此以前，子程牟的概念也体现了复用的愚想，僵其鼙的是为了节省 当时昂贵的机器内存资源，并不是为了节省开发软件所需的人力资源。然露子 程序的概念可以用于节省人力资源的目的，从而出现通用子程序库，供程序员 在编程时使用。例如数学程序库就是非常成功的予程序复用的例子。 虽翦，构件技术成为国内钤研究的热点，逐渐孳| 起软件工程研究人员的重视， 构件技术在理论和实际应用中已被人们普遍关注。构件由构件描述和构件实体 组成。构件描述是指构件特性和行为的定义，而构件实体是构件的可执行代码。 西蔫，国际上在构件规范纯方面已经取得一定的成果。1 9 9 1 年，o m g 组织为 o r b 指定了规范，即c o r b a ( 公共对象请求代理体系结构，c o m m o no b j e c t b r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 规范，c o r b a 规范基于客户服务器模式，定义了i d l 语 言及映射、单个o r b 体系结构和o r b 间互操作机制。s u n 公司的e j b 技术， 是在j a v a b e a n 的基础上发展面成酶面向服务器端的分布应用构件技术，e j b 给 出了服务器端分布构件规范，包括构件、构件容器的接口规范以及构件打包、 构件配置等标准规范。m i c r o s o f t 公司的c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 是一组二 进制和网络标准，用于解决两个构件之间的通信。c o m 接口的定义遵循m i d l ， 是微软公司针对i d l 语言的扩展。但是这些构件在构件格式、构件描述、组织 结构和访问方式上各不相同，就造成程序挖掘中构件的处理活动有很大的困难， 因此，要解决不同构件之间的描述一致性问题。除了要解决构件一致性访问方 式外，簧在i n t e m e t 上有效地进行程序挖掘，还要对构件进行组织、分类和管理， 并提供构件检索、分析选择等服务。 在构件资源的组织、分类和检索方面，网前i n t e m e t 上的专业构件资源库采 用的构件分类方法有：关键词分类、枚举分类、属性值分类、刻面分类等几种。 武汉理工大学硕士学位论文 在构件库的组织方式上，文献【2 1 在基于x m l 的构件描述的基础上，给出了一个 面向领域的、层次构件语义网络组织模型及其功能说明；文献 1 4 1 为管理分布式 构件库提出了构件爵录库的概念和模型。在对嚣录项( 即构件描述信息) 作了 通用的定义后，设计并实现了构件尽录库的支持王具，包括对构件信息的提取、 存储、增加、删除、检索等系列操作，满足不同网络环境下的用户定制软件 的要求。在对构件检索技术的研究过程中，提出了各种类型的检索方法，主要 有基于属性值的检索、基于刻面分类的树匹配检索等等。 国内外很多专家对主动服务的基本模型、体系结构、协议规范和描述，以及 如何发现和组织已有的程序并且确认这些程序是否能够提供主动服务所需要的 功能，都进行了一定的研究。在豳内，主动服务的研究除了w e b 技术之外，主 要集中在基础技术：构件技术、智能代理技术和数据挖掘技术等，还集中在一 些关键技术上，如人机接口、用户的需求分解、构件搜索( 包括在i n t e m e t 上搜 索挖掘构件和在构件资源库中检索提取构件) 、构件库的组织方式与管理、构件 的缓装和验证。但是主动服务和程序挖掘是一个全新的领域，目前国内外的研 究还处在初始阶段，很多技术和细节还不够全匿和完善，都是局限于现有技术 的，许多问题都还有待进一步研究和解决。 1 。3 本文主要研究工作 本文以主动服务的实现为目标，主要研究本地资源构件库的组织方式和分类 检索方法。为改进现有构件瘴的组织结构和管理方法，基于u c d l 规范提粥可 有效提高构件检索效率和准确度的构件组织优化模型。在优化模型的构件库中 实现更高效的检索方法。 本文为了实现以上的研究目标，在经过实际调查、大量文献研究后，应用已 有的成果和资源，主要研究王作如下： 1 研究主动服务的概念和模型以及与主动服务的实现机制和相关的构件技 术、智能代理技术、数据挖掘技术等； 2 研究异构构件之间的互相调用闻题，包括构件模型、结构、表示方法以及 转换接口； 3 。研究构件的分类方式和构件资源库的组织与管理方式；重点分析现有的各 种分类和组织方式的优缺点，提出一种基于刻面分类法的关系组织结构模型； 4 武汉理王大学硕士学位论文 4 研究基于新模型的构件检索方式，将全文检索应用在构件的检索中，以提 高构件的检索效率和准确度。 1 。