（计算机应用技术专业论文）基于本体的流程知识库研究与设计.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 业务流程是企业运营的核心和本质，其重要性毋庸置疑。随着经济全球化、 信息网络化、需求多样化，市场和客户需求都在快速变化之中，这必然导致业务 流程呈现变化、动态的新特点。而传统业务流程管理系统的资源缺少统一的知识 描述结构，导致流程资源在各流程系统间难以交互操作和共享；其基于关键字的 知识信息检索方式，在语义和语用的揭示上也有很大的局限性，难以满足用户的 实际需求。 针对以上不足，本文提出了基于本体的流程知识库设计思想。将本体引入知 识库的知识建模，建立领域本体知识库，通过术语或概念对知识进行表示，同时 揭示这些知识之间内在的关系。领域本体知识库中的知识，不仅通过纵向类属分 类，而且通过本体的联想( 语义关联) 进行组织和关联，推理机再利用这些知识进 行推理，从而也能大大提高用户检索的查全率和查准率。 通过考察业务流程管理的应用现状，指出它们存在的缺点，分析了将本体引 入到流程知识库构建中的优势。并针对现有流程知识库的不足，根据本课题的业 务流程模型，设计了基于本体的流程知识库的建模方法，将基于本体的流程知识 库按照各自的作用分为流程本体、旅游资源本体等四个部分。并根据课题需求构 建了流程知识库的各个子库，并对其进行形式化表示，给出其o 、礼( w e b o n t o l o g yl a n g u a g e ) 语言描述，使其便于进行资源的利用和共享。 本文还提出了一种对知识库生成的基于事件驱动过程链e p c s ( e v e n t d r i v e n p r o c e s sc h a i n s ) 的流程进行合理性验证的算法，以保证流程的正确性并实现流程 的自动重组。e p c s 在流程建模技术中比较流行，但也有它的局限性，如它的半 形式化的语义，使得基于e p c 的流程重组无法实现自动化。本文针对流程的自 动化重组， 采用有穷自动机( f i n i t es t a t ea u t o m a t a ) 理论，提出了一种状态空间 生成算法，以达到自动完成e p c 正确性验证，从而能由业务人员自行完成流程 重组之目的。流程的重组是基于e p c 的，针对得到的e p c ，首先利用e p c 化简 规则进行化简，然后把化简后的e p c 转化成形式化的p e t r i 网，通过有穷自动机 理论，状态空间分析，人工判断等技术进行正确性验证，并实现验证算法。 另外本文详细介绍了实现过程中的各种关键技术，比如本体存储、推理、查 山东大学硕士学位论文 询，利用j e n a 解析本体知识库，以便访问和维护知识库，给出了具体实现代码， 并指出了开发过程中的一些问题。 本文通过对流程知识库的设计以及访问，把流程知识整合到一个综合的知 识描述结构，实现业务流程的共享和重用，也在一定程度上解决了异质系统进行 互操作的问题。本文的理论研究和实现方法，有助于实现系统之间或企业之间的 流程共享和重用，对业务流程管理相关领域具有一定的参考意义。 关键词：本体；业务流程管理；o w l ；知识库；e p c s n 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t b u s i n e s sp r o c e s s e sa r et h ec o r ea n dt h en a t u r eo fe n t e r p r i s e so p e r a t i n g ，a n dn o d o u b ta b o u ti t si m p o r t a n c e w i t he c o n o m i cb e i n gg l o b a l i z a t i o n ，i n f o r m a t i o nb e i n g n e t w o r k ，a n dt h ed e m a n d sb e i n gd i v e r s i f i c a t i o n ，m a r k e ta n dc u s t o m e rr e q u i r e m e n t s a r ef a s t - c h a n g i n g ，t h i sw i l li n e v i t a b l yl e a dt oc h a n g e si nb u s i n e s sp r o c e s s e s ，a n d d y n a m i c w i l lb et h en e wf e a t u r e r e s o u r c e si nt r a d i t i o n a lb u s i n e s s p r o c e s s m a n a g e m e n ts y s t e m sa r el a c ko fau n i f i e dd e s c r i p t i o no ft h es t r u c t u r eo fk n o w l e d g e ， l e a d i n gt of l o w - r e s o u r c e sb e t w e e nd i f f e r e n ts y s t