基于本體的ELearning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)機(jī)制的研究

1、基于本體的e-learning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)機(jī)制的研究摘要隨著互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息互通、知識(shí)傳播和文化交流。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)(e-learning)也逐漸成為人們獲取知識(shí)的重要方式。e-learning是指通過internet進(jìn)行的學(xué)習(xí)與教學(xué)活動(dòng)，它充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)所提供的、具有全新溝通機(jī)制與豐富資源的學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)的一種全新的學(xué)習(xí)方式。但是，目前網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源數(shù)量急劇增加，如何有效地組織和管理這些資源，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的共享和重用，并支持學(xué)習(xí)資源的可訪問性就成為一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)。本體技術(shù)的出現(xiàn)為領(lǐng)域知識(shí)的組織、管理和共享提供了一種有效的途徑。因此，為了支持網(wǎng)絡(luò)

2、學(xué)習(xí)資源的共享和重用，支持對(duì)學(xué)習(xí)資源的有效訪問，本論文構(gòu)建學(xué)科本體來組織學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科領(lǐng)域共享概念以及概念之間關(guān)系的表達(dá)。另外，本論文采用web服務(wù)的方式將學(xué)習(xí)資源封裝成e-learning服務(wù)，并將學(xué)科本體引入到e-learning服務(wù)的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，增強(qiáng)了e-learning服務(wù)發(fā)現(xiàn)能力，并在一定程度上提高了服務(wù)查找的效率和準(zhǔn)確率。本文在研究和分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：首先研究了當(dāng)今語義web關(guān)鍵技術(shù)和web服務(wù)相關(guān)技術(shù)，包括本體技術(shù)、wsdl、uddi、soap以及owl-s等，并對(duì)語義web中本體技術(shù)和語義web服務(wù)的描述模型owl

3、-s進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過對(duì)本體技術(shù)的研究，構(gòu)建了計(jì)算學(xué)科本體原型，在此基礎(chǔ)上研究將本體技術(shù)應(yīng)用于e-learning服務(wù)的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中的方法，提出了一種基于本體的e-learning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架，既解決了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的共享和重用問題，又實(shí)現(xiàn)了e-learning服務(wù)的語義識(shí)別和匹配。論文最后給出了一個(gè)基于本體的e-learning服務(wù)發(fā)布系統(tǒng)原型的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。本論文在研究本體技術(shù)和web服務(wù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的e-learning服務(wù)語義發(fā)布系統(tǒng)，為進(jìn)一步對(duì)e-learning服務(wù)的語義發(fā)現(xiàn)的研究提供了很好的支持。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)(e-learning)，web服務(wù)，學(xué)科本體 abs

4、tractwith rapid development of internet，more and more people share, disseminate, exchange information and knowledge through internete-learning is becoming an important way to acquire knowledgee-learning refers to the teaching and learning activities through the internet，which is able to take full ad

5、vantages of internet and is a promising way for lifetime educationat present, e-learning resources are sharply increasingnew approach is urgently needed, which is able to effectively organize and manage e-learning resources，and further to support the reuse and access to e-learning resourcesthe emerg

6、ence of ontology technology provides an effective way for the organization and management of domain knowledgetherefore, in order to share and reuse e-learning resources and support access to e-learning, discipline ontology is adopted to formally express the shared concepts and the relations among co

7、ncepts in a discipline；e-learning resources are encapsulated as e-learning servicesdiscipline ontology is used in the process of e-learning services publication and discovery, in order to improve efficiency and accuracy of e-learning services publication and discoveryresearch works in this thesis ar

8、e as followsat first, the latest technologies on web services and semantic web，including ontology, wsdl,uddi,soap and owl-s，etc，are discussedthen, ontology and the semantic web services description model owl-s are elaborateda computing discipline ontology is built；a discipline ontology based framewo

9、rk for e-learning services publication and discovery is presented, which aims to support the sharing and reuse of e-learning resources and further to realize semantic identification and matching in the process of e-learning service publication and discoveryfinally，the design and implementation of al

10、l e-learning services publication system prototype is introducedin this thesis，a semantic publication system of e-learning services is designed on the basis of ontology technology and web service technology, which provides a better support for further research 0n semantic discovery of e-learning ser

11、viceskeywords：e-learning,web service,discipline ontology第1章 緒論1.1研究背景及意義隨著互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)成為人們進(jìn)行信息互通、知識(shí)傳播和文化交流的重要手段，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)(e-learning)作為一種能拓展學(xué)習(xí)時(shí)空的新的教育形式，也越來越受到人們的普遍關(guān)注，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)浪潮已經(jīng)到來。e-learning是指通過internet進(jìn)行的學(xué)習(xí)與教學(xué)活動(dòng)，它是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)所提供的、具有全新溝通機(jī)制與豐富資源的學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)的一種全新的學(xué)習(xí)方式。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)突破了傳統(tǒng)的時(shí)空限制，但也存在一些問題：如網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源重用性低，導(dǎo)致大量資源重復(fù)

12、建設(shè)；各學(xué)習(xí)資源不能實(shí)現(xiàn)大范圍、高效率的共享，眾多學(xué)習(xí)資源成為離散的、孤立的“信息孤島”。web服務(wù)的出現(xiàn)為這一問題的解決提供了一個(gè)有效的途徑。web服務(wù)是獨(dú)立的、模塊化的應(yīng)用程序，能夠在網(wǎng)絡(luò)上被描述、發(fā)布、查找和調(diào)用1。web服務(wù)因其可移植性、跨平臺(tái)性和易部署性等優(yōu)點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。因此，我們可以將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源封裝成web服務(wù)的形式，來解決網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)領(lǐng)域中“豐富的數(shù)據(jù)和貧乏的知識(shí)”的問題。e-learning服務(wù)就是通過web服務(wù)技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行管理和發(fā)布的一類web服務(wù)。近年來。e-learning服務(wù)已成為網(wǎng)上學(xué)習(xí)的重要形式。但是web服務(wù)是源于傳統(tǒng)的萬維網(wǎng)的，e-learning

