（管理科學(xué)與工程專業(yè)論文）語義網(wǎng)中航運(yùn)信息的存儲(chǔ)與查詢系統(tǒng)研究.pdf

i i l l l lli lllll li l l l lliii y 18 9 6 4 4 8 r e s e a r c ho ns h i p p i n gi n f o r m a t i o ns t o r a g ea n dq u e r y s y s t e mo nt h es e m a n t i cw e b at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fm a n a g e m e n t b y z h o uk a i t a o ( m a n a g e m e n ts c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rz h a ij u n m a y2 0 1 1 大連海事大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：本論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果， 撰寫成博士碩士學(xué)位論文：蚤幺圓蟲筮運(yùn)信息的在籃皇查詢丕統(tǒng)亟塞：。除論文 中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，對(duì)論文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文 中以明確方式標(biāo)明。本論文中不包含任何未加明確注明的其他個(gè)人或集體已經(jīng)公 開發(fā)表或未公開發(fā)表的成果。 本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者躲同知濤礎(chǔ)車6 月2 7 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解”大連海事大學(xué)研究生學(xué)位論文提交、版 權(quán)使用管理辦法”，同意大連海事大學(xué)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文 的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連海事大學(xué)可以將本學(xué) 位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，也可采用影印、縮印或掃描 等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于：保密口在年解密后適用本授權(quán)書。 不保密d ( 請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“，) 做作者魏l 和濤導(dǎo)師繇 日期：b r 年鄉(xiāng)月2 中文摘要 捅斐 語義網(wǎng)對(duì)于現(xiàn)有萬維網(wǎng)的擴(kuò)展，擁有一個(gè)完整的體系結(jié)構(gòu)。語義網(wǎng)的最終目 的是使得網(wǎng)絡(luò)上的資源都是帶有語義的，這樣就便于計(jì)算機(jī)自動(dòng)的理解和處理， 便于人機(jī)之間的交互。基于這個(gè)目的，語義網(wǎng)技術(shù)正在被越來越多的研究者所認(rèn) 識(shí)和研究。語義網(wǎng)對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與查詢都是一次嶄新的革命。普通關(guān)系數(shù)據(jù)庫 中的關(guān)系模型以及s q l 查詢語言，在語義網(wǎng)中被r d f 數(shù)據(jù)模型以及語義查詢語 言，諸如s p a r q l 所代替。這些改變一旦實(shí)現(xiàn)，對(duì)子數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)效率以及查 詢的準(zhǔn)確率和查全率都是一次提高。 隨著世界經(jīng)濟(jì)和國際貿(mào)易的快速發(fā)展，國際航運(yùn)業(yè)地發(fā)展變化日新月異，為 了提高服務(wù)水平，增強(qiáng)競爭力，各航運(yùn)公司充分認(rèn)識(shí)到了信息化的重要性。如何 構(gòu)建一個(gè)高效率的航運(yùn)信息系統(tǒng)，成為了航運(yùn)企業(yè)提高企業(yè)核心競爭力的投入重 點(diǎn)。航運(yùn)信息的復(fù)雜、龐大的特點(diǎn)，對(duì)于現(xiàn)有的航運(yùn)信息系統(tǒng)提出了一個(gè)巨大的 挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有航運(yùn)信息系統(tǒng)在對(duì)于航線，集裝箱等查詢方面的查全率以及查準(zhǔn)率差 強(qiáng)人意，只能生成一些簡單的報(bào)表。這些已經(jīng)無法跟上航運(yùn)業(yè)地發(fā)展腳步，也無 法滿足人們對(duì)于信息查詢的要求。于是，語義網(wǎng)技術(shù)在航運(yùn)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研 究就顯得尤為重要。 語義網(wǎng)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的存儲(chǔ)，以及語義網(wǎng)查詢語言的查詢處理和查詢效率 一直是現(xiàn)在研究的重點(diǎn)。國內(nèi)學(xué)者對(duì)于語義網(wǎng)的大部分研究工作重點(diǎn)還只是在理 論方面，對(duì)于語義網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)研究投入并不大。本文就以航運(yùn)信息為例，首先 引入了r d f 數(shù)據(jù)模型，利用r d f 三元組來定義航運(yùn)信息中的概念，概念與概念 之間的關(guān)系以及它們的值。r d f 中的資源、屬性都是用u r i 標(biāo)識(shí)的，可以基于 現(xiàn)有的模型進(jìn)行擴(kuò)展。然后，利用數(shù)據(jù)庫來存儲(chǔ)這些r d f 數(shù)據(jù)。最后，基于j e n a 平臺(tái)，利用語義網(wǎng)查詢語言s p a r q l 來查詢前面存儲(chǔ)的r d f 數(shù)據(jù)。這樣，就初 步實(shí)現(xiàn)了航運(yùn)信息的語義存儲(chǔ)與查詢。 