e m sd i f f i c u l tt oi n t e r - o p e r a t i o na n d s h a r i n g ；i t sk e y w o r d - b a s e di n f o r m a t i o nr e t r i e v a lm e t h o d so fk n o w l e d g ea r el i m i t e dt o s h o ws e m a n t i ca n dp r a g m a t i c ，a n di ti sd i f f i c u l tt om e e tt h eu s e r sa c t u a ld e m a n d f o rt h ea b o v es h o r t c o m i n g s ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h eo n t o l o g y - b a s e dk n o w l e d g e f l o wd e s i g ni d e a t h r o u g hs e tu pk n o w l e d g eb a s eo nd o m a i no n t o l o g y , t e r m so r c o n c e p t sc a nb eu s e dt oe x p r e s sk n o w l e d g e ，a tt h es a m et i m et os h o wt h a tt h ei n t r i n s i c r e l a t i o n s h i pb e t w e e nk n o w l e d g e r e a s o n i n gm a c h i n et h e nu s et h ek n o w l e d g e ，t h u s c a ng r e a t l ye n h a n c et h es e a r c hr e c a l lr a t ea n dp r e c i s i o no fu s e r r e s e a r c h e dt h e a p p l i c a t i o n s t a t u so fb u s i n e s s p r o c e s sm a n a g e m e n t d i s a d v a n t a g e s ，a n a l y z i n g t h e a d v a n t a g e s o f u s i n go n t o l o g y t o b u i l d i n g a f l o w - k n o w l e d g eb a s e f o rt h ei n a d e q u a c yo ft h ee x i s t i n gf l o w - k n o w l e d g eb a s e ， i n t r o d u c e dt h es u b je c to fb u s i n e s sp r o c e s sm o d e l sa n dd e s i g no ft h eo n t o l o g y b a s e d f l o w - k n o w l e d g eb a s em o d e l i n g a n dd i v i d e do n t o l o g y - b a s e df l o w - k n o w l e d g eb a s e i n t of o u rp a r t sb yt h e i rr e s p e c t i v er o l e s ，m e ya r e t h ef l o wo n t o l o g y , t o u r i s mr e s o u r c e s o n t o l o g y , e t c t h e nb u i l dt h ev a r i o u ss u b - l i b r a r i e so ff l o w - k n o w l e d g eb a s e g i v i n gt h e i r f o r m a l i z a t i o na n dd e s c r i p t i o ni no w ld ll a n g u a g e ，t om a k ei te a s yt ou s ea n ds h a r e r e s o u r c e s s t u d y i n gt h ek e yt e c h n o l o g i e sw i t h i nt h ep r o c e s so fi m p l e m e n t a t i o n ，s u c h i i i 山东大学硕士学位论文 嬲o n t o l o g ys t o r a g e ，r e a s o n i n g ，q u e r y i n g u s i n gj e n at ov i s i ta n dm a i n t a i nt h e o n t o l o g yk n o w l e d g eb a s e t h i sp a p