13、服務(wù)也不例外，這些服務(wù)盡管在信息格式上作了改進(jìn)，卻不能實(shí)現(xiàn)服務(wù)的自動(dòng)發(fā)布、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)執(zhí)行等操作。e-learning服務(wù)的急劇增加，為如何準(zhǔn)確高效地從龐大的服務(wù)群中找到所需要的服務(wù)提出了挑戰(zhàn)。為了有效實(shí)現(xiàn)服務(wù)的應(yīng)用價(jià)值，我們需要解決以下問題：如何發(fā)現(xiàn)滿足用戶需要的服務(wù)以及如何選擇最佳服務(wù)等。傳統(tǒng)的技術(shù)大都采用關(guān)鍵字匹配機(jī)制來解決上述問題，但存在查全率和查準(zhǔn)率低且不能很好地解決語義匹配的弊端。語義web的出現(xiàn)為上述問題的解決帶來了契機(jī)。語義web是對(duì)未來web體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)偉大構(gòu)想，基本思想是通過本體和對(duì)web內(nèi)容的語義標(biāo)記，使計(jì)算機(jī)可以理解并處理web上的信息。因此，將本體引入到e-lea

14、rning服務(wù)的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)服務(wù)的準(zhǔn)確高效的檢索。學(xué)科本體是一類特殊的領(lǐng)域本體，它將某個(gè)特定學(xué)科作為應(yīng)用領(lǐng)域，通過對(duì)特定學(xué)科的深入研究，抽取出該學(xué)科領(lǐng)域中已被認(rèn)可的相對(duì)固定的概念，并歸納出它們之間的語義聯(lián)系，然后通過某種描述機(jī)制對(duì)抽取出的概念及其語義聯(lián)系進(jìn)行描述，就可以構(gòu)造出學(xué)科本體2。通過學(xué)科本體，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科詞匯的語義識(shí)別和匹配，為學(xué)習(xí)資料的共享和重用以及e-learning系統(tǒng)的互操作性提供支持。因此，學(xué)科本體在e-learning中得到了越來越廣泛的研究。本論文的選題正是針對(duì)存在問題，逐步探索解決方案，最終確定將本體技術(shù)和web服務(wù)技術(shù)相結(jié)合，研究將本體技術(shù)引

15、入e-learning服務(wù)的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)中。這樣，既解決了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的共享和重用問題，又實(shí)現(xiàn)了e-learning服務(wù)的語義識(shí)別和匹配。因此，研究基于本體的e-learning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)，具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 e-learning方面的研究現(xiàn)狀計(jì)算機(jī)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用最早可追溯到1958年ibm公司成功開發(fā)世界上第一個(gè)計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng)，從此計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(cai)得到迅速發(fā)展。進(jìn)入90年代后，隨著學(xué)習(xí)理論、信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)也有了飛速發(fā)展。1996年第一篇有關(guān)局域網(wǎng)培訓(xùn)的論文在美國(guó)training magazine雜志上發(fā)表以來，教育技術(shù)界和

16、培訓(xùn)界正式開始了關(guān)于e-learning的研究e-learning方面的研究可歸納為以下幾個(gè)方面：(1)e-learning中學(xué)習(xí)理論和網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究研究?jī)?nèi)容主要包括現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論及其在e-learning中的應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)教育相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，對(duì)網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究有很多，aicc(aviation industry cbt committee，美國(guó)航空工業(yè)計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練委員會(huì))最早提出計(jì)算機(jī)管理教學(xué)(cmi)規(guī)范，現(xiàn)成為廣泛采用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3；美國(guó)國(guó)防部(dod)的美國(guó)高級(jí)分布式學(xué)習(xí)研究項(xiàng)目(adl)借鑒aicc的cmi標(biāo)準(zhǔn)建立了可共享課程對(duì)象參考模型scorm (sharable co

17、urse object reference model)4；美國(guó)大學(xué)校際交流委員會(huì)(educom)于1996年設(shè)立的一個(gè)研究項(xiàng)目ims現(xiàn)已建立了內(nèi)容包裝規(guī)范、元數(shù)據(jù)規(guī)范等5。2001年，我國(guó)開始啟動(dòng)教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究項(xiàng)目，成立了中國(guó)教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，根據(jù)我國(guó)教育情況創(chuàng)建了各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，形成了“中國(guó)教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系”6。國(guó)際組織在e-learning服務(wù)方面的標(biāo)準(zhǔn)化研究主要有dcmi(都柏林核心元數(shù)據(jù)研究行動(dòng))和ieeeltsc(ieee學(xué)習(xí)技術(shù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì))dcmi建立了dc元數(shù)據(jù)規(guī)范和dceducation元數(shù)據(jù)規(guī)范，ieeeltcs建立了參考模型、學(xué)習(xí)者模型和學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)

18、據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ieee-lom7。目前比較成熟的標(biāo)準(zhǔn)主要有dc和ieee-lom。(2)e-learning中學(xué)習(xí)資源管理的研究該研究主要包括對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)的抽取、學(xué)習(xí)對(duì)象重用、利用本體技術(shù)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源查找等內(nèi)容，主要是將內(nèi)容管理思想應(yīng)用到學(xué)習(xí)資源的組織中。bergstedt研究?jī)?nèi)容管理系統(tǒng)和e-learning的關(guān)系，指出實(shí)行內(nèi)容管理可顯著提高e-learning系統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量。j.m.su等人研究了scorm兼容學(xué)習(xí)對(duì)象庫(kù)的內(nèi)容管理模式。華東師范大學(xué)的李君麗、祝智庭對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容關(guān)系系統(tǒng)的功能、角色進(jìn)行研究，指出學(xué)習(xí)資源管理是實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源和課程融合的重要手段8。(3)e-learning系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

19、的研究研究e-learning系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要是對(duì)抽象的邏輯結(jié)構(gòu)的研究。舒蓓，申瑞民等人對(duì)支持個(gè)性化學(xué)習(xí)的e-learning系統(tǒng)架構(gòu)及其組成部分進(jìn)行了研究；suthers將cscl體系結(jié)構(gòu)分成中央結(jié)構(gòu)、復(fù)制結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。近年來，又出現(xiàn)了基于知識(shí)驅(qū)動(dòng)的e-learning體系架構(gòu)、基于工作流的e-learning體系架構(gòu)等。(4)e-learning系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究主要集中在對(duì)xml和元數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究上，近年來出現(xiàn)了對(duì)語義技術(shù)的研究。其中前兩個(gè)方面的應(yīng)用研究比較成熟，對(duì)語義技術(shù)的應(yīng)用研究還處于探索階段。山東大學(xué)的郝興偉、孟祥旭研究了基于知識(shí)本體的e-learni

