SSE表達式處理機制研究

全 立 新

(湖南財政經(jīng)濟學(xué)院信息管理系， 長沙 410205)

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SSE表達式處理機制研究

全 立 新

(湖南財政經(jīng)濟學(xué)院信息管理系， 長沙 410205)

摘要：語義Web服務(wù)搜索是語義Web服務(wù)應(yīng)用的核心技術(shù)之一。針對SSE表達式的運用，提出一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的語義Web服務(wù)存儲方法，給出SSE語義條件表達式的推理機制、表達式轉(zhuǎn)換規(guī)則和生成語義Web服務(wù)檢索方法。實踐證明該語義表達式處理機制在一定范圍內(nèi)是可行有效的，語義Web服務(wù)開發(fā)人員可以利用語義條件表達式快速、準(zhǔn)確地獲取語義Web服務(wù)資源。

關(guān)鍵詞：Web服務(wù)搜索； 推理； 關(guān)系數(shù)據(jù)庫； 轉(zhuǎn)換規(guī)則

語義Web服務(wù)[1]是通過對Web服務(wù)賦予語義信息來支持OOS的軟件開發(fā)和應(yīng)用[2-5]。其中，在語義Web服務(wù)搜索研究領(lǐng)域，如何利用本體技術(shù)應(yīng)用于語義Web服務(wù)的搜索，是一個非常重要且有意義的課題[6-8]。本次研究主要針對文獻[9]提出的搜索服務(wù)表達式、語義Web服務(wù)搜索的關(guān)鍵問題和核心技術(shù)進行深入討論。

1SSE表達式的處理過程

編寫搜索服務(wù)表達式的目的在于表達用戶對語義Web服務(wù)資源的需求。SSE表達式的處理過程是：首先，對SSE表達式進行良構(gòu)性檢查，獲得良構(gòu)的SSE表達式；然后，將良構(gòu)的SSE表達式通過轉(zhuǎn)換規(guī)則和推理轉(zhuǎn)換成描述邏輯的表達式；最后，通過映射規(guī)則，生成語義Web服務(wù)資源搜索的查詢語句(SQL語句)。處理過程如圖1所示。

圖1　SSE表達式的處理過程

2SSE表達式的推理過程

SSE表達式的推理包含了對概念、TBox、ABox的推理及對TBox & ABox的共同推理[10-12]。因SSE表達式中涉及的概念都來自領(lǐng)域本體的概念，故對概念和TBox的推理結(jié)果具有一致性。對ABox的推理可以歸結(jié)為實例檢查問題。對TBox & ABox的共同推理是在保證所有概念可滿足且所有概念間包含關(guān)系成立的基礎(chǔ)之上的，其推理結(jié)果給出的是個體是否滿足特定的關(guān)系。SSE表達式的推理主要包括服務(wù)屬性對象表達式Sexp的推理、本體對象表達式Oexp的推理、邏輯表達式Lexp的推理和SSE表達式整體推理等操作。

為方便說明，用p表示服務(wù)屬性表達式中指定的屬性，函數(shù)β(p)表示服務(wù)屬性所引用的本體概念，函數(shù)δ(p)表示服務(wù)屬性所引用的本體實例，c是本體中定義的概念，i是本體實例，設(shè)r為表達式的求值結(jié)果。

2.1服務(wù)屬性對象表達式Sexp的推理過程

根據(jù)語義運算符的分類，把服務(wù)屬性對象表達式又細分為語義擴展、語義收縮、語義等價、語義概念化和語義實例化等5種表達式。其中，語義擴展、語義收縮、語義等價的推理均為包含關(guān)系的推理，需要對服務(wù)屬性或子屬性對象引用的概念與TBox & ABox中的概念進行推理。語義概念化和語義實例化的推理均為實例檢測關(guān)系的推理，需要對服務(wù)屬性對象引用的概念與TBox & ABox中的概念進行推理。每種表達式的推理操作解釋見表1。

表1　語義Web服務(wù)屬性對象表達式推理操作解釋

2.2本體對象表達式Oexp的推理過程

根據(jù)本體對象表達式中本體運算符和操作數(shù)的不同，本體對象表達式的推理分為本體概念語義加、本體實例語義加、本體概念語義減和本體概念實例語義減等4種表達式。其中，前3種表達式的推理是包含關(guān)系的推理，需要將表達式中指定概念與TBox&ABox中的概念進行推理，本體概念實例語義減的推理是實例檢測關(guān)系的推理。每種表達式的推理操作解釋見表2。

表2　本體對象表達式的推理

2.3SSE混合表達式的推理過程

經(jīng)過對服務(wù)屬性對象表達式和本體對象表達式的推理操作后，對SSE表達式的整體推理主要是從全局上判斷語義條件表達式的各個組成成分合并后是否存在矛盾和錯誤。主要的推理操作包含可滿足關(guān)系的推理、包含關(guān)系的推理。