e rw i l lg i v ep r a c t i c a le x a m p l e s e v e n t - d r i v e np r o c e s sc h a i n s ( e p c s ) h a v es e r i o u sd r a w b a c k ，s u c h 嬲t h e i n f o r m a ls e m a n t i c so fe p c st h a tr e s u l t e di nt h ep r o c e s sr e e n s i n e e r i n gb a s e do ne p c c a l l tb ei m p l e m e n t e da u t o m a t i c a l l y t h i sp a p e ra i m sa tt h ea u t o m a t i cr e e n g i n e e r i n g o fp r o c e s s ，a d o p t st h ef s a ( f i n i t es t a t ea u t o m a t a ) t h e o r y ，a n di n d i c a t e sa na r i t h m e t i c b a s e do ns t a t e - s p a c e ，f o rt h ep u r p o s eo fi m p l e m e n ta u t o m a t i cv e r i f i c a t i o no fe p c s ， t h e nt h eo p e r a t i o n a ls t a f fc a l ld ot h ep r o c e s sr e e n g i n e e r i n gb yt h e m s e l v e s p r o c e s s r e e n g i n e e r i n gi sb a s e do ne p c a i m sa tt h ee p cw h i c hh a sb e e ng a i n e d , f i r s t , i ti s r e d u c e du s i n gu n i v e r s a l l ya c c e p t e dr e d u c t i o nr u l e s s e c o n d , t h er e d u c e de p ci s a n a l y z e du s i n gam i x t u r eo fs t a t e - s p a c ea n a l y s i s ，a u t o m a t at h e o r y ，a n dh a m a n j u d g m e n t ，t h e nt h ea r i t h m e t i ci si m p l e m e n t e d t h i sp a p e ra l s ou s i n gt h es t a t es p a c ea n df i n i t ea u t o m a t at e c h n o l o g yt ov e r i f y t h er e a s o n a b l e n e s so fe p c s - b a s e df l o wg e n e r a t e dt h r o u g hk n o w l e d g e b a s e ，i no r d e rt o e n s u r et h ec o r r e c m e s sa n di m p l e m e n t a t i o no fa u t o m a t i cf l o wr e o r g a n i z a t i o n b yp r o p o s er e s e a r c ha n dd e s i g no fo n t o l o g y - b a s e dk n o w l e d g eb a s eo fp r o c e s s ， i n t e r o p e r a t i o nb e t w e e nh e t e r o g e n e o u ss y s t e m sw i t ho n t o l o g y ，s h a r i n ga n dr e u s eo f b u s i n e s s p r o c e s si m p l e m e n t a t i o n i n t h i s p a p e r ，t h et h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o nm e t h o d sc o n t r i b u t e t of l o ws h a r i n ga n dr e u s eb e t w e e nd i f f e r e n t s y s t e m so rb u s i n e s s e s ，a n dh a v eac e r t a i nr e f e r e n c ev a l u et ob u s i n e s sp r o c e s s m a n a g e m