基于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源的本體建模及組織業(yè)務(wù)優(yōu)化

朱強(qiáng)生 朱曉娟 羅雨欣

摘要：該文研究了基于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源的本體建模方法，提出了從關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)出發(fā)，對(duì)組織業(yè)務(wù)進(jìn)行本體建模并優(yōu)化方法，以達(dá)到組織業(yè)務(wù)的本體建模、業(yè)務(wù)流程簡(jiǎn)化優(yōu)化的目的。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源；關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)；本體建模；組織業(yè)務(wù)；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）25-5822-03

Ontology Modeling and Organization of Business Optimization Based on Structured Data Source

ZHU Qiang-sheng1， ZHU Xiao-juan2 ， LUO Yu-xin1

（1.College of Information Engineering， Nanjing University of Finance and Economics， Nanjing 210046， China；2.College of Electronic & Photoelectric Technology，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094， China）

Abstract：This paper studies the ontology modeling method based on structured data source， puts forward ontology modeling and optimization method from the relation database， to achieve the business purpose of simplified optimization and ontology modeling .

Key words：structured data source； relational database； ontology modeling； organization of business； optimization

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和企業(yè)不斷壯大，現(xiàn)代企業(yè)的中心已經(jīng)從組織轉(zhuǎn)變到流程，對(duì)流程的分析優(yōu)化已經(jīng)成為主要問(wèn)題。傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)優(yōu)化大都采用人工優(yōu)化，需要對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的業(yè)務(wù)流程、組織結(jié)構(gòu)等信息進(jìn)行分析，且需要時(shí)刻了解當(dāng)前的業(yè)務(wù)流程，適時(shí)提出調(diào)整。國(guó)外的研究學(xué)者們提出企業(yè)業(yè)務(wù)流程重組（Business Process Reengineering，BPR）[1]，主要分為兩類，一類是在現(xiàn)有的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造；另一類是重新考慮業(yè)務(wù)，零起點(diǎn)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)。

本體，作為一種“共享概念模型的形式化規(guī)范說(shuō)明”，能夠很好的描述業(yè)務(wù)特征與業(yè)務(wù)之間的關(guān)系，及業(yè)務(wù)特征與業(yè)務(wù)特征之間的關(guān)系，已經(jīng)廣泛用于現(xiàn)代信息系統(tǒng)。目前，在許多領(lǐng)域中，本體的構(gòu)建大多為手工構(gòu)建。這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)還需要領(lǐng)域?qū)＜壹皶r(shí)參與。該文從企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)出發(fā)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)逆向工程，構(gòu)建企業(yè)組織業(yè)務(wù)的本體模型，通過(guò)分析模型其中的活動(dòng)、目標(biāo)、角色、信息資源等流程的基本要素，在確?；顒?dòng)都能實(shí)現(xiàn)的前提下，精簡(jiǎn)流程，提高效率。

2 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源的本體建模方法

本體的質(zhì)量決定了基于本體構(gòu)建的應(yīng)用的質(zhì)量，所以選擇合適的數(shù)據(jù)源并從其出發(fā)構(gòu)建高質(zhì)量的本體模型是很重要的[2]，當(dāng)前萬(wàn)維網(wǎng)上大量的數(shù)據(jù)資源主要就是以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的方式存儲(chǔ)[3]。在企業(yè)中，企業(yè)的人員、機(jī)構(gòu)等信息基本是存入數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)源（數(shù)據(jù)庫(kù)、XML文檔、Web表格等）的結(jié)構(gòu)化程度有所不同，但是均能夠構(gòu)建高質(zhì)量的本體模型。

通過(guò)已有的數(shù)據(jù)庫(kù)，我們可以獲取數(shù)據(jù)庫(kù)模式信息，根據(jù)設(shè)計(jì)好的映射規(guī)則，完成RDM到OWL本體的轉(zhuǎn)換[4]，示意圖如圖1。

圖1 RDM到OWL示意圖

2.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模型的抽取

目前，網(wǎng)絡(luò)上大量的數(shù)據(jù)仍然主要以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的方式存儲(chǔ)，其中，我們通過(guò)構(gòu)建關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模式和本體間映射來(lái)解決數(shù)據(jù)庫(kù)與本體之間的數(shù)據(jù)互操作性。該文使用Power Designer[5]這個(gè)工具，并通過(guò)使用其具有的數(shù)據(jù)庫(kù)逆向功能，來(lái)抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中的邏輯數(shù)據(jù)模型以及概念數(shù)據(jù)模型。

在軟件工程界，作為一個(gè)比較新興的領(lǐng)域，逆向工程已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。在本文中，我們使用的Power Designer是Sybase公司的CASE工具集，使用它可以方便的對(duì)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行分析，它幾乎包括了數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)的全過(guò)程?？梢詫⒛壳八辛餍械暮蠖藬?shù)據(jù)庫(kù)（包括Sybase、DB2、Oracle等）的結(jié)構(gòu)信息通過(guò)逆向工程加入到Power Designer的物理數(shù)據(jù)模型和概念數(shù)據(jù)模型中，包括表、索引、觸發(fā)器、視圖等。