邏輯表達式的構(gòu)成元素為服務(wù)屬性對象表達式，不涉及具體的基于描述邏輯的推理操作。服務(wù)屬性對象表達式的推理已在前面進行了討論，邏輯表達式包含的語義信息的推理應(yīng)該從SSE表達式全局角度進行。

3SSE表達式的轉(zhuǎn)換規(guī)則

SSE表達式轉(zhuǎn)換的目標(biāo)就是按一定規(guī)則，將它轉(zhuǎn)換成符合描述邏輯語法規(guī)范的表達形式。轉(zhuǎn)換的最終目標(biāo)是通過描述邏輯表達式得到搜索具體的Web服務(wù)的匹配操作描述。

3.1SSE表達式組成成分的轉(zhuǎn)換規(guī)則

3.1.1服務(wù)屬性對象的轉(zhuǎn)換規(guī)則

把SSE表達式中的服務(wù)屬性語法成分轉(zhuǎn)換成描述邏輯中的對應(yīng)概念，語義關(guān)系轉(zhuǎn)換成描述邏輯中的關(guān)系，轉(zhuǎn)換規(guī)則見表3。

表3　服務(wù)屬性對象及關(guān)系轉(zhuǎn)換規(guī)則對照表

OWL-S模型中的概念沒有全部列出，轉(zhuǎn)換規(guī)則同上，即轉(zhuǎn)換成TBox中的對應(yīng)概念。

3.1.2本體對象的轉(zhuǎn)換規(guī)則

SSE表達式中引用的領(lǐng)域本體概念轉(zhuǎn)換成描述邏輯中對應(yīng)的概念，領(lǐng)域本體個體轉(zhuǎn)換成描述邏輯中對應(yīng)的實例。

3.1.3語義運算符的轉(zhuǎn)換規(guī)則

(1)語義擴展“》”、語義收縮“《”和語義等價“?”的轉(zhuǎn)換規(guī)則：將SSE表達式中的這3種語義運算符轉(zhuǎn)換成謂詞“∪”連接的描述邏輯中的TBox表達式，TBox項由運算符指定的本體概念或?qū)嵗?jīng)過推理后得到的本體概念(集)或?qū)嵗?集)確定。

(2) 語義概念化“◇”運算符轉(zhuǎn)換規(guī)則:SSE表達式中的語義概念化運算符將轉(zhuǎn)換成描述邏輯中的ABox中包含的表達式，表達式項由運算符二中指定的本體實例經(jīng)過推理后得到的本體概念(集)確定。

(3) 語義實例化“◆”運算符轉(zhuǎn)換規(guī)則:SSE表達式中的語義實例化運算符將轉(zhuǎn)換成描述邏輯中的TBox表達式，TBox項由實例化運算符指定的本體概念經(jīng)過推理后得到的本體實例或?qū)嵗_定。

3.1.4本體對象運算符的轉(zhuǎn)換規(guī)則

SSE表達式中的本體對象運算符(語義并“∪”，語義差“-”)將轉(zhuǎn)換成描述邏輯中對應(yīng)的概念，概念的值由本體對象運算符中指定的本體對象經(jīng)過推理后得到的本體對象(集)確定。

3.1.5邏輯運算符的轉(zhuǎn)換規(guī)則

SSE表達式中的邏輯運算符將轉(zhuǎn)換成描述邏輯中的對應(yīng)謂詞,即邏輯非“”轉(zhuǎn)換成“”，邏輯與“∧”轉(zhuǎn)換成“∩”，邏輯或“∨”轉(zhuǎn)換成“∪”。

3.2SSE表達式的轉(zhuǎn)換規(guī)則

3.2.1服務(wù)屬性對象表達式的轉(zhuǎn)換規(guī)則

根據(jù)語義運算符的轉(zhuǎn)換規(guī)則將服務(wù)屬性對象表達式項用描述邏輯的邏輯聯(lián)接詞替換，得到滿足描述邏輯語法規(guī)則的表述式形式，具體轉(zhuǎn)換規(guī)則如表4所示。

表4　服務(wù)屬性對象表達式的轉(zhuǎn)換規(guī)則

服務(wù)屬性表達式按表中規(guī)則轉(zhuǎn)換后不再進行分解，它也可作為邏輯表達式的組成項。

3.2.2本體對象表達式的轉(zhuǎn)換規(guī)則

本體對象表達式轉(zhuǎn)換后的結(jié)果是本體對象(集)或本體對象的實例集，具體轉(zhuǎn)換規(guī)則有4個。

(1)c=c1∪c2,iff{c|c∈C∧c1?C∧c2?C}。其中，C為本體中定義的概念集合，c為轉(zhuǎn)換結(jié)果?？梢哉J為本體對象表達式c1∪c2的轉(zhuǎn)換結(jié)果為:c1∪c2運算后能得到的本體概念c。