20、ng系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。1.2.2 語義web服務(wù)方面的研究最早為web服務(wù)增加語義信息的是damls，owl-s是在daml-s的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。daml-s提供了足夠的表示web服務(wù)能力和特性的語義信息來描述web服務(wù)，目的在于實(shí)現(xiàn)web服務(wù)發(fā)現(xiàn)、調(diào)用、合成和執(zhí)行監(jiān)控的自動(dòng)化。目前許多語義表示的研究、服務(wù)綁定的研究、基于本體的服務(wù)匹配的研究、damls和uddi相結(jié)合的研究等方面的研究都是基于daml-s展開的。當(dāng)前存在的研究主要分為兩類：(1)實(shí)現(xiàn)daml-s本體描述信息到uddi的映射，補(bǔ)充uddi的web服務(wù)語義描述能力；(2)基于damnoil擴(kuò)展wsdl模式，并基于擴(kuò)展的wsdl實(shí)現(xiàn)w

21、sdl到damls本體的映射，再將語義信息擴(kuò)展到uddi中。國(guó)外的經(jīng)典研究有：美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的massimo paolucci提出的基于daml-s的augmentuddi語義web服務(wù)注冊(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的匹配思想成為后來的語義web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方向研究的核心思想。它利用本體概念之間的包含關(guān)系來實(shí)現(xiàn)web服務(wù)的輸入輸出的匹配。但該算法僅實(shí)現(xiàn)了同一本體中的概念之間的匹配，沒有考慮服務(wù)質(zhì)量的匹配，導(dǎo)致匹配的范圍過窄且有效性不足，而且匹配程度的劃分粗糙、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。美國(guó)麻省理工學(xué)院的mark klein和美國(guó)紐約大學(xué)的abraham bemstein提出基于過程本體論的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法嗍。通過定義過程本體

22、來表達(dá)查詢請(qǐng)求與web服務(wù)。由于過程本體與wsdl之間無映射關(guān)系，需要花大量時(shí)間對(duì)服務(wù)建立索引，因此服務(wù)發(fā)現(xiàn)的高效性不能完全保證。美國(guó)喬治亞大學(xué)lsdis實(shí)驗(yàn)室的meteor-s系統(tǒng)，采用語義本體論推理和qos策略相結(jié)合的服務(wù)匹配和篩選方法，由于使用的是簡(jiǎn)單的基于服務(wù)模板的匹配算法，所以不能支持復(fù)雜的邏輯推理。國(guó)內(nèi)的經(jīng)典研究有：清華大學(xué)的許斌、李涓子等提出了一種web服務(wù)語義標(biāo)注方法。為了對(duì)wsdl文件進(jìn)行自動(dòng)語義標(biāo)注并提高標(biāo)注的準(zhǔn)確度，采用owl描述的領(lǐng)域本體來增強(qiáng)wsdl文件的語義信息，利用xml schema的格式信息與本體概念之間的相似性，實(shí)現(xiàn)對(duì)wcb服務(wù)的語義標(biāo)注，并制定wsdl到o

23、wl-s的轉(zhuǎn)換規(guī)則，生成owl-s格式的web服務(wù)語義描述。山東大學(xué)的李慶忠、王凱等對(duì)web服務(wù)語義描述和語義匹配進(jìn)行研究。在語義描述方面，運(yùn)用語義本體定義和表述web服務(wù)，參考web服務(wù)本體owl-s設(shè)計(jì)相關(guān)的服務(wù)本體和領(lǐng)域本體，并運(yùn)用到既定的web服務(wù)匹配算法中。在web服務(wù)語義匹配方面，根據(jù)智能化和高效性的要求，在服務(wù)功能語義描述的基礎(chǔ)上，通過對(duì)服務(wù)功能的輸入、輸出語義相似匹配，提高服務(wù)檢索的查準(zhǔn)率和查全率。3)學(xué)科本體的構(gòu)建方面研究現(xiàn)狀自從1977年知識(shí)工程的鼻祖fcigenbaum提出“知識(shí)工程”這個(gè)概念以來，基于人工智能和信息技術(shù)的對(duì)知識(shí)的理解、抽取、表示和應(yīng)用一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究

24、重點(diǎn)。上世紀(jì)90年代初，哲學(xué)中“ontology”被ai領(lǐng)域借鑒，本體建模方法也初步確立，本體論為知識(shí)工程中的知識(shí)提供了新的組織形式。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)本體做了大量研究并將其運(yùn)用于知識(shí)工程領(lǐng)域。國(guó)外的經(jīng)典研究主要有：w3c致力于本體的研究始于2001年，w3c的web-ontology工作組一開始就將自己的研究定位于為語義網(wǎng)的創(chuàng)建打基礎(chǔ)。該工作組的主要貢獻(xiàn)是從2002年1月起開始制訂owl(ontology web laguage)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。2004年2月10日，owl已成為了w3c的正式推薦標(biāo)準(zhǔn)。owl促進(jìn)了由xml，rdf(s)支持的web內(nèi)容在機(jī)器間的互操作性。美國(guó)斯坦福大學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

25、室(ksl-knowledge systems laboratory以下簡(jiǎn)稱ksl)，無論是在本體建模工具領(lǐng)域，還是在本體應(yīng)用層面的研究方面，都站在了知識(shí)工程領(lǐng)域的最前沿。ksl的n.gruber在1993年最早提出了“本體”在知識(shí)工程領(lǐng)域的定義。目前，ksl的研究主題主要有知識(shí)共享技術(shù)、物理系統(tǒng)的建模與分析、應(yīng)用性智能系統(tǒng)三大方面。德國(guó)卡爾斯魯厄大學(xué)(university of karlsruhe)的rudi studer，alexander maeche和以他們?yōu)槭椎膽?yīng)用情報(bào)學(xué)和規(guī)范描述方法研究所(aifbinstitute of applied informatics and forma

26、l description methods)對(duì)本體基礎(chǔ)理論(ontology learning)和本體的數(shù)學(xué)表達(dá)進(jìn)行了深層次的研究。aifb研究所目前從事的研究重點(diǎn)是創(chuàng)建基于本體的知識(shí)門戶和語義門戶。歐洲的ontoweb依托aifb研究所的ontoweb項(xiàng)目，建立了以知識(shí)管理為目的的網(wǎng)上知識(shí)門戶。ontoweb的目標(biāo)是集合歐洲語義網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研究人員和產(chǎn)業(yè)學(xué)會(huì)的力量，加強(qiáng)該領(lǐng)域的跨學(xué)科協(xié)作，促進(jìn)歐洲文化的復(fù)興，保護(hù)歐洲語言多元化和歐洲文化多樣性，并在本體領(lǐng)域的研究中占據(jù)主導(dǎo)地位。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)無論是在理論研究、實(shí)證研究還是在技術(shù)手段的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用方面都相對(duì)落后，與國(guó)外高水平的研究相比存在很大差