關(guān)鍵詞：語義網(wǎng)；航運(yùn)信息；r d f ；s p a r q l ；j e n a s e m a n t i cw e bf o rt h ee x p a n s i o no ft h ee x i s t i n gw o r l dw i d ew e b ，w i t ha c o m p l e t ea r c h i t e c t u r e t h eu l t i m a t eg o a lo ft h es e m a n t i cw e bi s t om a k en e t w o r k r e s o u r c e sc a ni n c l u d es e m a n t i c s ，s ot h a tt h ec o m p u t e ra u t o m a t i c a l l yf a c i l i t a t et h e u n d e r s t a n d i n ga n dt r e a t m e n t ，t of a c i l i t a t eh u m a n c o m p u t e r i n t e r a c t i o n f o rt h i s p u r p o s e ，s e m a n t i cw e bt e c h n o l o g yi sb e i n gr e c o g n i z e dm o r ea n dm o r er e s e a r c h e r sa n d r e s e a r c h s e m a n t i cw e bf o rd a t as t o r a g ea n dq u e r yi san e wr e v o l u t i o n t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e no r d i n a r yr e l a t i o n a ld a t a b a s em o d e la n ds q lq u e r yl a n g u a g e ，i n t h es e m a n t i cw e bi sr d fd a t am o d e la n dq u e r yl a n g u a g es e m a n t i c s ，s u c ha s s p a r q lr e p l a c e d t h e s ec h a n g e s ，o n c ea c h i e v e d ，t h ee f f i c i e n c yo ft h ed a t a b a s e s t o r a g ea n dq u e r y t h ea c c u r a c ya n dr e c a l li st h ef i r s ti n c r e a s e a st h ew o r l de c o n o m ya n dr a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n a t i o n a lt r a d e ， i n t e r n a t i o n a ls h i p p i n gi n d u s t r yt oe v o l v er a p i d l y ，i no r d e rt oi m p r o v es e r v i c el e v e l s ， e n h a n c ec o m p e t i t i v e n e s s ，t h e s h i p p i n gc o m p a n i e st of u l l yu n d e r s t a n dt h ei m p o r t a n c e o fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y h o wt ob u i l da ne f f i c i e n ts h i p p i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m ，a s t h es h i p p i n ge n t e r p r i s e st oi m p r o v et h e i rc o r ec o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e si n t o f o c u s s h i p p i n gi n f o r m a t i o nc o m p l e x i t y ，h u g ef e a t u r e s ，s h i p p i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m f o rt h ee x i s t i n gp r o p o s e dah u g et e s t i n f o r m a t i o ns y s t e m si nt h ee x i s t i n gs h i p p i n g r o u t e s ，c o n t a i n e ra n do t h e ri n q u i r i e so ft h er e c a l la n dp r e c i s i o nr a t e sp o o r l y ，c a no n l y g e n e r a t es i m p l er e p o r t s t h es h i p p i n gi n d u s t r yh a sb e e nu n a b l et ok e e pu pt h ep a c eo f d e v e l o p m e n t ，c a l l n o tm e e tt h er e q u i r e m e n t sf o rt h ei n f o r m a t i o nq u e r y t h u s ， s e m a n t i cw e bt e c h n o l o g yi nt h em a r i t i m ea p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o ns y s t e m si s p a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t s e m a n t i cw e bd a t as t o r e di nt h ed a t a b a s e ，a n dt h es e m a n t i cw e bq u e r yl a n g u a g e ， q u e r yp r o c e s s i n ga n dq u e r ye f f i c i e n c yh a sb e e nt h e f o c u so fc u r r e n tr e s e a r c h s e m a n t i cw e bd o m e s t i cs c h o l a r sf o c u so fm o s tr e s e a r c hi so n l yi nt h e o r y ，s e m a n t i c n e t w o r ks y s t e mf o rt h er e a l