e n tr e l a t e df i e l d s k e y w o r d s ：o n t o l o g y ：b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t to w l ：k n o w l e d g e b a s e ：e p c s i v 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：篁f 公磊日期：丝墨竺 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或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；本人授权山东大学可以将本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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 盔 毖导师签名：妞商 日期：堡丝 山东大学硕士学位论文 皇皇皇皇曼曼曼曼曼曼曼曼舅i i 舅曼皇曼皇曼曼曼皇量曼舅曼曼曼! 曼曼曼曼皇曼曼量曼曼曼鼍曼曼鼍皇量曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼量曼量曼曼蔓鼍曼曼曼曼皇曼皇曼 1 1 研究背景及问题的提出 第1 章绪论 随着社会经济环境的变迁和信息技术支持体系能力的增长，产生了一种新型 的技术，这就是业务流程管理( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ，b p m ) 1 1 - 2 1 。b p m 以流程为中心，通过优化企业的组织结构、灵活易变的流程设计、面向客户而非 管理者的横向流程管理体制等等一系列措施，来提高企业的运行效率、优化资源 利用率、优化人员之间的协作关系，从而降低企业的运营成本、提高企业对客户 需求的响应速度，以争取企业利润的最大化。这种业务流程管理系统( b u s i n e s s p r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m ，b p m s ) 具备可重用、灵活、敏捷的特点，并且具有 跨企业和技术平台的能力，保障业务流程的流畅化、自动化。 但在过去的信息化过程中，企业的各种应用系统却存在巨大差异，形成了中 间层各异的异质应用系统，其互操作连接成为高层流程集成管理的主要障碍，甚 至企业内部也同样存在异类系统集成的难题。针对这一问题，先后出现了中间件、 工作流等技术，在具体行业的企业间流程接口标准或参考体系，如供应链管理领 域参考模型，这些新兴技术、标准和参考体系部分解决了特定的异类系统和流程 间的集成问题，但未能从根本上解决业务流程缺乏普适性和动态柔性的问题。 而且伴随着商务活动的全球化，面对快速变化的市场需求，企业价值的提升 将更多地源于服务。与此同时，i n t e r a c t 普及也带来的新的应用模式：一方面 越来越多的用户希望使用i n t e m e t 完成任务，越来越多的应用依赖于i n t e r a c t ：另 一方面w e bs e r v i c e 技术的出现可以使i n t e m e t 上的复杂任务更加容易完成。因 此，业务流程模式也将由面向企业用户渐渐转为面向更广泛的普通用户。 面向企业的流程模式与面向个体用户的业务流程模式有着以下几个方面的 不同：首先，企业中的流程相对比较成熟规范，需求比较明确，从而流程也相对 稳定，事先由专家定制一个适合业务需要的流程是较为合理的。而普通用户的数 目众多、个性各异、层次不一，常常提出个性化的要求，定制统一的流程已经无 法满足众多的个性化要求，我们必须寻求为每一个个性化要求单独定制流程的方 法和技术。其次，业务流程中任务完成的主体也发生了改变。传统的流程管理技 山东大学硕士学位论文 术，任务多由程序单元或者企业应用软件完成。而互联网环境中，完成任务的主 体已经扩展到了所有w e bs e r v i c e 。 正因如此，企业计算必须以动态和灵活作为应对策略，业务流程管理软件必 须支持流程实例根据运行环境和变化的需求，通过流程模型和支撑系统的通用机 制，动态地改变流程结构和行为，适应各种变化。 为了使需求表达更加方便、清晰，降低业务人员与人员的沟通障碍，需 要用业务专家与专家都能理解的语言规范地描述业务流程。本文提出了用本 体( o n t o l o g y ) 来描述业务流程，在领域专家和专家之间建造一座桥梁，减 少功能需求的丢失，降低流程管理的风险。由于本体能在语义和知识层次上描述 概念模型，通过对企业业务流程的一些概念进行抽象和形式化定义，能够实现流 程的共享和重用。 1 2 研究现状 传统的流程模式更多的是面向企业，但是随着i n t e m e t 的普及，新的i t 应用 模式的出现，业务流程模式也将由面向企业用户渐渐转为面向更广泛的普通用 户。由于普通用户的个性化要求，由企业决定的传统的业务流程软件开发技术亟 需改革。针对以上要求，新的流程模型应该能够支持灵活流程重组( 生成个性化 流程) 的业务流程管理系统，新的面向流程的软件开发技术应该能够提高流程的 智能性，灵活性，使得流程配置简单易行，并实现特定的流程重组。 