2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的本體構(gòu)建規(guī)則

利用Power Designer的逆向工程特性，可以直接得到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯數(shù)據(jù)模型和概念數(shù)據(jù)模型，從而可以得到基本的E-R圖。根據(jù)我們定義的規(guī)則[6]，將我們通過(guò)逆向工程得到的概念數(shù)據(jù)模型中的各種關(guān)系模式可以映射到本體，得到OWL本體概念或關(guān)系。

關(guān)系數(shù)據(jù)模型中的規(guī)范關(guān)系，我們定義的主要映射規(guī)則如下。

R1：如果數(shù)據(jù)庫(kù)中有表T1，那么，我們將T1映射到OWL本體模型中，且本體模型中得到的映射類具有相同的名字。T1中的描述轉(zhuǎn)換為同名類的中說(shuō)明。

R2：如果數(shù)據(jù)庫(kù)中有兩個(gè)表T1，T2，且兩表之間具有“父子”關(guān)系（T2為T1孩子），那么，我們則將表T1、T2分別映射到OWL本體模型中，分別為作為父類和子類。

R3：如果數(shù)據(jù)庫(kù)中表T1存在字段A，且該字段不是外鍵，那么我們將該字段映射到OWL本體模型中，作為同名數(shù)據(jù)類型的屬性。其中，屬性的定義域和值域分別為數(shù)據(jù)庫(kù)中表T1對(duì)應(yīng)的類、字段A的數(shù)據(jù)類型，同時(shí)，字段A的描述對(duì)應(yīng)的映射為屬性的說(shuō)明。

R4：如果數(shù)據(jù)庫(kù)表T1存在字段A，且字段A為非空、非外鍵，那么對(duì)應(yīng)于該字段所的數(shù)據(jù)類型的屬性，其基數(shù)（cardinality）限制的值是“1”。

如果A的值可以為空，那么對(duì)應(yīng)于該字段所的數(shù)據(jù)類型的屬性，其基數(shù)限制（MaxCardinality）的值是“1”。

R5：如果數(shù)據(jù)庫(kù)表T1存在字段A不可以為空，且A為外鍵，那么對(duì)于該字段所對(duì)應(yīng)對(duì)象，其屬性的基數(shù)限制（MinCardinality）的值是“1”。

如果字段A的取值可以為空，那么對(duì)于該字段所對(duì)應(yīng)的對(duì)象，其屬性的基數(shù)限制（MinCardinality）的值是“0”。

R6：如果關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中有表T1，該表的主鍵為Aa 與Ab，且字段Aa與Ab 均為外鍵，Aa 與Ab分別是表Ta與Tb的主鍵，且該表僅包含主鍵字段，那么把字段Aa與Bb映射為同名對(duì)象的屬性，同時(shí)存在逆向的（inverse-of）關(guān)系。

2.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的本體構(gòu)建方法

1） 搜集現(xiàn)有的企業(yè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，或根據(jù)企業(yè)的需求關(guān)系創(chuàng)建自己的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。由于該數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)包含了企業(yè)中的各種關(guān)系和行業(yè)的信息，對(duì)于缺乏領(lǐng)域?qū)＜一蛘邔＜覅⑴c不足這樣的問(wèn)題，可以在一定程度上得到解決。

2） 使用Power Designer的逆向功能。從數(shù)據(jù)庫(kù)出發(fā)，我們將數(shù)據(jù)庫(kù)中的索引、表、視圖等各種關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的信息，通過(guò)使用Power Designer的逆向功能，生成物理數(shù)據(jù)模型（PDM）。通過(guò)分析物理數(shù)據(jù)模型，我們可以得出各個(gè)表的主鍵、外鍵關(guān)系，同時(shí)，刪除無(wú)用的狀態(tài)屬性、冗余表以及擴(kuò)展屬性等，然后對(duì)實(shí)體表進(jìn)行合并，獲得概念模型，最終獲得E-R模型。

3） 定義概念模型到OWL模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則。根據(jù)已定義的轉(zhuǎn)換規(guī)則，我們可以將概念模型中的各個(gè)表及其數(shù)據(jù)類型、表-表的關(guān)系、屬性等模式轉(zhuǎn)換為OWL本體中相對(duì)應(yīng)的模式。

4） 有效性的檢驗(yàn)。當(dāng)用OWL語(yǔ)言描述領(lǐng)域本體模型以后，我們需要評(píng)估和檢驗(yàn)來(lái)判斷創(chuàng)建的本體模型的有效性。

方法的流程圖如圖2所示。

3 基于本體的組織業(yè)務(wù)優(yōu)化方法

從企業(yè)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)出發(fā)，由概念模型到本體模型轉(zhuǎn)化，建立領(lǐng)域本體，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)概念或術(shù)語(yǔ)的一致性描述，得到的領(lǐng)域本體模型，該本體模型其反映了企業(yè)的組織關(guān)系及業(yè)務(wù)流程可視化的本體模型，可以直觀的反映組織業(yè)務(wù)流程，有利于刪除、簡(jiǎn)化、重排、合并組織業(yè)務(wù)，但對(duì)于結(jié)構(gòu)龐大、處理過(guò)程復(fù)雜的系統(tǒng)，很難全部人工來(lái)實(shí)現(xiàn)流程的優(yōu)化。我們從本體出發(fā)，采用U/C矩陣研究組織業(yè)務(wù)的優(yōu)化[7]。