i z a t i o no fr e s e a r c hi n v e s t m e n ti sn o ts i g n i f i c a n t i nt h i s p a p e r ，t h es h i p p i n gi n f o r m a t i o n ，f o re x a m p l e ，f i r s ti n t r o d u c e dt h er d f d a t am o d e l ， r d f t r i p l e su s i n gt h es h i p p i n gi n f o r m a t i o nt od e f i n et h ec o n c e p to ft h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nc o n c e p t sa n dt l l e i rv a l u e s r d f ，r e s o u r c e s ，p r o p e r t i e sa r ei d e n t i f i e db yu r i ， a n dc a nb ee x t e n d e db a s e do ne x i s t i n gm o d e l s t h e n ，u s i n gad a t a b a s et os t o r er d f d a t a f i n a l l y , b a s e do i lt h ej e n ap l a t f o r m ，t h eu s eo fs e m a n t i cw e bq u e r yl a n g u a g e 英文摘要 s p a r q lt oq u e r yr d fd a t as t o r e di nt h ef r o n t t h u s ，t h ei n i t i a lr e a l i z a t i o no ft h e s e m a n t i ci n f o r m a t i o ns t o r a g ea n ds h i p p i n gs e m a n t i cq u e r y k e yw o r d s ：t h es e m a n t i cw e b ；s h i p p i n gi n f o r m a t i o n ；r d f ；s p a r q l ；j e n a 2 1 3r d f 和r d fs c h e m a 8 2 1 4o n t o l o g yv o c a b u l a r y 10 2 1 5l o g i c 、p r o o f 和t r u s t 1 l 2 2 語義網(wǎng)支撐技術(shù)1 2 2 2 1x m l 12 2 2 2r d f 1 4 2 2 3o n t o l o g y 1 5 2 3 本章小結(jié)1 7 第三章航運(yùn)信息的語義存儲(chǔ)1 8 3 1 航運(yùn)信息e r 模型18 3 1 1e r 模型1 8 3 1 2 航運(yùn)信息分e r 模型。1 9 3 1 3 航運(yùn)信息總e r 模型。2 0 3 2 航運(yùn)信息r d f 模型2 2 3 2 1r d f 數(shù)據(jù)模型2 2 ：；2 2r d fs c h e m a 2 5 3 2 3r d f x m l 2 7 3 2 4 航運(yùn)信息r d f r d f s 模型2 8 3 3r d f 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案3 3 3 3 1 三元組存儲(chǔ)方案3 3 3 3 2 垂直存儲(chǔ)方式3 5 3 3 3 水平存儲(chǔ)方式3 7 3 4 本章小結(jié)3 9 第四章航運(yùn)信息查詢4 0 1 1 2 3 5 6 7 7 目錄 4 1s p a r q l 的語義 4 2s p a r q l 的查詢方式4 2 4 2 1s e l e c t 4 2 4 2 2c o n s t r u c t 4 3 4 2 3a s k 4 5 4 3s p a r q l 查詢規(guī)范4 5 4 3 1 一個(gè)簡單查詢。4 5 4 3 2 多重匹配4 6 4 3 3 匹配r d f 文字4 7 4 4 本章小結(jié)4 8 第五章基于j e n a 的航運(yùn)信息管理系統(tǒng)4 9 5 1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境4 9 5 1 1j e n a 簡介4 9 5 1 2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境配置5 0 5 2 航運(yùn)信息的存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)5 1 5 2 1 資源和屬性類的生成5 1 5 2 2 創(chuàng)建資源和屬性5 4 5 2 3r d f 數(shù)據(jù)讀寫操作5 7 5 2 4r d f 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。5 9 5 3 航運(yùn)信息的查詢實(shí)現(xiàn)6 1 5 3 1 查詢語句一6 1 5 3 2 查詢實(shí)例6 3 5 3 3 航線查詢結(jié)果6 4 5 4 本章小結(jié)6 6 第六章總結(jié)與展望6 7 6 1 總結(jié)6 7 6 2 未來工作的展望6 8 參考文獻(xiàn)。6 9 致謝7 4 第一章緒論 1 1 研究背景和意義 從九十年代丌始，信息技術(shù)以及管理信息系統(tǒng)的迅猛發(fā)展標(biāo)志著以信息技術(shù) 為基礎(chǔ)的知識(shí)經(jīng)濟(jì)的時(shí)代的到來?，F(xiàn)代企業(yè)對(duì)于信息技術(shù)的認(rèn)可度已經(jīng)比較普 遍，而作為航運(yùn)企業(yè)，其悠久的歷史使它迫切的需要一套完整的信息解決方案來 迎接新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。 當(dāng)前管理信息系統(tǒng)中關(guān)系數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)與查詢技術(shù)已經(jīng)比較成熟了，但是隨 著競爭的日益激烈，現(xiàn)有的查詢技術(shù)無論在查準(zhǔn)率還足查全率上已經(jīng)不能滿足人 們對(duì)于查詢結(jié)果的要求了。在航運(yùn)領(lǐng)域，大量的航運(yùn)信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，卻只 能生成一些單一的，不夠準(zhǔn)確的報(bào)表。