27、距。國(guó)內(nèi)對(duì)于本體的研究大約始于20世紀(jì)90年代初。國(guó)內(nèi)對(duì)于本體的研究主要有：中國(guó)科學(xué)院自1998年就開始從事本體領(lǐng)域的課題研究。其中，數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院，數(shù)學(xué)研究所、知識(shí)處理與人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)室，管理、決策與信息系統(tǒng)開放實(shí)驗(yàn)室一直走在研究的最前沿。他們?cè)凇疤祚R”專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境研究成果的基礎(chǔ)上，致力于如下幾個(gè)方面工作：(1)研究以本體作為關(guān)聯(lián)手段，增強(qiáng)面向?qū)ο蠓椒ǖ谋憩F(xiàn)力，以達(dá)到完成信息系統(tǒng)需求分析的目的。提出了面向本體的需求分析(oora-ontology-oricnted requirements analysis)模型。(2)研究形式化的本體在領(lǐng)域知識(shí)的復(fù)用和共享中的基礎(chǔ)地位和作用。(3)

28、研究基于專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)復(fù)用的，虛擬領(lǐng)域本體的創(chuàng)建技術(shù)。另外，浙江大學(xué)人工智能研究所早在1985年就致力于地質(zhì)探礦專家系統(tǒng)的研究。并通過了國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目驗(yàn)收和成果鑒定；哈工大計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系的研究人員則一直致力于企業(yè)本體論系統(tǒng)的創(chuàng)建和相關(guān)理論的研究。國(guó)內(nèi)外重要的本體系統(tǒng)主要有：基于心理語言規(guī)則的英文詞典wordnet：由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金贊助，加州大學(xué)伯克力分校的國(guó)際計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所承擔(dān)開發(fā)的framenet：南加州大學(xué)信息科學(xué)研究所(isi-information sciences institute)的bill mann和christian matthiessen等人開發(fā)的gum(通

29、用上層模型)，希望用自然語言的表達(dá)方式來組織信息面向自然語言處理，支持多語種處理，包括基本概念及獨(dú)立于各種具體語言的概念組織形式；sensus面向自然語言處理，為機(jī)器翻譯提供概念結(jié)構(gòu)，包括7萬多概念。ontoseek是一個(gè)集中了在線黃頁(yè)和產(chǎn)品目錄的，基于內(nèi)容檢索的系統(tǒng)。cycorp集團(tuán)正在進(jìn)行的cyc項(xiàng)目，旨在提供一種可以為其它程序使用的“深層次的”理解。德克薩斯大學(xué)計(jì)算機(jī)系知識(shí)系統(tǒng)研究小組將知網(wǎng)(hownet)列為本體項(xiàng)目之一，用于自然語言處理，包含中文詞典中概念與概念間的關(guān)系，概念的屬性與屬性間的關(guān)系。同時(shí)還包含了與中文對(duì)應(yīng)的英文概念，以及概念的屬性間的關(guān)系。由新墨西哥州立大學(xué)的計(jì)算研究實(shí)

30、驗(yàn)室負(fù)責(zé)研制開發(fā)的mikrokmos，是一個(gè)概念揭示程度深入徹底，覆蓋學(xué)科范圍廣泛的用于多語種自然語言處理的本體。目前，學(xué)科領(lǐng)域還沒有比較成熟的現(xiàn)成的本體可以使用，只有一些個(gè)人建立的簡(jiǎn)單的針對(duì)某一課程的小型學(xué)科本體。所以，要研究基于本體的網(wǎng)上學(xué)習(xí)內(nèi)容的發(fā)現(xiàn)，還需要對(duì)學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，準(zhǔn)確地抽取出該領(lǐng)域中的重要概念、屬性以及相互之間的關(guān)系，從而構(gòu)建出一個(gè)包含信息盡可能豐富的學(xué)科本體。1.3本文研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)本文的研究重點(diǎn)：學(xué)科本體的構(gòu)建；將學(xué)科本體作為對(duì)學(xué)科詞匯進(jìn)行語義識(shí)別和匹配的基礎(chǔ)，應(yīng)用于e-learning服務(wù)的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，支持基于語義的e-learning 服務(wù)的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)。

31、本文提出了一個(gè)基于領(lǐng)域本體的e-learning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架，該框架將學(xué)科本體引入e-learning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，增強(qiáng)了e-learning服務(wù)發(fā)現(xiàn)能力，并在一定程度上提高了服務(wù)查找的效率和準(zhǔn)確率。1.3.1主要研究?jī)?nèi)容歸納如下：1)深入學(xué)習(xí)和研究了本體和web服務(wù)相關(guān)的理論知識(shí)。包括本體的概念、描述語言owl的語法、本體構(gòu)建的方法和步驟、本體開發(fā)工具等以及web服務(wù)描述語言wsdl、web服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程、服務(wù)描述方法和集成協(xié)議uddi以及用于web服務(wù)調(diào)用的簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議(soap)等。2)對(duì)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行概念提取，構(gòu)建出一個(gè)計(jì)算學(xué)科本體原型，并對(duì)該學(xué)科中涉及的知識(shí)進(jìn)行分

32、析，提取出該部分學(xué)習(xí)資源中的關(guān)鍵概念、屬性及它們之間的聯(lián)系，利用本體開發(fā)工具prot696，為計(jì)算學(xué)科中的軟件工程知識(shí)域開發(fā)了一個(gè)本體實(shí)例，為知識(shí)的共享提供了基礎(chǔ)。3)提出一種基于本體的e-learning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架，從語義層上對(duì)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行描述，使學(xué)習(xí)資源可以實(shí)現(xiàn)共享和互操作。該框架分為4個(gè)層次，從上到下依次為用戶層、表示層、中間件層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。用戶層主要面向兩類用戶：服務(wù)提供者和服務(wù)請(qǐng)求者。表示層為用戶服務(wù)提供了接口，語義層主要完成語義查詢、語義分析、語義推理功能，存儲(chǔ)層包括學(xué)科本體、服務(wù)本體和uddi注冊(cè)中心，分別用于存儲(chǔ)學(xué)科知識(shí)、服務(wù)語義描述信息和已發(fā)布的e-learning