3.1U/C矩陣

對(duì)于過(guò)程和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，我們可以用U/C矩陣來(lái)表達(dá)，其中，矩陣的行表示數(shù)據(jù)類，矩陣的列表示功能。在矩陣中，我們用大寫字母U（User）來(lái)表示數(shù)據(jù)的使用，字母C（Cerate）來(lái)表示數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。U/C矩陣作為一種重要的工具，在管理信息系統(tǒng)（MIS）開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)分析階段得到了重要的應(yīng)用。U/C矩陣的形式是一張表格，我們可以存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣我們可以通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，來(lái)對(duì)其進(jìn)行操作，分析其正確性。同時(shí)，可以利用分析的結(jié)果，對(duì)U/C矩陣進(jìn)行子系統(tǒng)的劃分。

3.2 利用U/C矩陣研究組織業(yè)務(wù)優(yōu)化

1） 根據(jù)企業(yè)信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，繪制業(yè)務(wù)流程圖，明確業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流向。同時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)流向，確定關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)E-R模型中各個(gè)實(shí)體之間的數(shù)據(jù)流向，明確時(shí)序。

2） 由E-R模型到本體模型的轉(zhuǎn)換。

3） 結(jié)合數(shù)據(jù)流程圖和數(shù)據(jù)流圖，建立U/C表，檢驗(yàn)U/C矩陣的正確性。我們可以從三個(gè)方面來(lái)檢驗(yàn)U/C矩陣的正確性：完備性、一致性、無(wú)冗余性。通過(guò)這三個(gè)方面的檢驗(yàn)，我們可以整理U/C矩陣，對(duì)矩陣中行或列的進(jìn)行移動(dòng)，使字母“C”盡可能的靠近矩陣對(duì)角線，這樣我們得到一個(gè)新的矩陣排列。

4） 根據(jù)得到的新U/C矩陣，劃分子系統(tǒng)。

5） 生成通過(guò)U/C矩陣優(yōu)化后的模型，生成新的本體。

3.3結(jié)論

1） 對(duì)根據(jù)企業(yè)流程所建立的U/C矩陣，可以對(duì)矩陣進(jìn)行正確性檢驗(yàn)和分析。通過(guò)檢驗(yàn)和分析，其前段調(diào)查工作和分析工作中各種疏漏和冗余，可以及時(shí)的被我們發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而分析出新的改革方案。

2） 通過(guò)對(duì)U/C矩陣的求解過(guò)程，獲得子系統(tǒng)的劃分。這樣，可以降低業(yè)務(wù)流程的耦合性。

3） 子系統(tǒng)劃分完成后，由于各個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)產(chǎn)生和使用相對(duì)獨(dú)立，我們可以根據(jù)這個(gè)劃分結(jié)果，對(duì)目前組織機(jī)構(gòu)的設(shè)置、業(yè)務(wù)流程的規(guī)劃進(jìn)行評(píng)價(jià)。這樣，我們可以改進(jìn)組織機(jī)構(gòu)設(shè)置、完善精簡(jiǎn)業(yè)務(wù)流程，進(jìn)而提高企業(yè)的管理質(zhì)量，降低企業(yè)成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源到本體模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種形式化對(duì)應(yīng)關(guān)系包括數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)模型與本體概念框架模型之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。給出了一個(gè)從概念數(shù)據(jù)模型到OWL本體模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則，給出了一種基于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源的本體建模方法。最后，利用U/C矩陣的相關(guān)特性，研究了組織業(yè)務(wù)優(yōu)化的方法。

本文僅對(duì)基于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源的本體建模問(wèn)題進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)利用U/C矩陣來(lái)進(jìn)行組織業(yè)務(wù)優(yōu)化的問(wèn)題進(jìn)行了探索，設(shè)計(jì)完善的轉(zhuǎn)換規(guī)則和更好組織業(yè)務(wù)優(yōu)化方法等工作需要進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] Hamer M， Champy J.Reengineering the Corporation： A Manifesto for Business Revolution[M].New York：Nicholas Brealey，1993：113-115.

[2] CHANG K C，HE Bin LI Cheng-kai，et al.Structured databases on the Web：observations and implications [J].ACM SIGMOD Record，2004，33（3）：61-70.

[3] 車成逸，馬宗民，焦曉龍.基于結(jié)構(gòu)化信息源的本體構(gòu)建方法綜述[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2012（7）.

[4] 余霞，劉強(qiáng)，葉丹.基于規(guī)則的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)到本體的轉(zhuǎn)換方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2008，25（3）：767-770，785.

[5] 顧平.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具Power Designer的研究與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2004，11（12）.

[6] 杜冬霞，謝紅薇，劉暢.基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)急預(yù)案領(lǐng)域本體構(gòu)建研究[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，31（1）.

[7] 張建.U/C矩陣在信息系統(tǒng)功能劃分中的優(yōu)化與研究[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，25（1）.