如何在大量的，甚至模糊的航運(yùn)信息中找 到需要的，準(zhǔn)確的信息，同時(shí)幫助人們?cè)谌f維網(wǎng)這個(gè)全世界最大的數(shù)據(jù)倉庫中找 到需要的資料，這個(gè)問題擺在了人們的眼前。要解決這個(gè)問題，就需要一種新的 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢方法來滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。于是，語義網(wǎng)技術(shù)被提出來了。 語義網(wǎng)準(zhǔn)確來說是建立在現(xiàn)有的萬維網(wǎng)基礎(chǔ)上的，是對(duì)現(xiàn)有萬維網(wǎng)的一個(gè)擴(kuò) 展。它猶如一個(gè)巨型的大腦擁有推理功能，智能化很高，使計(jì)算機(jī)能夠理解人們 的需求，進(jìn)行通信。所以，有人將語義網(wǎng)稱作是“智能化的數(shù)據(jù)庫”。元數(shù)據(jù)是 語義網(wǎng)的核心，它通過在現(xiàn)有萬維網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加一些共用的、標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器可理 解的元數(shù)據(jù)，使得諸如信息獲取、信息過濾、w e b 自動(dòng)服務(wù)等這些在原有的技術(shù) 上無法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用成為可能。 總的來說，語義網(wǎng)是全球的信息網(wǎng)，它是由能表達(dá)網(wǎng)頁信息的詞語鏈接起來 的。換句話說，他是用計(jì)算機(jī)可以理解和處理的信息連接起來的全球數(shù)據(jù)庫，是 對(duì)現(xiàn)有萬維網(wǎng)的一種擴(kuò)展和延伸。它將原本只能由人類可以做到的，如理解信息 含義，計(jì)算機(jī)在一定程度上也能做到。就以航運(yùn)信息作為一個(gè)例子，人們看到中 遠(yuǎn)和大連港，自然就會(huì)知道其中的含義，但計(jì)算機(jī)并不知道在那么多的文字中， 哪個(gè)代表船公司，哪個(gè)代表港口。而語義網(wǎng)的意義就是在隱藏的編碼中，指明哪 段文字代表船公司，哪段文字代表港口，并且說明“船公司 和“港口”的含義。 語義網(wǎng)最大的好處就是可以讓計(jì)算機(jī)像人腦一樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)上所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行智 第1 章緒論 能化的評(píng)估，這樣就可以完成智能推理的功能，人們查詢出來的結(jié)果會(huì)更全面也 更準(zhǔn)確。 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在當(dāng)今競爭十分激烈的航運(yùn)市場，先進(jìn)的航運(yùn)信息系統(tǒng)是決定企業(yè)在競爭中 能否占有優(yōu)勢的一個(gè)重要因素。計(jì)算機(jī)在管理中的應(yīng)用程度和水平高低決定著企 業(yè)管理效率的高低，影響著處理問題和采取措施速度的快慢【1 】。目前，我國航運(yùn) 信息內(nèi)容單一、范圍局限、信息之后，比如航運(yùn)公司、船代、貨代等的生產(chǎn)數(shù)據(jù) 的上報(bào)缺乏約束機(jī)制，信息的準(zhǔn)確性缺乏保障，導(dǎo)致國內(nèi)航運(yùn)企業(yè)大多依靠機(jī)構(gòu) 或投資銀行額信息和研判，而這類信息通常具有偏向性，不能給航運(yùn)企業(yè)以客觀 的指導(dǎo)【2 1 。所以，如何構(gòu)建一個(gè)覆蓋全球的高效率的信息系統(tǒng)是解決這些問題的 關(guān)鍵。文獻(xiàn)【3 】提出了綜合物流一體化的思想，并給我出了系統(tǒng)架構(gòu)，文中提到中 海的全球信息系統(tǒng)t s 系統(tǒng)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了覆蓋全球的代理網(wǎng)絡(luò)，并形成了以中 ?？偛繛楹诵牡木C合物流運(yùn)輸系統(tǒng)。文獻(xiàn)【4 】中提出了在信息系統(tǒng)中增強(qiáng)物流服務(wù) 模塊的投入力度，基于服務(wù)營銷的思想，為客戶提供壓縮時(shí)間空間的物流增值服 務(wù)，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。但是，國內(nèi)外對(duì)于航運(yùn)業(yè)信息系統(tǒng)的研究，大多數(shù)都是關(guān) 于普通關(guān)系數(shù)據(jù)庫的探討與實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有的存儲(chǔ)與查詢技術(shù)存在的問題是比較明顯 的，不管是在信息查詢的查準(zhǔn)率還是查全率上都不足。所以，運(yùn)用新技術(shù)來提高 系統(tǒng)的效率是非常重要的。 語義w e b 是t i mb e r n e r s l e e 于2 0 0 0 年提出的關(guān)于下一代互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)劃5 1 。它 為人們描述了一個(gè)美好的遠(yuǎn)景，通過為w e b 上所有種類的數(shù)據(jù)引入清晰的語義和 結(jié)構(gòu)化描述，使得計(jì)算機(jī)可以理解w 曲上的資源，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間基于語義的信 息交換。由于這符合人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的期望，語義w e b 的建設(shè)開始成為研究的熱點(diǎn) 在t i mb e m e r s l e e 關(guān)于語義w e b 的體系結(jié)構(gòu)框架中【6 1 ，r d f 是w 3 c 提出的描述 w e b 信息的通用語言。它借鑒了語義網(wǎng)絡(luò)【| 7 】的知識(shí)表示方法，采用三元組來描述 w e b 信息。在r d f 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方面，文酬8 】提出一個(gè)基于p 2 p 的語義w e b 存儲(chǔ)方案， 通過在主語、謂語、賓語上分別建立哈希索引的方式提高查詢效率。文獻(xiàn)【9 】討論 了采用列存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)垂直存儲(chǔ)方案。