非形式化下適用于醫(yī)學構(gòu)件庫管理的模型設計

戴海偉張亞琦

非形式化下適用于醫(yī)學構(gòu)件庫管理的模型設計

戴海偉①張亞琦②

為滿足醫(yī)學構(gòu)件庫管理的要求，需要在傳統(tǒng)的構(gòu)件模型中增加分類及檢索類屬性，從用戶對醫(yī)學構(gòu)件庫的常用操作出發(fā)，采用多種非形式化方法對構(gòu)件庫進行結(jié)構(gòu)化分析和建模，提出了一種能夠滿足醫(yī)學用戶對構(gòu)件庫多種操作需求的構(gòu)件模型。

醫(yī)學構(gòu)件庫；構(gòu)件模型；框架；人工智能

基于構(gòu)件的軟件開發(fā)經(jīng)實踐證明已成為現(xiàn)代軟件工程的必然趨勢，構(gòu)件庫則成為基于構(gòu)件復用的大規(guī)模軟件開發(fā)的基礎設施[1]。用戶通過構(gòu)件庫管理系統(tǒng)可方便地檢索、辨別、下載軟構(gòu)件并組裝成應用系統(tǒng)；或利用構(gòu)件提供的二次開發(fā)接口進行新的軟件開發(fā)。利用已有的構(gòu)件資源可大大提高軟件生產(chǎn)率，也為系統(tǒng)的維護與修改帶來方便。要建立優(yōu)秀的構(gòu)件庫，構(gòu)建合適的構(gòu)件模型是第一步。因為醫(yī)學軟件工程開發(fā)的復雜性，所以本文采用非形式化方法對構(gòu)件庫進行建模，在此基礎上提出適用于醫(yī)學構(gòu)件庫管理系統(tǒng)的構(gòu)件模型，并分析其可用性[2]。

1 典型構(gòu)件模型簡介與分析

構(gòu)件模型是構(gòu)件本質(zhì)特征及構(gòu)件間關系的抽象描述。它規(guī)定了構(gòu)件接口的定義、構(gòu)件與構(gòu)件之間的交互機制及構(gòu)件的運行管理屬性；構(gòu)件模型通常還提供創(chuàng)建和實現(xiàn)構(gòu)件的指導原則。依據(jù)用戶對構(gòu)件的信息需求差異及構(gòu)件模型不同的應用場景，可分為三種典型模型。

1.1 構(gòu)件基本及分類屬性模型

基本及分類屬性模型試圖以一種綜合、宏觀的方式來描述構(gòu)件，使得構(gòu)件易于被用戶所理解或辨別，易于在庫中被有效高效地分類、存儲和檢索。著名的REBOOT(Reuse Based Object-Oriented Techniques)模型就是其中之一[3]，它通過刻面的方法從各個角度刻劃軟構(gòu)件屬性，來實現(xiàn)對構(gòu)件的分類和檢索，如該構(gòu)件所提供的操作、操作對象以及與其它構(gòu)件間的關系等。

1.2 構(gòu)件聯(lián)系及配合屬性模型

構(gòu)件聯(lián)系及配合屬性模型主要從構(gòu)件交互的角度出發(fā)，重點描述構(gòu)件的規(guī)約與組裝方法。著名的3C模型就是用來刻畫構(gòu)件規(guī)約和組裝的，它從概念、內(nèi)容、語境三個部分來描述構(gòu)件，通過抽象描述給出構(gòu)件的內(nèi)部屬性；通過接口描述及操作語義描述刻畫構(gòu)件的功能；通過顯式定義描述軟構(gòu)件相互之間接口和語義關系、構(gòu)件之間的運行及依賴關系，給出軟構(gòu)件的外部屬性。

1.3 構(gòu)件的實現(xiàn)模型

構(gòu)件的實現(xiàn)模型用于幫助人們決定如何用某種程序設計語言或以某種可執(zhí)行單元的形式來實現(xiàn)構(gòu)件。有代表性的實現(xiàn)級工業(yè)標準構(gòu)件模型有CORBA、DCOM／COM和Enterpise JavaBean，三種模型各具特色，形成構(gòu)成競爭與互操作并存的格局。