客户对定制化的产品和服务需求的增加要求企业必须支持动态业务流程。不 像可适应的工作流那样，只是限制在集中力量提高单个流程的适应性，如今的业 务流程管理的研究倾向于通过整合多流程来获得流程适应性。许多b p m 系统缺 乏对单个流程整合到所有情况的支持，主要原因如下： ( 1 ) b p m 系统要求用户自己指出当一个目标到达时开始那一个流程，意味着 用户必须非常熟悉流程，这在一个复杂的和频繁变化的业务环境中是非 常不切实际的。 ( 2 ) 业务管理和重用限制在工作流模型层面，却忽略了其他有价值的因素像 功能性分类，性能，协作等。 ( 3 ) 尽管流程协作来达到一个共同的目标是一个比较普遍的事实，但是大多 2 山东大学硕士学位论文 数b p m 系统现在只是把流程当作独立的个体来看待。 在这些外因的背后一个重要的内因就是b p m 系统没有充分把握，或者说没 有充分利用关于这些流程的信息。基于这种可包容的业务知识，高水平的业务知 识重用成为可能。b p m 系统必须充分利用流程知识和关于业务目标知识和环境 的知识来提供给用户知识供应和决策支持，在为一定的环境中的一定的业务目标 整合多业务以后。而且传统业务流程管理系统的资源缺少统一的知识描述结构， 导致流程资源在各流程系统间难以交互操作和共享：其基于关键字的知识信息检 索方式，在语义和语用的揭示上也有很大的局限性，难以满足用户的实际需求。 近年来，本体已被计算机领域所采用，用于知识表达、共享及重用。本体的 最终目标是“精确地表示那些隐含( 或不明确的) 信息”1 3 】。目前国外很多研究机 构及大学都积极地对本体进行研究。c y c 是位于美国德州奥斯汀的 m c c ( m i c r o e l e e t r o n i e sa n dc o m p u t e rt e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ) 公司的研究项目【4 1 ， 其目的是通过本体开发为常识推理提供基础。t o v e 项目是多伦多大学e i l 实验 室( e n t e r p r i s ei n t e g r a t i o nl a b o r a t o r y ) ( b j - - 个项引5 1 ，它的目标是建立一套为商业和 公共企业建模的集成本体，并且已经建成了相关本体。其中基于本体的知识表示 是近年来的研究热点之一。这种观点认为：任何复杂的知识都由最基本的概念构 成，这些最基本的概念称为本体：本体是基本概念的详细说明。 采用本体技术构建流程知识库可以很好的促进领域业务知识的共享和重用 6 - 7 1 。本体是概念模型明确的规范化说明，而领域本体则是对具体领域的概念和 关系的抽象描述，是相关领域的信息资源的框架。本体的目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) 和词汇之间相互关系的明确定义，实 现知识的共享和重用。 从知识表示角度考虑，本体和知识库有类似之处，都是对一个具体或是抽象 领域中包含的知识的定义、表示和组织。其主要区别是知识库包含了特定领域抽 象或特定的知识，而本体是概念层次上对概念化的清楚描述，更注重概念层次上 术语及术语间关系的表述。从功能上来讲，本体和数据库有些相似，但是本体比 数据库表达的知识丰富得多。而流程知识管理和重用的基本是流程知识表示模 型，通过基于本体的语义学描述流程知识，并把多个流程知识整合到一个综合的 知识描述结构，形成了流程知识的知识库，有助于流程的共享与重用。 山东大学硕士学位论文 1 3 研究工作 本论文是按照作者承担的研究和开发工作来安排的，提出了基于本体的业务 流程知识库的设计思想。其中业务流程本体描述的是与业务流程相关的概念，以 及概念之间的关系，构造业务流程本体的目的是为了表示特定领域通用的业务知 识，帮助流程设计者理解领域，用业务专家与专家都能理解的语言规范地表 现出来，使需求表达更加方便、清晰，降低了业务人员与i t 人员的沟通障碍， 不会因为存在理解上的差异，造成信息的丢失，提高了整体工作效率。业务流程 模型被存储到知识库，当企业开发具体的业务流程管理系统时，可以从知识库中 检索出满足要求的流程，部署到业务流程管理系统中，实现系统之间或企业之间 的流程共享和重用，有助于异质系统借助本体进行互操作。本文主要进行了以下 几个方面的研究工作： ( 1 ) 考察业务流程管理的应用现状，针对它们的不足，分析了将本体引入到 流程知识库构建中的优势。 ( 2 ) 针对现有流程知识库的不足，介绍了本课题的业务流程模型，并设计了 基于本体的流程知识库的构建方法，并将基于本体的流程知识库按照各 自的作用分为流程本体、旅游资源本体等四个部分。 ( 3 ) 以“旅行平台网站为例构建流程知识库的各个子库，并对其进行形式 化表示，给出其o w ld l 语言描述，使其便于进行资源的利用和共享。 ( 4 ) 研究实现过程中的各种关键技术，比如本体存储、推理、查询，利用j e n a 解析本体知识库，以便访问和维护知识库，并给出具体实现代码。 ( 5 ) 利用状态空间和有限自动机等技术对通过知识库生成的基于e p c s 的流 程进行合理性验证以保证其正确性，以达到业务流程自动重组的目的。 1 4 论文组织 本文共分6 章。 