列存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫以列為單位存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， 2 語義網(wǎng)中航運(yùn)信息的存儲(chǔ)與查淘系統(tǒng)研究 對(duì)于一個(gè)多屬性的模式，在行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫中體現(xiàn)為一張由多列組成的表，而在列 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫中體現(xiàn)為多張一列的表。文獻(xiàn)【lo 】提出的元組解釋型存儲(chǔ)方案在數(shù)據(jù)頁 中存儲(chǔ)模式信息，每條元組的頭部存儲(chǔ)該元組的i d 、記錄總長度。對(duì)于非空值， 元組需要存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)屬性的標(biāo)識(shí)符、屬性值的長度和具體的屬性值。w 3 c 還為r d f 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了查詢語言，先后提出- f o w l q l 1 ，r q l t l2 1 ，r d q l 13 1 ，s p a r q l 1 4 】 等語言。目前對(duì)于語義網(wǎng)查詢語言的熱點(diǎn)是s p a r q l ，在對(duì)于s p a r q l 的查詢擴(kuò) 展方面，文獻(xiàn)【1 5 】給出了將s p a r q l 主要部分翻譯成關(guān)系代數(shù)的方法。文獻(xiàn)【1 6 】將 s p a r q l 的核心操作抽取出來，稱為s p a r q l c ，并分析了它的計(jì)算復(fù)雜度和形 式語義基礎(chǔ)。而后，討論了在哪種s p a r q l 查詢中，多重嵌套的o p t i o n a l 算子 與左外連接可相互轉(zhuǎn)換，并將這樣的查詢稱為精心設(shè)計(jì)的s p a r q l 查詢。文獻(xiàn)【l 6 】 從理論上確定了數(shù)據(jù)庫支持的s p a r q l 查詢的范圍。文獻(xiàn)【17 1 在文獻(xiàn)【1 6 】的基礎(chǔ)上對(duì) s p a r q l c 作了擴(kuò)展，增加了對(duì)包操作語義的支持。由于演繹數(shù)據(jù)庫界在邏輯表 示和推理方面已經(jīng)做了很長時(shí)間的工作，為了利用演繹數(shù)據(jù)庫的成果，研究人員 嘗試將語義w e b 數(shù)據(jù)映射成演繹數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。d a t a l o g 是演繹數(shù)據(jù)庫的查詢語 言，文獻(xiàn)【1 8 】從復(fù)雜性分析的角度出發(fā)提出了一個(gè)基 = d a t a l o g 的s p a r q l 形式語 義。文獻(xiàn)【”】證明了s p a r q l c 的表述能力等同于s p a r q l ，并證明了s p a r q l 的 表述能力等同于帶否定詞的非遞歸安全d a t a l o g 。 目前，語義網(wǎng)在航運(yùn)信息中的應(yīng)用還不是很多，文獻(xiàn)【2 0 】在航運(yùn)電子商務(wù)中中 引入了本體概念，并在一定程度上實(shí)現(xiàn)了基于語義網(wǎng)的信息檢索。本文的研究重 點(diǎn)就是如何在航運(yùn)領(lǐng)域引入語義網(wǎng)技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)信息的語義存儲(chǔ)與查詢。 1 3 本文工作及論文結(jié)構(gòu) 本文在語義網(wǎng)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合j e n a 平臺(tái)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的檢索中引入 r d f 數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)航運(yùn)信息的查詢。論文首先是對(duì)語義網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，關(guān) 鍵性技術(shù)進(jìn)行介紹，并通過一些實(shí)例對(duì)定義進(jìn)行了解釋。論文的核心部分是對(duì)航 運(yùn)信息的r d f 數(shù)據(jù)模型構(gòu)建以及存儲(chǔ)，并在s p a r q l 查詢語句中結(jié)合j e n a 平臺(tái) 以實(shí)現(xiàn)航運(yùn)信息的語義查詢。論文的最后設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了航運(yùn)信息查詢系統(tǒng)。 本文的組織結(jié)構(gòu)如下： 3 第1 章緒論 第一章緒論。分析了本文的研究背景和研究課題的意義， 究現(xiàn)狀進(jìn)行了敘述，并說明了本文的研究工作和論文結(jié)構(gòu)。 第二章語義網(wǎng)概述。包括語義網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)以及語義網(wǎng)關(guān)鍵性技術(shù)。 第三章航運(yùn)信息的語義存儲(chǔ)。針對(duì)航運(yùn)領(lǐng)域構(gòu)建r d f 數(shù)據(jù)模型，給出了航 運(yùn)信息r d f 的數(shù)學(xué)模型定義和存儲(chǔ)相關(guān)問題的描述。 第四章航運(yùn)信息的語義查詢。主要對(duì)s p a r q l 的語法和語義進(jìn)行了介紹， 給出了s p a r q l 的查詢方式和查詢規(guī)范。并以航運(yùn)信息中航線為例說明了 s p a r q l 的查詢處理過程。 第五章基于語義網(wǎng)的航運(yùn)信息系統(tǒng)。針對(duì)航運(yùn)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)一個(gè)查詢 系統(tǒng)，包括航運(yùn)信息類在j e n a 中的生成和查詢部分實(shí)例。 第六章總結(jié)和展望。對(duì)本文工作的總結(jié)和未來工作的展望。 4 萬維網(wǎng)的創(chuàng)始人t i mb e m e r s l e e 5 】對(duì)于下一代萬維網(wǎng)提出了一個(gè)構(gòu)想 語義網(wǎng)。語義網(wǎng)要達(dá)到的目標(biāo)是：w e b 上的數(shù)據(jù)可以以不同于現(xiàn)在的一種方式去 進(jìn)行鏈接，讓這些數(shù)據(jù)可以作為不同的表現(xiàn)形式表現(xiàn)出來，也能被處理、。