1.4 典型構(gòu)件模型分析

3C和REBOOT是兩個通用軟構(gòu)件抽象描述模型，它們?yōu)檐洏?gòu)件描述提供了一個抽象模板，沒有給出特定應用領域中的軟構(gòu)件的特定屬性；實際的工業(yè)或醫(yī)學構(gòu)件模型則側(cè)重于滿足用戶開發(fā)和使用需求，缺乏對構(gòu)件語義的深入支持；現(xiàn)有的構(gòu)件模型多從用戶使用角度設計，缺少對構(gòu)件庫管理系統(tǒng)的滿足。

2 構(gòu)件庫管理系統(tǒng)構(gòu)件模型的分析

典型的構(gòu)件庫管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，需滿足用戶入庫、學習、檢索、演化、組裝和構(gòu)件運行維護管理等需求[4]。由此出發(fā)，按層次分析構(gòu)件模型屬性。

圖1 典型構(gòu)件庫管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 支持用戶入庫、學習操作的構(gòu)件屬性

對于封裝好的可執(zhí)行級別構(gòu)件，用戶使用時必須明確構(gòu)件的基本屬性特征，以及要使用構(gòu)件時需與之配合使用，構(gòu)件模型中應該具有下列基本特性：

2.1.1 構(gòu)件標識（ID）: 構(gòu)件唯一標識，字母數(shù)字組合；

2.1.2 構(gòu)件名稱（NAME）: 構(gòu)件中文名稱；

2.1.3 功能描述（FUNCTION）: 構(gòu)件中文描述；2.1.4 制作者（PRODUCER）: 構(gòu)件的制作單位名稱；

2.1.5 制作時間（FUNCTION）: 構(gòu)件的制作時間；

2.1.6 版本號（VERSION）: 構(gòu)件版本號；

2.1.7 適用操作系統(tǒng)（OPERATION-SYSTEM）: 構(gòu)件運行的操作系統(tǒng)；

2.1.8 構(gòu)件規(guī)模（SIZE）: 用構(gòu)件代碼行數(shù)量表示。

2.2 支持醫(yī)學用戶檢索的構(gòu)件庫模型及構(gòu)件屬性

2.2.1 醫(yī)學構(gòu)件庫建模分析

采用人工智能的知識表示方法對于醫(yī)學構(gòu)件庫進行分面刻畫[5]。這里借用語義網(wǎng)絡表示方法，以節(jié)點表示軟構(gòu)件，連線表示節(jié)點間的關系，生成構(gòu)件庫語義網(wǎng)絡拓撲圖，采用環(huán)形顯示方式，如圖2所示。

圖2 醫(yī)學構(gòu)件庫拓撲圖

框架表示法是一種結(jié)構(gòu)化的知識表示方法，框架是一種集事物各方面屬性的描述為一體，并反映相關事物間各種關系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。規(guī)則是已知的最好知識表示機制，關鍵詞則為檢索與分類提供必要條件。在構(gòu)件庫全集的語義網(wǎng)中，將構(gòu)件依照某種共同特征(分面)進行組織與劃分為以規(guī)則和關鍵詞為標識的框架。

例如建立如下規(guī)則組：

規(guī)則1：該類構(gòu)件用于構(gòu)建系統(tǒng)運行的基本軟件環(huán)境，覆蓋從構(gòu)件提交、組裝、部署、更新的全過程中使用的醫(yī)學工具構(gòu)件。關鍵詞：封裝、提交、組裝、部署、構(gòu)架、集成等。

規(guī)則2：該類構(gòu)件用于醫(yī)學用戶的日常辦公，包括撰寫格式化文書、作業(yè)和發(fā)送接收郵件等。關鍵詞：文書、作業(yè)、擬制、標繪、傳送、流轉(zhuǎn)、通信錄等。