第一章绪论 简要介绍了论文研究背景以及研究目的和意义，给出了论文安排。 第二章本体知识库设计关键技术综述 4 山东大学硕士学位论文 对流程本体知识库研究与设计中用到的主要技术进行了简单介绍， 主要有：业务流程管理技术，本体技术，知识库技术。 第三章基于本体的流程知识库的构建 介绍本课题的业务流程模型，阐述了设计流程领域本体的原则和方 法，并给出流程知识库部分形式化定义，详细介绍了本体知识库的 结构以及o w l 语言的描述。 第四章本体知识库的检索以及流程正确性验证 介绍本体知识库各个子库的具体内容，给出设计访问本体知识库的 接口的详细说明；阐述流程正确性验证的重要性，并利用状态空间 和自动机等技术对生成的流程进行正确性验证。 第五章基于本体知识库的检索与交互的实现 给出通过j e n a 和s a p r q l 对本体知识库查询的具体实现；通过j e n a 实现的语义推理的具体实现；以及本体知识库动态更新的具体实现。 第六章总结和展望 对本文的主要研究成果及创新进行总结，并指出工作上进一步研究 的内容和方向。 山东大学硕士学位论文 第2 章本体知识库设计关键技术综述 2 1 业务流程管理 业务流程管理( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ) 是一种流程管理技术，它通 过管理流程参与者之间的关系，集成内部和外部资源，控制流程执行，并且在逻 辑上从具体业务中分离出流程，达到业务流程分析、设计优化和自动化的目的。 2 1 1 业务流程管理系统 业务流程管理系统( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m , b p m s ) 为实现 b p m 的功能提供软件环境。b p m s 以统一的表示方法描述业务流程模型，使业务 流程从实现逻辑中抽取出来，被各个企业应用程序所使用1 8 1 0 1 。业务流程管理系 统如同数据库管理系统管理数据一样从各个角度进行考察，可以实现流程设计、 编辑、储存和查询等，由此可以不受部门边界和业务类型的限制，充分利用企业 应用系统，实现企业间合作；对流程的独立管理，也使得特定流程的制定成为可 能，具有很大的灵活性。 业务流程管理系统使企业能够对核心流程进行建模、部署和管理。首先，需 要业务分析人员对业务流程分析建模，并把基本的流程设计模式都存储在流程知 识库中，流程知识库可以负责为基于i n t e m e t 的多网络用户的业务流程进行分布 式授权，以便他们访问。其次，利用任何浏览器都可以访问的流程管理工具，用 户可以把业务流程从流程知识库中添加( 部署) 到流程管理系统中去。不需要中 断流程服务器，流程就可以被部署和更新。提供给用户的工具可以像流程服务器 自身一样，动态地查询任何流程实例的状态。 业务分析人员负责设计高层次的流程模型，并把流程模型存储到流程知识 库，用户将利用这些可重用的流程去创造他们身边的实际流程，并在b p m s 中 运行这些流程。为了构建业务流程模型，首先需要业务流程分析人员与领域专家 进行面谈，了解需求，分析业务流程，构建业务流程模型，然后由具有背景 的人执行业务流程设计。业务流程的定义含蓄地反映了功能需求，为了描述全部 的需求，一个流程定义需要详细说明参与流程的各个实体。但是，现在没有简单 6 山东大学硕士学位论文 的构造全面元模型的工具来描述与流程相关的功能需求，更不用说非功能性需求 了。另一方面，业务建模阶段的风险很高，如果需求不能被正确理解，导致丢失 有价值的信息，会造成不可挽回的巨大损失。 2 1 2e p c s 相关知识 e p c s ( e v e n t d r i v e np r o c e s sc h a i n s ) 是由gk e l l e r 等人提出的基于有向图模型 的建模方法【1 1 】，其描述形式类同程序设计语言的语义结构，是集成信息系统结构 ( a r i s ) 的建模工具。a r i s 方法是现代企业建模方法之一，由德国s a a r l a n d 大学的 s c h e e r 教授提出的一种面向过程的集成化信息系统模型框架。事件驱动过程链的 定义如下： 定义2 1 事件驱动过程f 弱e e p c 是一个五元组( e ，f ，c ，t ，a ) ，其中： ( 1 ) e 是事件的有限集合： ( 2 ) f 是功能的有限集合： ( 3 ) c 是过程链中逻辑连接符的有限集合： ( 4 ) 2 1 c 专 ，) f o r ，v ) 是一个函数映射，将过程链中的每个连接映射为 ( a n d c x o r , o r ) 【1 u 的元素； ( 5 ) a c ( e x f ) u ( f x e ) w ( e x c ) w ( c x e ) u ( f x c ) u ( c x f ) u ( c x c ) 是 过程链中有向连接弧集合。 另外在事件驱动过程链中需要牢记的两点是： ( 1 ) 任一个模型中必须至少有一个开始事件，一个结束事件； ( 2 ) 功能和事件总是交替出现的。 e p c s 作为业务流程建模工具的一种，应用非常广泛，主要用于工作流建模。 但是它是一种半形式化的语言，并且只被用在工作流管理系统的初始建模阶段， 因为它简单易学，业务人员和i t 人员都能看懂。