綜合、 重用等等應(yīng)用程序所處理。語義網(wǎng)中大部分操作可以由計(jì)算機(jī)自己的推理處理系 統(tǒng)所處理，不用人們自己去推理。語義網(wǎng)之父t i mb e m e r s l e e 沒有給出語義網(wǎng)的 數(shù)學(xué)定義，但是對(duì)比現(xiàn)在的萬維網(wǎng)之后，他描述如下：語義網(wǎng)其實(shí)并不是一個(gè)孤 立的，從來就不存在的網(wǎng)絡(luò)，而是對(duì)當(dāng)前力維網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，語義網(wǎng)上的數(shù)據(jù) 和信息有著良好的定義，計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)信息的定義了解到信息所表示的含義， 這就使得計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間以及操作員與計(jì)算機(jī)之間都能夠更加有效地合作 和處理數(shù)據(jù)；在語義網(wǎng)中所定義的數(shù)據(jù)和信息能被應(yīng)用程序以比現(xiàn)在更加有效的 方式所讀取，重用【5 】。概括起來，語義網(wǎng)具有以下幾個(gè)比較顯著特征： ( 1 ) 文檔對(duì)象v s 現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象：語義網(wǎng)，它不僅僅是一個(gè)存儲(chǔ)文檔對(duì)象集合 的網(wǎng)絡(luò)，它還更是一個(gè)描述現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象資源關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)。 ( 2 ) 人可讀v s 機(jī)器可讀：和現(xiàn)在普遍應(yīng)用了的萬維網(wǎng)相比較而言，語義網(wǎng)的 還有一個(gè)比較顯的著特征就是它包含了更多機(jī)器可閱讀和理解的語義信息。 ( 3 ) h t m l v s 語義網(wǎng)：作為世界上最大的信息庫萬維網(wǎng)，萬維網(wǎng)其中含 有的信息量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界上任何一個(gè)大型的圖書館，而在這一點(diǎn)上，h t m l 的功勞是最大的。萬維網(wǎng)f 是通過h t m l 中的超級(jí)鏈接，世界上的各種信息資源 才得以聚集起來為人們所使用。但是現(xiàn)實(shí)世界是如此的豐富多彩，其中還存在著 各種各樣的復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這就給語義網(wǎng)提出了新的要求，語義網(wǎng)不僅僅要能 反映資源之間的超鏈接關(guān)系，而且資源對(duì)象之間的豐富又復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，語義 網(wǎng)也必須要能表示出來。而對(duì)于這種復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系的描述正是語義網(wǎng)的優(yōu)勢所 在。我們根據(jù)上面的描述可以看出來語義網(wǎng)的特點(diǎn)和需要達(dá)到的要求，于是人們 給語義網(wǎng)就有了這樣的定義：語義網(wǎng)就是機(jī)器可以理解數(shù)據(jù)含義的下一代萬維 網(wǎng)，其上的“語義 信息在各資源節(jié)點(diǎn)的邏輯聯(lián)系中蘊(yùn)含著。 5 第2 章語義網(wǎng) 2 1 語義網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) 語義網(wǎng)不是一個(gè)憑空產(chǎn)生的獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，而是在現(xiàn)有萬維網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對(duì)于 它的一個(gè)擴(kuò)展和延伸。在語義網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)上的信息蘊(yùn)含著很好的定義，使計(jì)算機(jī) 能夠理解概念和操作的含義，人和計(jì)算機(jī)之間的合作變得簡單了?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī) 僅僅能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行顯示，運(yùn)用語義網(wǎng)技術(shù)之后，機(jī)器就有了能力去“理解”這 些顯示出來的數(shù)據(jù)，擴(kuò)展現(xiàn)在萬維網(wǎng)的許多重要的功能【2 1 1 。我們可以把網(wǎng)絡(luò)上的 資源劃分為不同的層次，在這其中，現(xiàn)實(shí)世界中沒有經(jīng)過加工處理的信息處于第 一層，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源劃分的層次中是處于最底部的。第二層是網(wǎng)頁資源信息。第 三層是在對(duì)于h t m l 頁面加工處理以后，得到的h t m l 網(wǎng)頁的標(biāo)引或索引。第四 層是網(wǎng)頁信息資源對(duì)象的元數(shù)據(jù)和模式信息。最后一般認(rèn)為擁有更高價(jià)值的應(yīng)該 是像邏輯推理、真值證明等這些信息理，在信息層次結(jié)構(gòu)中，越是具體詳實(shí)的信 息所處的層次越低，也更加適合于人為處理；抽象程度越高，那么它們所處的基 層越高，它們不是那么適合人們處理的，比較適合機(jī)器處理。所以，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信 息層次的結(jié)構(gòu)建立，讓那些擁有良好結(jié)構(gòu)的信息能夠連接在一起是現(xiàn)在語義網(wǎng)技 術(shù)所首要的問題。對(duì)此，在x m l2 0 0 0 大會(huì)上t i mb e m e r s l e e 提出了語義網(wǎng)的基 本體系結(jié)構(gòu)的描述方式，如圖2 1 所示。 