(2)c=i1∪i2,iff{c|c∈C∧i1?c{i1}∧i2?c{i2}}。其中，C為本體中定義的概念集合，c為轉(zhuǎn)換結(jié)果?？梢哉J為本體對象表達式i1∪i2的轉(zhuǎn)換結(jié)果為:i1∪i2運算后能得到的本體概念c。

(3)c=c1-c2,iff{c|c∈C∧c∈(c1∧c2)}。其中，C為本體中定義的概念集合，c為轉(zhuǎn)換結(jié)果?？梢哉J為本體對象表達式c1-c2的轉(zhuǎn)換結(jié)果為：c1-c2運算后能得到的本體概念c。

(4)i=c1-i1,iff{i|i∈I∧{i∈I|(c1{i}∧i1)}}。其中，I為本體中定義的實例集合，i為轉(zhuǎn)換結(jié)果。可以認為本體對象表達式c1-i1的轉(zhuǎn)換結(jié)果為：c1-i1運算后能得到的本體實例集。

3.2.3邏輯表達式的轉(zhuǎn)換規(guī)則

邏輯表達式轉(zhuǎn)換是將相應(yīng)的表達式項用描述邏輯的邏輯聯(lián)接詞進行聯(lián)接運算。具體規(guī)則見表5。

表5　邏輯表達式轉(zhuǎn)換規(guī)則

3.2.4SSE表達式的轉(zhuǎn)換示例

檢索所有服務(wù)分類為娛樂服務(wù)，但又不能是移動視頻的Web服務(wù)資源，其SSE表達式為：

語義解釋：查找Web服務(wù)資源中服務(wù)分類是“娛樂服務(wù)”概念或等價的概念；且娛樂服務(wù)概念的實例不是“優(yōu)酷視頻”所屬概念的所有Web服務(wù)資源。

將其轉(zhuǎn)換成描述邏輯表達式(稱為表達式1)為：

Root∩hasnnotation.( ServiceCategory∩ ontoRef.(《娛樂服務(wù))) ∩ hasAnnotation.( ServiceCategory∩ ontoRef.((移動視頻)))

通過推理得知，領(lǐng)域本體中概念“娛樂服務(wù)”的子概念有“移動視頻”、“移動游戲"和“移動視聽”等。因此，該SSE表達式轉(zhuǎn)換后的描述邏輯表達式(稱為表達式2)為：

Root ∩hasnnotation.(( ServiceCategory∩ontoRef.移動視頻) ∪ (ServiceCategory∩ontoRef.移動游戲) ∪(ServiceCategory∩ontoRef.移動視聽)) ∩ hasnnotation.( ServiceCategory∩ontoRef.((移動視頻)))。

4服務(wù)本體關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式的設(shè)計原則

用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲Web服務(wù)本體信息，利用數(shù)據(jù)庫函數(shù)、觸發(fā)器和查詢等功能實現(xiàn)推理和Web服務(wù)查詢。為了保證OWL-S的兼容性、服務(wù)查詢效率、Service本體的可擴展性和語義完整性等要求，給出一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的語義Web服務(wù)本體混合存儲模式。受限于篇幅，此處只給出主要的設(shè)計原則。

主要原則和思想有5點：(1) 設(shè)計的關(guān)系存儲模式與OWL-S模型兼容，即數(shù)據(jù)庫可導(dǎo)入導(dǎo)出OWL-S文件。(2) 本體元素分類要合理。除領(lǐng)域本體之外，把Web服務(wù)也看作是本體。它們主要描述的是類、屬性、實例和它們之間的關(guān)系。在設(shè)計存儲模式時將這些語義信息分開存儲，同時要保證在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中能夠清晰地體現(xiàn)本體的語義信息。(3) 能支持高效的語義Web服務(wù)查詢。存儲模式的主要任務(wù)之一就是查詢語義Web服務(wù)，故對語義Web服務(wù)實例單獨建表，對查詢頻率比較高的服務(wù)屬性以及關(guān)系單獨建表，查詢時表與表之間的連接盡量少。(4) 語義信息完整。存儲模式不僅要完整的存儲語義Web服務(wù)及相關(guān)領(lǐng)域本體的顯式語義，而且又要能存儲將本體推理得到的部分語義信息。如Web服務(wù)或領(lǐng)域概念之間的等價關(guān)系。概念的定義和推理要分離，要保證本體的推理效率比較高且語義信息完備。(5) 模式穩(wěn)定性強。設(shè)計的存儲模式不會隨著語義Web服務(wù)和領(lǐng)域本體規(guī)模的變化而變化。