因此，在软件流程建模完成甚 至在投入运行后再要进行流程的重新配置调整，并在配置后自动生成，e p c 就力 不从心了，原因就在于它的半形式化特点，无法实现“自动化”。新的流程管理技 术要求在软件开完完毕投入使用以后，依然能够通过更改e p c ，便能进行流程的 重新配置和自动生成。e p c 是非人员也能看懂的建模方式，可以避免r r 人员 的过多参与，实现从e p c 到最终的可执行软件的一体化。 山东大学硕士学位论文 2 2 本体技术 本体( o n t o l o g y ) 最早是一个哲学上的概念，一直仅存在于哲学研究领域， 直到现代科技革命的出现，本体论才独立出来作为形而上学理论的一个分支，专 指对世界存在的研究。在人工智能界，最早给出本体定义的是n e c h e s 等人，他们 将本体定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和 关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义” 1 2 1 。1 9 9 3 年，美国斯坦福大学的知 识系统实验室的学者t o mg m b e 跆出了本体的一个最为流行的定义，即“本体是 概念模型的明确的规范说明”。后来，b o r s t 在此基础上，给出了本体的另外一种 定义“本体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，认为本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明。表2 1 用列表 表示出以上定义： 表2 1 ：本体的相关定义 范畴提出时间提出定义 人 客观存在的一个系统的解释和说明，客 哲学 观现实的一个抽象本质 19 9 1 n e c h e s 等 给出构成相关领域词汇的基本术语和 关系，以及利用这些术语和关系构成的规定 这些词汇外延的规则的定义 计算机 19 9 3 g r u b e r 概念模型的明确的规范说明 19 9 7 b o r s t 共享概念模型的形式化规范说明 l9 9 8 s t u d e r 共享概念模型明确的形式化规范说明 在s t u d e r 的本体定义中包含了四层含义：概念模型( c e r p t u a l i z a t i o n ) ：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，其表示的含义 独立于具体的环境状态：明确化( e x p l i c i t ) ：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( f o r m a l ) ：本体是计算机能够识别的：共享性( s h a r e ) ： 本体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，它所针对的 是团体而不是个体。从这个定义可以看出，本体的目标是捕获相关领域的知识， 提供对该领域知识的共同认识和理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同 山东大学硕士学位论文 层次的形式化模式上给出这些词汇( 或称术语) 和词汇之间相互关系的明确定义。 2 2 i 本体的建模原语 p e r e z 等人用分类法组织了o n t o l o g y ，归纳出5 个基本的建模元语( m o d e l i n g p r i m i t i v e s ) ： ( 1 ) 类( c l a s s e s ) 或概念( c o n c e p t s ) 指任何事务，如工作描述、功能、行为、策略和推理过程。从语义上讲，它 表示的是对象的集合，其定义一般采用框架( f r a m e ) 结构，包括概念的名称， 与其他概念之间的关系的集合，以及用自然语言对概念的描述。 ( 2 ) 关系( r e l a t i o n s ) 在领域中概念之间的交互作用，形式上定义为n 维笛卡儿积的子集： r ：c l x c 2 c 。如子类关系( s u b c l a s s o f ) 。在语义上关系对应于对象元组的集 合。 ( 3 ) 函数( f u n c t i o n s ) 一类特殊的关系。该关系的前n 1 个元素可以唯一决定第n 个元素。形式化 的定义f f ；j f ：c l x c 2 x x c 。1 _ c n 。如m o t h e r o 僦是一个函数，m o t h e r - o f ( x , y ) 表示y 是x 的母亲。 ( 4 ) 公理( a x i o m s ) 公理通常都是一阶谓词逻辑的表达式。公理代表永真断言，比如概念乙属于 概念甲的范围。也就是说公理是那种无需再进行证明的逻辑永真式( 重言式) ，例 如三角形内角制和等于1 8 0 度。可以使用公理来约束信息、证明止确性或者推导 新信息。在最简单的情况下，本体是通过包含关系关联起来的概念组，在本体中 加入公理则意味着可以表达更为丰富的概念间的关系，以至于可以描述领域内的 所有值为真的事实。 ( 5 ) 实例( i n s t a n c e s ) 也称个体，从语义上讲实例表示的就是对象。表示某个特定概念的具体 化的值。实例是本体中的最小对象。