33、服務(wù)基本信息。4)基于該框架利用java語言開發(fā)了一個(gè)原型系統(tǒng)。該原型系統(tǒng)通過對(duì)計(jì)算學(xué)科本體的引用，嘗試將e-learning服務(wù)提供者所提供的服務(wù)進(jìn)行語義發(fā)布，以便讓網(wǎng)上學(xué)習(xí)用戶能夠準(zhǔn)確高效地發(fā)現(xiàn)這些e-learning服務(wù)。1.3.2本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在：1)將本體技術(shù)引入到e-learning服務(wù)的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)e-learning服務(wù)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)信息的語義描述，提高e-learning服務(wù)查找準(zhǔn)確性。2)分析了語義web服務(wù)相關(guān)技術(shù)，提出了一種基于本體的e-learning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架。1.4本文組織結(jié)構(gòu)本文共分六大章：第l章介紹了本課題的研究背景和意義，對(duì)與本課題相

34、關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀做了簡(jiǎn)要分析，同時(shí)本章還對(duì)目前學(xué)習(xí)資源建設(shè)現(xiàn)狀，本體研究現(xiàn)狀，以及語義web在eleaming中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。最后給出了本文的主要工作內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。第2章主要介紹了本體理論和web service相關(guān)理論，對(duì)本體的概念、描述語言、開發(fā)工具，web service關(guān)鍵技術(shù)以及語義web服務(wù)描述模型進(jìn)行了深入學(xué)習(xí)和研究，為課題的研究工作提供理論上的依據(jù)。第3章研究學(xué)科領(lǐng)域本體的構(gòu)建。通過對(duì)本體構(gòu)建理論的深入研究，綜合考慮各種本體構(gòu)建方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出一種基于螺旋模型的原型化方法。通過對(duì)學(xué)習(xí)領(lǐng)域頂層概念的抽取以及概念之間關(guān)系的分析，構(gòu)建出一個(gè)計(jì)算學(xué)科本體原型。然后，通過對(duì)

35、計(jì)算學(xué)科中軟件工程知識(shí)域中的學(xué)習(xí)資源的深入研究，對(duì)構(gòu)建的本體原型進(jìn)行實(shí)例化，構(gòu)建出一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算學(xué)科本體。為實(shí)現(xiàn)基于本體的e-learning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)做好準(zhǔn)備。第4章提出一種基于本體的e-learning服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架，該框架分為4個(gè)層次，從上到下依次為用戶層、表示層、中間件層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。用戶層主要面向兩類用戶：服務(wù)提供者和服務(wù)請(qǐng)求者。表示層為用戶服務(wù)提供了接口，語義層主要完成語義查詢、語義分析、語義推理功能，存儲(chǔ)層包括學(xué)科本體、服務(wù)本體和uddi注冊(cè)中心，分別用于存儲(chǔ)學(xué)科知識(shí)、服務(wù)語義描述信息和已發(fā)布的e-learning服務(wù)信息。在該框架的基礎(chǔ)上，對(duì)web服務(wù)語義發(fā)布機(jī)制進(jìn)行了

36、分析。第5章依據(jù)基于領(lǐng)域本體的學(xué)習(xí)資源管理框架，開發(fā)了一個(gè)原型系統(tǒng)。原型系統(tǒng)以構(gòu)建的計(jì)算學(xué)科本體為基礎(chǔ)，為e-learning服務(wù)提供者提供一個(gè)語義發(fā)布的平臺(tái)。本章首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析，提出了設(shè)計(jì)目標(biāo)和發(fā)布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并選擇了相應(yīng)的開發(fā)平臺(tái)和工具。然后對(duì)發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，該原型系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)e-learning服務(wù)的語義描述，能夠?qū)崿F(xiàn)e-learning服務(wù)的語義發(fā)布。第6章對(duì)研究成果進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)其不足和待改進(jìn)之處進(jìn)行了分析和總結(jié)，并對(duì)下一步的工作前景進(jìn)行了展望。 第2章 基于本體的web服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)本章將對(duì)論文中涉及的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析，包括本體技術(shù)和web服務(wù)技術(shù)以及語

37、義web服務(wù)技術(shù)。其中本體技術(shù)包括本體的概念、描述語言及開發(fā)工具等。web服務(wù)技術(shù)包括web服務(wù)的概念、核心協(xié)議及發(fā)布與發(fā)現(xiàn)機(jī)制。語義web服務(wù)主要研究其概念及描述模型owl-s。本章內(nèi)容是進(jìn)行課題研究的理論基礎(chǔ)。2.1本體概述2.1.1本體的概念ontology最早是一個(gè)哲學(xué)概念，后來隨著人工智能的發(fā)展，被人工智能界賦予了新的定義。比較有代表性的是1998年studer提出的定義：本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明(ontology is a formal，explicit specification of a shared conceptualization.)。這個(gè)定義體現(xiàn)了本體的

38、4層含義：概念模型(conceptualization)通過客觀世界中一些現(xiàn)象的相關(guān)概念而得到的模型，其表示的含義獨(dú)立于具體的環(huán)境狀態(tài)。明確(explicio所使用的概念及其約束都有明確的定義。形式化(formal)ontology是計(jì)算機(jī)可讀的，即能被計(jì)算機(jī)處理的。共享(share)ontology中體現(xiàn)的是共同認(rèn)可的知識(shí)，反映的是相關(guān)領(lǐng)域中公認(rèn)的概念集，它所針對(duì)的是團(tuán)體而不是個(gè)體。盡管本體有很多不同的定義方式，但是從內(nèi)涵上來看，不同研究者對(duì)于本體的認(rèn)識(shí)是統(tǒng)一的，都把本體當(dāng)作是領(lǐng)域內(nèi)部不同實(shí)體(人、機(jī)器、軟件系統(tǒng)等)之間進(jìn)行交流(對(duì)話、互操作、共享等)的一種語義基礎(chǔ)，本體的目標(biāo)是捕獲相關(guān)領(lǐng)域

39、的知識(shí)，提供對(duì)該領(lǐng)域知識(shí)的共同理解，確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的概念詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些概念和概念之間相互關(guān)系的明確定義，實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享，即本體提供一種明確定義的知識(shí)。就語義web要實(shí)現(xiàn)的功能目標(biāo)來說，本體提供的這種共識(shí)更主要的是為機(jī)器服務(wù)，機(jī)器并不能像人類一樣理解自然語言中表達(dá)的語義，目前的計(jì)算機(jī)也只能把文本看成字符串進(jìn)行處理。因此，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域討論本體，就要討論本體究竟是如何表達(dá)共識(shí)的，也就是概念的形式化表達(dá)問題。2.1.2本體描述語言本體描述語言是用來描述本體的，它讓用戶可以為領(lǐng)域模型編寫清晰、形式化的概念描述。本體描述語言起源于人工智能領(lǐng)域?qū)χR(shí)表示的研究，因此本體的描述語