圖2 1 語義網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) f i g 2 1a r c h i t e c t u r eo fs e m a n t i cw c b 6 語義網(wǎng)中航運(yùn)信息的存儲(chǔ)與查詢系統(tǒng)研究 2 1 1u r i _ j f 口u n i c o d e u r l ( u n i f o r mr e s o u r c ei d e n t i f i e r ) 矛i u n i c o d e 層是標(biāo)識(shí)語義網(wǎng)對(duì)象和統(tǒng)一使用國 際字符集的基本手段。在w e b 中，各個(gè)系統(tǒng)之間的交互主要是通過信息作為媒介 來完成，這些作為中間媒介的信息，基本上都是對(duì)于w e b 上資源的定義，如是為 了能夠以一種機(jī)器可讀的方式傳遞信息就成了一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，必須用一種明確 的方式來統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)w e b 中的資源對(duì)象【3 4 1 。統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符u r i ( u n i f o r m r e s o u r c ei d e n t i f i e r ) 是語義w e b 用朱標(biāo)識(shí)資源以及資源的屬性的工具。u r i 是一個(gè) i n t e m e t 標(biāo)準(zhǔn)，記載于r f c 2 3 9 6 中。統(tǒng)一資源定位符u r l 以及統(tǒng)一資源名稱u r n 是現(xiàn)有萬維網(wǎng)用來標(biāo)識(shí)資源的工具，而u r i 的相對(duì)于它們的優(yōu)勢在于u r i 的所有 的能夠使用字符串來標(biāo)識(shí)的網(wǎng)絡(luò)上的信息資源。換句話說u r i 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)可達(dá)的資 源可以進(jìn)行有效地標(biāo)識(shí)，而且對(duì)于網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)的資源，u r i 還是可以來標(biāo)識(shí)和描 述?？梢钥闯鰜恚瑄 r i 包含了u r l 和u r n 的功能。語義網(wǎng)的提出之初，就闡明了 語義網(wǎng)需要達(dá)到的最終目的，就是構(gòu)造一個(gè)包含了所有網(wǎng)絡(luò)上信息資源的一個(gè)全 球性的信息網(wǎng)絡(luò)。這些信息資源涵蓋了所有領(lǐng)域，不管是文字還是語言都可以在 這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中存在，用戶可以通過語義網(wǎng)找到它們，理解它們。這些信息資源都是 用統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符u r i 來定義的。所以，u r i 在語義網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)中處于最底層， 猶如地基，是整個(gè)語義網(wǎng)的基礎(chǔ)，對(duì)于萬維網(wǎng)上信息資源的定位和跨領(lǐng)域跨地區(qū) 的不同編碼格式問題，u r i 可以很好的解決，是語義網(wǎng)中很重要的一個(gè)基礎(chǔ)的部 分。 2 1 2x m l 、n a m e s p a c e 和x m ls c h e m a h t m l 語言的確立促進(jìn)了當(dāng)代互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，可是，在h t m l 語言提出 之初就隱藏了許多的不足之處，這些隱藏了的不足之處一開始沒有顯現(xiàn)出來。但 是隨著萬維網(wǎng)的發(fā)展，這些不足之處原來越突出，最終暴露了出來。到了今天， 甚至成為了一個(gè)軟肋，制約了萬維網(wǎng)的發(fā)展。經(jīng)過歸納與總結(jié)，這些h t m l 語言 的不足之處可以由以下幾個(gè)方面來說明： ( 1 ) 數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)表示兩個(gè)內(nèi)容沒有分開，集中在了一起，這是最大的問 題。 ( 2 ) h t m l 語言內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性不夠合理，條理性比較差。 7 第2 章語義網(wǎng) ( 3 ) h t m l 的標(biāo)簽固定，使用者不能夠根據(jù)自己的需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行擴(kuò)展，這 種固定化的標(biāo)簽導(dǎo)致很多用戶需要表達(dá)的特殊信息無法得到滿足，無法進(jìn)行最大 程度的信息共享。 在分析了h t m l 語言存在的不足之處之后，研究者們?cè)谡Z義網(wǎng)提出之初，就 看中了可擴(kuò)展標(biāo)記語言x m l 強(qiáng)大的標(biāo)記功能f 3 5 1 ，并決定將它作為語義網(wǎng)的語法 層?；趯?duì)h t m l 語言現(xiàn)存不足之處的分析，人們?cè)谡Z義網(wǎng)的一開始提出的時(shí)候， 就決定使用功能更為強(qiáng)大的可擴(kuò)展標(biāo)記語言x m l 作為其語法層。x m l 和h t m l 都是s g m l 的子集，x m l 是l l h t m l 更加強(qiáng)大的標(biāo)記語言。x m l 的標(biāo)記方式是可 以擴(kuò)展的，用戶可以根據(jù)自己的需要按照x m l 標(biāo)記的規(guī)范進(jìn)行隨意的擴(kuò)展，擁 有屬于子集的一套特有的標(biāo)簽。x m l 不僅是一個(gè)標(biāo)簽語言，還可以通過x m l s c h e m a 對(duì)于x m l 標(biāo)簽的定義功能來約束標(biāo)簽內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，或者叫做元數(shù)據(jù) 【2 3 1 。x m l 強(qiáng)大的標(biāo)簽功能帶來的一個(gè)問題是標(biāo)簽命名沖突問題。例如用戶a 和b 都使用同一個(gè)x m l 標(biāo)簽來表達(dá)兩個(gè)不同資源，這樣沒有約束的標(biāo)簽定義會(huì)給網(wǎng) 絡(luò)資源帶來混亂。w 3 c 的x m l 研究小組為了解決這個(gè)問題，特別制定了關(guān)于命 名空間( n a m e s p a c e ) 這個(gè)定義的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)命名空間的定義就可以很好的解決命 名空間沖突問題了。