4 本文组织结构 本文共分为6 章，各部分内容安莽 如下： 第l 章：绪论。简要介绍本文课题的磅究背景和意义，提出主动服务，分析 国内外对本课题的研究内容、进展及主要问题，提出本文的研究内容和结构。 第2 章：主动服务与构件技术。介绍构件技术，主动服务的概念、结构及相 关理论知识。 第3 章：构件资源麾的关键技术。介绍构件资源库的系统结构，构件的描述、 存储方法，现有构件库的组织和检索方式。 第4 章：构件资源库的组织方式。主要研究构件的分类方式，重点介绍基于 刻面的分类及其优点，分析现有构 牛资源痒躲组织方式的优缺点，设计基予刻 面分类的关系组织结构，并对其进行有效的管理。 第5 章：基于关系模型的构件库系统的设计与实现。本章设计了一个构件库 系统，介绍了系统的层次结构，构件库的建立过程，提出基于同义词表的方法 对用户查询进行扩展，并攫测查询中隐含的刻瑟及其术语取值，然后应用全文 检索技术对构件库进行检索，从而有效改善检索效果。并且对此系统的实验结 果进行了分析。 第6 章：总结与展望。对本论文的研究做出总结，并对将来的下一步工作提 出展望。 武汉瑷工大学硕士学位论文 第2 章主动服务与构件技术 2 1 主动服务介绍 i n t e m e t 的发展经历了计算机互联、w e b 互联等阶段，燕在自更贴近用户的 方向发展。所以，软件生产者的角色逐渐转换为服务提供者，i n t e m e t 已从一个 简单的信息发布平台演化为分布式计算平台。现有的w e b 服务存在着以下两个 主要不足： 在实现层次上，现有的服务基于固定的计算模式面无法进行功能扩展； 在使用层次上，现有的服务基于静态的部署方法而无法感知用户的需求变 化，不能达到按需服务的要求。 因此，主动服务就是为解决上述闻题焉提出的。 2 1 1 主动服务的模型架构 在现有w e b 服务的基础上，引入主动服务发现、定制、组装和使用机制，从 丽推导出相应的主动服务模型。主动服务模型是在现有的溉b 服务模型中引入 了面向终端用户的智能代理构成的，如图2 。l 所示。 6 武汉壤工大学硕士学位论文 2 1 。2 主动服务的实现机制 主动服务实现过程中服务的主动发现和圭动定制是非常关键的。其实现主要 依赖于构件技术、智能代理技术和数据挖掘技术。其实现过程可以分为三个阶 段：服务需求分析阶段、服务发现与组装阶段以及服务发布阶段，具体流程如图 2 - 2 。 匝圈 o 二j 困 服务尊求定义 b 三 j 至亘至耍至至 。 构件资源位置信患 r e s o u r c e f i l e 武汉理工大学硕士学位论文 。 构件分类信息 。 。 一 ，c o m p o n e n t f u n c t i o n a l i t y 构件接m 规约 接蜀信息 输入消息 数据类型为基本类型参数 part n a m e = t y p e = ” 劂量定义数据类型 图3 1u c d l 的文档结构i 图- h ，、h 一 1 4 武汉理工，人学硕+ 学位论文 以上述描述为基础，c o r b a 、j a v a b e a n 、a c t i v e x 等不同类型的构件都可以 选用不同的映射算法将自身信息转换成相应的u c d l 描述符结构，形成统一的 构件描述以支持程序挖掘和其他应用。 3 1 2 构件的存储方式 构件库中的构件实体都是以一定的形式存在的，需要用某种物理方式存储在 计算机内。构件的存储系统可以采用多种方式：面向对象数据库o o d b s m s 、 关系数据库r d b m s 、文件系统f i l e s 。 1 面向对象数据库o o d b s m s 面向对象数据库具有存储数据量大、易于维护、易于扩充、易于格式动态变 动等优点。由于其本身其有的模块化和强有力的内部搡作能力，能够有效地提 离开发者的主产率。目前面向对象数据库尚无成熟产晶，尤其在标准化和性能 上令人不满意，并且有些构件又不支持面向对象技术，因而从实用性考虑，面 向对象数据库目前还难于作为构件底层存储支持。 2 关系数据瘁r d b m s 关系数据库是比较成熟的数据存储系统。关系数据库是以二维表的形式组织 数据，通过关联和查询来表现数据间的关系，已经广泛的应用在众多的系统中。 关系数据库具有储存和管理大量数据的高效性、理论的严密性和技术的成熟性， 不仅可以支持存储不同的数据类型和复杂的数据结构，而且能够表示结构优的 数据，可以方便地表达出数据之间的关系，并且还可以提供多种线索进行查询， 具有很高的查询效率。但是，关系数据库的局限性主要体现在以下两个方面： 构件的体积一般都很大，焉关系数据库对所保存的数据项都有尺寸限制，所 以构件的存