40、言不僅僅需要具有良好定義的語法、語義和充分的表達(dá)能力，更需要有效的推理支持(包括計(jì)算復(fù)雜性和可判定性等)。大量的研究工作者活躍在該領(lǐng)域，因此誕生了許多種本體描述語言，主要分為兩大類：即傳統(tǒng)的本體描述語言和與web相關(guān)的本體描述語言。傳統(tǒng)的本體描述語言主要有：kif、ontolingua、loom和ocml等，它們注重在知識(shí)工程過程中知識(shí)的共享和重用，但缺乏在本體概念之上的推理功能，不能被廣泛地應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)上的知識(shí)交換與共享中。為解決網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下有效的知識(shí)管理問題，以知識(shí)本體為核心的語義we；b技術(shù)的研究已成為知識(shí)管理領(lǐng)域的最新熱點(diǎn)。與web相關(guān)的本體描述語言主要有rdf和rdfs、shoe、x

41、ol、oml、oil、daml、oil+daml、owl。其中rdf和rdfs、oil、daml、oil+daml、owl之間有著密切的聯(lián)系，是被廣泛研究的網(wǎng)絡(luò)本體描述語言，都是基于xml的9。而shoe是基于html的，是html的一個(gè)擴(kuò)展。目前，w3c推薦的與本體語言相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè)：xml、rdfrdfs、owl。下面對(duì)最流行的本體描述語言進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。rdfrdfs簡(jiǎn)介rdf(資源描述框架)是w3c組織推薦使用的用來描述資源及其之間關(guān)系的語言規(guī)范，具有簡(jiǎn)單、易擴(kuò)展、開放性、易交換和易綜合等特點(diǎn)10。rdf的目標(biāo)是為web資源描述提供一種通用框架，它以一種機(jī)器可理解的方式被表示出來，可以

42、很方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，rdf提供了web數(shù)據(jù)集成的元數(shù)據(jù)解決方案。rdf語言主要功能特征所描述的內(nèi)容包括：1)resourco：一類特定的信息條目，通常是一個(gè)web站點(diǎn)；資源，通常以切地進(jìn)行標(biāo)識(shí)；2)classsubclass：資源可以被分類，每個(gè)類以下都可以有許多小的下位類，由此形成了一個(gè)完整的分類體系；3)property：連接兩個(gè)相關(guān)資源；4)domainrange：一個(gè)property中的兩個(gè)資源可以受到限定，一個(gè)目標(biāo)域以及目的文件范圍會(huì)受到一個(gè)特定類的限制；5)container：資源集合可組織在container中。container包括：“集”，元素的“次序”，即按一定的順序排列

43、，以及“其他的選擇”。rdf與xml之間的關(guān)系非常緊密，事實(shí)上，它們之間是互補(bǔ)的：rdf的作用之一是以一種標(biāo)準(zhǔn)化的、具有互操作性的模式為基于xml的數(shù)據(jù)規(guī)定語義。rdf是一種元數(shù)據(jù)模型，而xml是一種語法格式11。rdf數(shù)據(jù)模型可以用xml表示，也可以用其他語法格式描述。rdf schema是基于rdf的一種模式定義語言，它使用一種機(jī)器可以理解的體系來定義描述資源的詞匯，其功能就像一個(gè)字典，可以將其理解為大綱或規(guī)范。rdf schema的作用是：定義資源以及屬性的類別； 定義屬性所應(yīng)用的資源類以及屬性值的類型； 定義上述類別聲明的語法； 申明一些由其它機(jī)構(gòu)或組織定義的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的屬性類。oil

44、和daml簡(jiǎn)介oil(ontology interchange language，ontology inference layer)是由斯坦福大學(xué)、荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)等多家機(jī)構(gòu)從2000年開始聯(lián)合開發(fā)，它所依托的項(xiàng)目是ontoknowlodge12。作為一種推薦標(biāo)準(zhǔn)，具有合并和表示本體以及進(jìn)行系統(tǒng)間交互兩種功能。其設(shè)計(jì)目的是為了提供最多的建模元語，可通用于基于框架和描述邏輯的本體。oil為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的本體語言指出了一個(gè)層次化的方法每一增加層將在原來的層上增加功能性和復(fù)雜性。用oil來描述本體，需要區(qū)分3個(gè)不同的層次：首先是對(duì)象級(jí)，這一級(jí)描述具體的本體；其次是第l元級(jí)，這一級(jí)提供了確定的本體定義，

45、用一種定義良好的語義來描述結(jié)構(gòu)化的詞匯；最后是第2元級(jí)，這一級(jí)描述的是一個(gè)本體的元信息，如作者、名稱和主題等。oil目前的研究關(guān)注的是第l元級(jí)和第2元級(jí)，分別稱之為本體定義和本體容器。daml(darpa agent markup language)i掃darpa(美國(guó)國(guó)防部高級(jí)計(jì)劃研究署)主持開發(fā)，力圖溶入rdf、oil等的優(yōu)點(diǎn)，它與oil一樣建立在rdf之上，以描述邏輯為基礎(chǔ)13。其主要目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)旨在以機(jī)器可讀的方式表示語義關(guān)系、并與當(dāng)前及未來技術(shù)相容的語言，尤其是開發(fā)出一套工具與技術(shù)，使得agent(代理)程序可以識(shí)別與理解信息源，并在agent程序之間實(shí)現(xiàn)基于語義的互操作。daml

46、擴(kuò)展了rdf，增加了更多的更復(fù)雜的類、屬性等定義。它一度很流行，成為網(wǎng)上很多本體的描述語言。后來daml的研究者和oil的研究者開始合作，推出了daml+oil語言，成為w3c研究語言互聯(lián)網(wǎng)的本體語言的起點(diǎn)。daml+oil是由美國(guó)和歐盟在daml背景下共同開發(fā)的。它是rdf(s)基礎(chǔ)上的擴(kuò)展，具備充分的表達(dá)能力(如唯一性、傳遞性、逆反性、等價(jià)等)，具有一定的推理能力，完全確定了語義網(wǎng)中知識(shí)表示語言的整體框架。國(guó)外已有多種支持daml+oil的工具軟件，如：oil ed、web ode等。owl簡(jiǎn)介owl語言作為w3c推薦的全新的web本體語言，雖然它的基本語法和功能與daml+oil很相似，