例如：用戶可以聲明如下 標(biāo)簽定義： 這個(gè)定義說明了s h i p 這個(gè)標(biāo)簽是在s 所代表的命名空間： h t t p ：d l m u m y e x a m p l e r o w e c o m x m l b t i e 中詳細(xì)聲明的。這樣即使有還有別人也 同樣定義了一個(gè)相同的s h i p 標(biāo)簽，就只要命名空間不相同，命名沖突的問題就不 會(huì)出現(xiàn)。這樣，語義網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的這一層，在x m l 語言的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了標(biāo) 簽的定義，描述了文檔的結(jié)構(gòu)，跨越了應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了語法的互操作。對(duì)于功能 不夠強(qiáng)大的h t m l ，這些都是實(shí)現(xiàn)不了的。 2 1 3r d f 和r d fs c h e m a 語義網(wǎng)的核心思想是：讓計(jì)算機(jī)能夠查詢網(wǎng)絡(luò)上的信息，并理解網(wǎng)絡(luò)上信息 的含義。要達(dá)到這一目標(biāo)，就需要建立一個(gè)大家都認(rèn)可的通用的元數(shù)據(jù)模型， r d f 數(shù)據(jù)模型就是這樣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。r d f 的核心內(nèi)容是定義一個(gè)通用的資源框 架來描述網(wǎng)絡(luò)上的資源，簡單來說，這種框架就是一個(gè)資源，屬性，值的三元組。 8 語義網(wǎng)中航運(yùn)信息的存儲(chǔ)與查洵系統(tǒng)研究 r d f 其實(shí)不是一個(gè)新的描述語言，準(zhǔn)確來說，r d f 是一個(gè)開放性的對(duì)于元數(shù)據(jù) 進(jìn)行描述的一個(gè)框架【3 6 】。它在語義網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)中是處于元數(shù)據(jù)層次的。r d f 資源描述框架涉及到的內(nèi)容主要有以下三個(gè)方面： 資源：現(xiàn)實(shí)世界存在的任何事物，只要它能夠用u r i 標(biāo)識(shí)，那么它就是一個(gè) 資源。 屬性：屬性用來描述資源的特性和關(guān)系。 描述：描述是對(duì)于資源的一個(gè)陳述和聲明，包括對(duì)于資源本身所具有的屬性 以及多個(gè)資源之間的關(guān)系的說明。 無論一個(gè)系統(tǒng)如何復(fù)雜，只要通過合理的分解，就可以用三元組的形式來表 達(dá)出來，簡化成一個(gè)三元組的集合。r d f 的思想如下：所有事物都含有一定的屬 性，這些屬性的有著各不相同的值，想要描述一個(gè)資源，可以通過枚舉這個(gè)資源 的相關(guān)的屬性以及屬性的值的方法來進(jìn)行描述。面對(duì)如何區(qū)分陳述的各個(gè)組成部 分這個(gè)問題，r d f 采用定義一些特定術(shù)語的方法來解決。這樣，由一些對(duì)于資源 的陳述組成的若干條語句就組成了r d f 對(duì)于資源的描述，再用諸如x m l ，n 3 這 些特定的術(shù)語表達(dá)這些陳述。r d f 描述模型對(duì)于那些和領(lǐng)域無關(guān)的資源還提供了 一種通用的描述方法，這種方法和x m l 的描述方法相類似，對(duì)于特定領(lǐng)域的元 數(shù)據(jù)的定義以及它們的語義就需要使用另外的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來加以描述了。這就是 下面要講到的r d fs c h e m a ，在r d f 中只有少量常用的建模原語被定義了出來， 如r d f ：r e s o u r c e 、r d f ：p r o p e r t y 、r d f ：s t a t e m e n t 、r d f ：s u b j e c t 等等，對(duì)于特定領(lǐng) 域資源相關(guān)的建模方法卻沒有給出來，這些不足的解決方法是，在r d f 中增加一 些與特定領(lǐng)域相關(guān)的建模語言，這種建模語言可以作為這個(gè)特定領(lǐng)域里的一個(gè)通 用的建?；A(chǔ)。r d fs c h e m a 正是基于此被提出來的。在r d fs c h e m a 中，最簡單 最基礎(chǔ)的建模語言有：c l a s s ，s u b c l a s s o f 和p r o p e r t y 等。在r d fs c h e m a 這些建 模語言的基礎(chǔ)上，建立某個(gè)特定領(lǐng)域相關(guān)的r d f 模型就可以由用戶自己完成了。 此外，r d fs c h e m a 就像一個(gè)對(duì)于r d f 作解釋的字典，對(duì)于r d f 數(shù)據(jù)的合理性還 作了進(jìn)一步的驗(yàn)證。 9 第2 章語義網(wǎng) 2 1 4o n t o l o g yv o c a b u l a r y 資源之間的關(guān)系原本是二元的，r d f 模型最主要的工作就是對(duì)資源之間這種 二元的關(guān)系用一種通用的框架來描述。這種通用的框架簡單來說就是資源，屬性， 值三元組【3 7 1 。用r d f ( s ) 】就可以描述一個(gè)比較簡單的本體概念了，也可以描述某 些本體所蘊(yùn)含的知識(shí)，這些概念和知識(shí)包括本體概念的下一層概念和它的子屬性 關(guān)系，資源的屬性以及屬性的定義域和值域，還有資源類的實(shí)例等等。可以看出 來，r d fs c h e m a 對(duì)于簡單本體的描述還是可以的，它可以作為一個(gè)簡單的本體 語言來描述。但是，對(duì)于復(fù)雜一點(diǎn)的本體知識(shí)，r d f ( s ) 就無能為力了。這就需 要l i , r d f ( s ) 表達(dá)能力更強(qiáng)的本體語言去表達(dá)本體，同時(shí)，這種表達(dá)語言還要支 持推理功能。既能對(duì)本體概念進(jìn)行充分的描述，又能支持本體語言，因此，對(duì)于 r d fs c h e m a 的擴(kuò)展就成了語義網(wǎng)的第三層架構(gòu)( 詞匯層) 。本體的概念一開始僅僅 在哲學(xué)方面提到的比較多，最早在哲學(xué)領(lǐng)域提出這個(gè)概念的是古希臘最著名的哲 學(xué)家亞里士多德。亞里士多德對(duì)于本體有如下的定義：“本體是對(duì)世界上客觀存 在物的系統(tǒng)地描述，即存在論，是客觀存在的一個(gè)系統(tǒng)的解釋或說明，其主要關(guān)