具有原子性，即不可再分性。如果某个 实例还可以再进行划分，那么它就是一个类，而不是实例。 另外，从语义上讲，基本的关系共有4 种：p a r t o f ，k i n d - o f ，i n s t a n c e o f 和 9 山东大学硕士学位论文 a t t r i b u t e o f ，如表2 2 所示。 表2 - 2 ：本体的基本关系 关系名关系描述 p a r t - o f表达概念之间部分与整体的关系。 k i n d o f 表达概念之间的继承关系，类似于面向对象中 的父类与子类之间的关系。 i n s t a n c e o f 表达概念的实例与概念之间的关系，类似于面 向对象中的对象和类之间的关系。 a t t r i b u t e o f 表达某个概念是另一个概念的属性。如“价格” 是桌子的一个属性。 在实际建模过程中，概念之间的关系不限于上面列出的4 种基本关系，可以 根据领域的具体情况定义相应的关系。 2 2 2 本体的建模规则 出于对各自问题域和具体工程的考虑，构造本体的过程也是各不相同的。目 前没有一个标准的本体构造方法，最有影响的是g r u b e r 在1 9 9 5 年提出的5 条规 则。本体的构建应遵循下述准则：清晰( c l a r i t y ) ：本体必须有效的说明所定义 术语的意思。定义应该是客观的，与背景独立的。当定义可以用逻辑公理表达时， 它应该是形式化的。定义应该尽可能的完整。所有定义应该用自然语言加以说明； 一致性( c o h e r e n c e ) ：本体应该是一致的，也就是说，它应该支持与其定义相一 致的推理。它所定义的公理以及用自然语言进行说明的文档都应该具有一致性； 可扩展性( e x t e n d i b i l i t y ) ：本体应该为可预料到的任务提供概念基础。它应该可 以支持在已有概念基础上定义新的术语，以满足特殊的需求，而无须修改已有的 概念定义：编码偏好程度最小( m i n i m a le n c o d i n gb i a s ) ：概念的描述不应该依赖 于某一种特殊的符号层的表示方法。因为实际的系统可能采用不同的知识表示方 法；本体约定最小( m i n i m a lo n t o l o g i c a lc o m m i t m e n t ) ：本体约定应该最小，只要 能够满足特定的知识共享需求即可。这可以通过定义约束最弱的公理以及只定义 通讯所需的词汇来保证。开发一个本体，主要有以下几个阶段： ( 1 ) 需求分析：需求分析在本体的建设过程中是非常重要的一个阶段，在这 1 0 山东大学硕士学位论文 个阶段主要明确以下问题：建立本体的领域范围：建立本体的目的是为 了什么；本体的目标用户是谁：选择哪种本体描述语言。 ( 2 ) 资源重用：考虑有没有已构建好的本体库，可以通过局部调整或格式转 换等形式复用现有本体，节约开发成本，缩短开发周期。 ( 3 ) 建立本体框架：通过对领域知识的分析，抽取概念和术语，确定概念和 术语之间的关系，同时分析概念和术语的属性和属性的值约束等，最后 创建实例。本体的建立是一项繁琐的工程，在此过程中需要领域专家的 参与和指导，同时也需要计算机专业人员的共同努力。 ( 4 ) 本体形式化：本体形式化可以理解为对本体进行编码的过程，因为要计 算机能够理解本体，必须采用计算机能够理解的形式将本体表达出来。 ( 5 ) 本体评价：主要是在本体建立过程后进行检验和评估。检验本体是否满 足本体的建立准则，包括正确性、一致性、可扩展性和有效性等。具体 地说是看本体中的概念和术语是否被清晰的定义了，本体中的概念及其 关系是否完整等。 目前本体的构建，只有总结和发展现有的各种方法论，结合具体应用，再配 合领域专家的支持，才能提出适合具体项目的本体构建方法，目前在构造特定领 域本体的过程中需要领域专家的参与。 2 2 3 本体的描述语言 本体语言使得用户为领域模型编写清晰的、形式化的概念描述，因此它应该 满足以下要求：良好定义的语法；良好定义的语义；有效的推理支持；充分的表 达能力；表达的方便性。本体模型既可以采用自然语言这种非形式化的手段来描 述，也可以采用框架、语义网络或逻辑语言等形式化的手段来描述。经过大量的 研究工作者的努力，诞生了许多种本体描述语言。有r d f 和r d f s 、o i l 、d a m l 、 o w l 、l 、s h o e 、x o l 、o c m l 、o n t o l i n g u a 、c y c l 、l o o m 等。本文使用的 本体描述语言是o w l 语言。 o w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) 是w 3 c 推荐的语义网中本体描述语言的标 准【1 3 】。o w l 适用于这样的应用，在这些应用中，不仅仅需要提供给用户可读的 文档内容，而且希望处理文档内容信息。o 、轧能够被用于清晰地表达术语的含 山东大学硕士学位论文 义以及这些术语之间的关系。o w l 相对x m l 、i f 和对) fs c h e m a 拥有更多的机 制来表达语义。o w l 是在d a m l + o i l 语言的基础上发展起来的，是一种严格的 逻辑描述语言。它作为r d f ( s ) 的扩展，目的是提供更多的元语以支持更加丰