47、但它的語言機(jī)制已大大增強(qiáng)14。同時(shí)它還增加了更多用于描述屬性和類的詞匯，具有豐富的語義和關(guān)系邏輯表示功能。而且它強(qiáng)調(diào)知識(shí)的表示和推理規(guī)則的應(yīng)用，是當(dāng)前語義web研究中最具代表性的本體描述語言。owl針對(duì)不同的用戶群，提供了3種表達(dá)能力逐漸增強(qiáng)的子語言：owl lite、owl dl和owl full15。owl lite 語義表達(dá)能力簡(jiǎn)單，僅限于對(duì)概念的層次支持基數(shù)，但只允許基數(shù)分類和簡(jiǎn)單的屬性約束描述。owl full和owl dl支持相同的owl語言結(jié)構(gòu)成分集，它們的不同在于對(duì)這些結(jié)構(gòu)成分和rdf特征的使用限制：owl full可以隨時(shí)與rdfs混用，它與rdfs一樣在類、屬性、個(gè)體和數(shù)據(jù)

48、值之間不做強(qiáng)制性的嚴(yán)格區(qū)分；owl dl則限制與rdf的混用，并嚴(yán)格區(qū)分類、屬性、個(gè)體和數(shù)據(jù)值，但是支持它的推理機(jī)已經(jīng)問世；owl lite是owl dl的子語言，只支持owl語言結(jié)構(gòu)成分集的一部分，owl lite與owl dl遵循相同的語義限制，并且具備推理機(jī)需要的屬性。在構(gòu)建owl本體時(shí)，用戶可以根據(jù)對(duì)表達(dá)性和復(fù)雜性的需求，選擇不同的子語言16，在選擇子語言時(shí)主要應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：1)約束的可表達(dá)程度。owl lite適用于簡(jiǎn)單的約束，owl dl約束的表達(dá)范圍較廣；2)rdf模型機(jī)制的繼承性。owl dl不允許定義類型的類型以及為類型賦予屬性這樣的機(jī)制，而owl full則在這方面加以

49、實(shí)現(xiàn)；3)owl full對(duì)推理的支持不可預(yù)測(cè)性。因?yàn)槟壳斑€沒有完全支持owl full的推理軟件的實(shí)現(xiàn)，不能保證可計(jì)算性，因此在要求推理的應(yīng)用中有困難。owl語言作為w3c推薦的全新的web本體語言，雖然它的基本語法和功能與daml+oil很相似，但它的語言機(jī)制已大大增強(qiáng)17。同時(shí)它還增加了更多用于描述屬性和類的詞匯，具有豐富的語義和關(guān)系邏輯表示功能。而且它強(qiáng)調(diào)知識(shí)的表示和推理規(guī)則的應(yīng)用，是當(dāng)前語義web研究中最具代表性的本體描述語言。本課題采用owl作為本體描述語言。2.1.3本體開發(fā)工具本體編輯工具種類繁多，早期本體編輯工具采取較普及的用于知識(shí)庫(kù)開發(fā)的kads方法，目前已基本不用了。后來

50、又出現(xiàn)了一些發(fā)展較成熟且常用的本體編輯工具，如：ontoedit、ontolingua、ontosaurus、webonto、oiled和protege 2000。另外，還有兩種對(duì)本體數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和維護(hù)的工具：jenaglsesame。下面對(duì)最常用的兩種本體工程工具protege和jena進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 protegeprotege是由美國(guó)斯坦福大學(xué)開發(fā)的本體編輯工具，也是基于知識(shí)的編輯器18。protege開發(fā)界面友好，本體開發(fā)人員可以在需宴時(shí)迅速訪問相關(guān)的信息，可以直接實(shí)施導(dǎo)航和管理本體的操作。樹形控制實(shí)現(xiàn)了類層次結(jié)構(gòu)中迅速和簡(jiǎn)單的導(dǎo)航。protege使用java和open source作

51、為操作平臺(tái)；可用于編制使用分類系統(tǒng)和知識(shí)庫(kù)；可以根據(jù)使用者的需要進(jìn)行定制，通過定制用戶界面以更好地適應(yīng)新語言的使用；有可自行設(shè)置的數(shù)據(jù)輸入格式，可以將其內(nèi)部表示轉(zhuǎn)換成多種形式的文本表示格式，如xml、rdf(s)、oil、daml、daml+oil、owl等系列語言。protege工具本身沒有嵌入推理工具，不能實(shí)現(xiàn)推理，但它具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，可以插入插件來擴(kuò)展一些特殊的功能19，如推理、提問、xml轉(zhuǎn)換等。protege是可擴(kuò)展的獨(dú)立平臺(tái)環(huán)境，用于構(gòu)建和編輯本體以及知識(shí)庫(kù)。protege體系結(jié)構(gòu)的最主要優(yōu)勢(shì)是它開放的模塊化風(fēng)格?；诮M建的體系結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)開發(fā)者可以通過生成恰當(dāng)?shù)牟寮碓鰪?qiáng)新的功

52、能。插件可以分為三類，一類是后端插件，使用戶可以以多種格式來存儲(chǔ)和輸入知識(shí)庫(kù)；一類是slot widgets類插件，用來為特定的域或特定任務(wù)合并槽或顯示邊界槽值；第三類是tab插件，與protege知識(shí)庫(kù)一起，提供基于知識(shí)的應(yīng)用。后端插件支持在rdf schema、帶dtd的xml文件、xml schema文件中存儲(chǔ)和導(dǎo)入本體。jenajena是惠普實(shí)驗(yàn)室提供的針對(duì)語義web應(yīng)用的開源java開發(fā)包20。它支持應(yīng)用程序調(diào)用jena提供的接口操作本體數(shù)據(jù)：支持主流的本體描述語言，如rdf、rdfs；支持多種本體編碼方式，如n3方式和三元組方式：支持多種本體的存儲(chǔ)模型，如：內(nèi)存模型和數(shù)據(jù)庫(kù)模型等；