5服務(wù)檢索操作的生成

按照轉(zhuǎn)換規(guī)則可以得到符合描述邏輯語法規(guī)范的表達形式(簡稱為DL-SSE)。首先定義DL-SSE的4條映射規(guī)則，然后再說明如何從DL-SSE生成具體的SQL語句。為了獲得語義條件表達式的具體服務(wù)搜索SQL語句，需定義如下4條映射規(guī)則：

規(guī)則1：DL-SSE中的“Root”表示對語義Web服務(wù)實例進行檢索操作結(jié)果集，不映射任何SQL語句。

規(guī)則2：DL-SSE中的關(guān)系“hasAnnotation” 表示對根據(jù)指定的語義Web服務(wù)屬性或?qū)傩缘淖訉傩詫ο髾z索語義Web服務(wù)實例。映射“SELECT * FROM View_Web_individual where 條件”語句。其中，“View_Web_individual”為語義Web服務(wù)實例視圖，“條件”部分由規(guī)則3給出。

規(guī)則3：DL-SSE中的“ontoRef”為指定關(guān)系“hasAnnotation”檢索的條件值，映射為規(guī)則2映射的 “Where子句”，即：Where 屬性對象名= ontoRef指定檢索條件值。映射為“where 屬性對象名in (select 屬性對象名 from 屬性對象關(guān)系名) ”。

規(guī)則4：DL-SSE中的“hasAnnotation”所屬的概念表達式的邏輯聯(lián)接詞或?qū)⑦M行SQL的并(union)運算，邏輯聯(lián)接詞與將進行SQL的交(intersect)運算，“ontoRef”指定值前如果有非運算符則對應(yīng)的SQL不等于運算符，如果沒有，則對應(yīng)的SQL等于運算符。

下面用實例闡述上述生成規(guī)則的應(yīng)用。為了體現(xiàn)檢索次數(shù)，對表達式2作等價展開得到表達式3：

Root∩hasnnotation.(( ServiceCategory∩ontoRef.移動視頻)∪ hasnnotation. (ServiceCategory∩ontoRef.移動游戲) ∪hasnnotation. (ServiceCategory ∩ontoRef.移動視聽) ∩hasnnotation.( ServiceCategory ∩ontoRef.((移動視頻)))

生成的SQL語句如下：

Select * from View_Web_individual where ServiceCategoryID in (select ServiceCategoryID from ServiceCategory where ServiceCategoryID = ′移動視頻′)

Union

Select * from View_Web_individual where ServiceCategoryID in (select ServiceCategoryID from ServiceCategory where ServiceCategoryID = ′移動游戲′)

Union

Select * from View_Web_individual where ServiceCategoryID in (select ServiceCategoryID from ServiceCategory where ServiceCategoryID = ′移動視聽′)

Intersect

Select * from View_Web_individual where ServiceCategoryID in (select ServiceCategoryID from ServiceCategory where ServiceCategoryID <>′移動視頻′)

其中，“View_Web_individual”為Web服務(wù)實例的SQL視圖名，“ServiceCategoryID”為“服務(wù)分類”概念編號，“ServiceCategory”為服務(wù)分類概念的關(guān)系表名。

6結(jié)語

以SSE表達式處理過程為主線，對其處理機制的各個環(huán)節(jié)進行了深入探討。實踐證明本次給出的表達式轉(zhuǎn)換規(guī)則得到的語義描述邏輯表達式進行優(yōu)化后，可進一步提高Web服務(wù)檢索效率。受限于文章篇幅，文中沒有對語義表達式進行良構(gòu)性檢查，基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的本體存儲推理等過程的具體實現(xiàn)細節(jié)需進行深入地討論。

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Research on Mechanism of the SSE Semantic Condition Expression

QUANLixin

(Department of Information Management, Hunan University of Finance and Economics, Changsha 410205, China)

Abstract:Semantic Web services search is one of the core technologies of semantic Web services application. In the process of SSE expression application, this paper puts forward a kind of storage method to semantic Web services based on relational database, reasoning mechanism of the SSE expression, expression transformation rules and the SQL statement to create semantic Web services. Practice has proved that the semantic condition expression processing mechanism presented in this paper is feasible and effective in a certain range and the semantic Web service developers can use semantic condition expression to obtain the semantic Web service resources quickly and accurately.

Key words:web services search; reasoning; relational database; transformation rules

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1980(2016)01-0072-05

中圖分類號：TP393

作者簡介：全立新(1969 — )，男，湖南花垣人, 碩士,副教授，研究方向為語義Web服務(wù)及應(yīng)用。

基金項目：湘科技計劃一般項目“動態(tài)電子商務(wù)環(huán)境下語義Web搜索的條件表達式研究”(2011FJ3119)；湘教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度一般資助課題“基于語義Web服務(wù)的教育資源云服務(wù)應(yīng)用研究”(XJK013BXX004)

收稿日期：2015-04-22