53、支持基于rdfs的推理。另外，jena還支持利用sparql語言在本體數(shù)據(jù)中進(jìn)行語義查詢。2.2 web服務(wù)2.2.1 web服務(wù)概述web service是建立可互操作的分布式應(yīng)用程序的新平臺(tái)。web service平臺(tái)是一套標(biāo)準(zhǔn)，它定義了應(yīng)用程序如何在web上實(shí)現(xiàn)互操作性。你可以用任何你喜歡的語言，在任何你喜歡的平臺(tái)上寫web service，只要我們可以通過web service標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些服務(wù)進(jìn)行查詢和訪問。通常認(rèn)為web服務(wù)體系結(jié)構(gòu)是由三種角色(服務(wù)提供者、服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)注冊(cè)中心)和三個(gè)操作(服務(wù)發(fā)布、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)綁定)構(gòu)成的。該體系結(jié)構(gòu)中三種角色的功能：服務(wù)提供者：它是服務(wù)的所有

54、者，發(fā)布自己的服務(wù)和接口到注冊(cè)中心，并且對(duì)使用自身服務(wù)的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)。服務(wù)請(qǐng)求者：它是一個(gè)應(yīng)用程序、一個(gè)軟件模塊或是男一個(gè)需要其它服務(wù)的服務(wù)。它向服務(wù)注冊(cè)中心提出服務(wù)請(qǐng)求，通過傳輸器綁定該服務(wù)，然后執(zhí)行該服務(wù)功能。服務(wù)消費(fèi)者通過接口調(diào)用該服務(wù)。服務(wù)注冊(cè)中心：它是可搜索的服務(wù)描述注冊(cè)中心，服務(wù)提供者在此發(fā)布他們的服務(wù)描述。在靜態(tài)綁定或動(dòng)態(tài)綁定執(zhí)行期間，服務(wù)請(qǐng)求者查找服務(wù)并獲得服務(wù)的綁定信息(在服務(wù)描述中)。為了利用web服務(wù)，必然會(huì)發(fā)生以下三個(gè)行為：發(fā)布服務(wù)描述、查詢或查找服務(wù)描述以及根據(jù)服務(wù)描述綁定或調(diào)用服務(wù)。這些行為可以單次或反復(fù)出現(xiàn)，這些操作具體為：發(fā)布(publish)：為了使服務(wù)可訪問

55、，需要服務(wù)提供者向服務(wù)注冊(cè)中心發(fā)布自己的功能和訪問接口，發(fā)布服務(wù)描述以使服務(wù)請(qǐng)求者可以查找它。查找(find)：在查找操作中，服務(wù)請(qǐng)求者直接搜索服務(wù)描述或者在服務(wù)注冊(cè)中心中查找所要求的服務(wù)類型。綁定(bind)和調(diào)用(invoke)：在檢索服務(wù)描述后，服務(wù)消費(fèi)者通過服務(wù)描述的信息來定位、聯(lián)系和調(diào)用服務(wù)。為支持結(jié)構(gòu)中的三種操作(publish，find和bind)，web service體系結(jié)構(gòu)需要對(duì)服務(wù)進(jìn)行一定的描述，這種服務(wù)描述應(yīng)具有下面幾個(gè)重要特點(diǎn)：首先，它要聲明服務(wù)提供者的語義特征。服務(wù)注冊(cè)中心使用語義特征將服務(wù)提供者進(jìn)行分類，以幫助具體服務(wù)的查找。服務(wù)請(qǐng)求者根據(jù)語義特征來匹配那些滿足要

56、求的服務(wù)提供者。其次，服務(wù)描述應(yīng)該聲明接口特征，以訪問特定的服務(wù)。最后，服務(wù)描述還應(yīng)聲明各種非功能特征，如安全要求，事務(wù)要求，使用服務(wù)的費(fèi)用等等。接口特征和非功能特征也可以用來幫助服務(wù)請(qǐng)求者對(duì)服務(wù)提供者的查找。web service體系結(jié)構(gòu)沒有對(duì)web service的粒度進(jìn)行限制，因此一個(gè)web service即可以是一個(gè)組件(小粒度)，該組件必須和其他組件結(jié)合才能進(jìn)行完整的業(yè)務(wù)處理；web service也可以是一個(gè)應(yīng)用程序(大粒度)。2.2.2 web服務(wù)核心技術(shù)web服務(wù)技術(shù)是在現(xiàn)有的web技術(shù)(如http)的基礎(chǔ)上，通過制定新的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)形成的。當(dāng)今web服務(wù)的主要協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)主要有s

57、oap、wsdl、uddi等21。 soap-service的調(diào)用方式soap(simple object access protocol，簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議)是一個(gè)基于xml的協(xié)議，用于在分散或分布式的環(huán)境中交換信息的簡(jiǎn)單的協(xié)議，它是web服務(wù)的核心。soap可以使用任何語言來完成，只要客戶端發(fā)送正確的soap請(qǐng)求。soap沒有對(duì)象模型，應(yīng)用程序可以捆綁在任何對(duì)象模型中。soap規(guī)范定義了soap消息的格式，以及怎樣通過哪協(xié)議來使用soap。soap消息分為請(qǐng)求消息和響應(yīng)消息。soap消息的結(jié)構(gòu)組成包括http標(biāo)題信息(http header)，soap綁定信息(soap binding)，s

58、oap信封(soap envelopo)，soap標(biāo)題信息(soap header)和soap內(nèi)容信息(soap body)。soap為xml數(shù)據(jù)交換提供了任何平臺(tái)、任何編程語言、任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、以及基于任何對(duì)象模型之上的中間件或應(yīng)用系統(tǒng)都支持的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制。soap實(shí)現(xiàn)了松散耦合的軟件開發(fā)，為應(yīng)用服務(wù)集成提供了有效的解決方案。soap有效地隱藏了前端和后端的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。用戶只需要了解soap消息的格式和內(nèi)容，而對(duì)底層實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)可以無需關(guān)心。web服務(wù)的實(shí)現(xiàn)可以是ejb系統(tǒng)，可以是com，也可以是cobra。同樣，服務(wù)提供者并不了解服務(wù)請(qǐng)求者的實(shí)現(xiàn)。服務(wù)請(qǐng)求者和提供者除了消息的格式和內(nèi)容外，都不了解或關(guān)心其它細(xì)節(jié)，從而使應(yīng)用服務(wù)的互操作簡(jiǎn)單化了。 wsdl-web service的描述方式wsdl(web service description language，web服務(wù)描述語言)，用來描述web服務(wù)的接口和web服務(wù)的交互。它為web服務(wù)提供者提供一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，描述申請(qǐng)的形式并響應(yīng)遠(yuǎn)程方法調(diào)用信息。wsdl用類型(types)、消息(mess