規(guī)則3：該類構(gòu)件為醫(yī)學系統(tǒng)提供適用于不同格式、大小、實效性要求的文件的各類傳輸服務。關鍵詞：長報文、短報文、斷點續(xù)傳、視頻、實時等。

規(guī)則4：該類構(gòu)件提供醫(yī)學領域內(nèi)的專用功能。

依據(jù)以上規(guī)則及關鍵詞對構(gòu)件進行分類，可得到如圖3所示構(gòu)件庫的框架視圖。不同的規(guī)則組可對應不同的構(gòu)件庫框架視圖。

圖3 醫(yī)學構(gòu)件庫的框架視圖

一個框架內(nèi)部由若干個被稱作“槽”的結(jié)構(gòu)組成，每個槽又可被劃分為多個側(cè)面。框架的一般表示形式如下：

{框架名}

槽名1 側(cè)面名1 值1，值2，值3 ……

側(cè)面名2 值1，值2，值3 ……

……

槽名2 側(cè)面名1 值1，值2，值3 ……

側(cè)面名2 值1，值2，值3 ……

……

每個框架中的槽值可以是另一個框架的名字；同一級框架間也可能存在相互關系,因此形成了框架網(wǎng)絡。例如：

框架名：{構(gòu)件基礎環(huán)境框架}

構(gòu)件封裝類：

構(gòu)件打包： COMNPACK(構(gòu)件標識)構(gòu)件幫助制作： HELPMAKE(構(gòu)件標識)構(gòu)件交互類：

消息隊列服務： MESSAGESVR(構(gòu)件標識)

通知、公告類服務：ALERT、BULLETIN(構(gòu)件標識)

構(gòu)件組裝類：

應用系統(tǒng)組裝： ASSEMBLEAP(構(gòu)件標識)

2.2.2 適用于醫(yī)學構(gòu)件庫的構(gòu)件屬性

為適應以上構(gòu)件庫模型需要，對醫(yī)學構(gòu)件分類屬性模型擴充如下：

（1）關鍵詞（KEYWORD）：用于檢索和分類

（2）應用范圍（SCOPE）：共用服務；醫(yī)學領域內(nèi)通用；醫(yī)學專業(yè)軟件。

（3）構(gòu)件類別（TYPE）：客戶端構(gòu)件；服務類構(gòu)件；醫(yī)學數(shù)據(jù)庫；醫(yī)學應用系統(tǒng)。

（4）功能類別（CATEGORY）：文書處理；傳輸；圖形顯示。

（5）其它規(guī)則對應屬性類別（OTHERS）。2.3 支持醫(yī)學構(gòu)件演化的構(gòu)件屬性

使用方式（U S A G E）：是否提供可二次開發(fā)接口，若有則展開二次開發(fā)接口列表（INTERFACELIST）

（1）INTERFACE1：接口名稱；接口功能說明。

（2）INTERFACE2：……

2.4 支持醫(yī)學構(gòu)件組裝的構(gòu)件聯(lián)系屬性

（1）父子屬性（CHILD-FATHER：有A，才有B；沒有A，必無B）：父親構(gòu)件的標識。

（2）本機強依賴（HOST-HARDDEPEND：該構(gòu)件安裝或運行的本機環(huán)境必須依托另一構(gòu)件的運行）：本機強依賴的構(gòu)件的標識。

（3）本機弱依賴（HOST-WEEKDEPEND：該構(gòu)件運行的本機環(huán)境若存在某一構(gòu)件則具有某項功能；若不存在則該項功能缺失）：本機弱依賴的構(gòu)件的標識。

（4）網(wǎng)絡強依賴（NET-HARDDEPEND：該構(gòu)件安裝或運行必須依托分布式環(huán)境下另一構(gòu)件的運行）：網(wǎng)絡強依賴的構(gòu)件的標識。

（5）網(wǎng)絡弱依賴（NET-WEEKDEPEND：該構(gòu)件運行的分布式環(huán)境中若存在另一構(gòu)件則具有某項功能；若不存在則該項功能缺失）：網(wǎng)絡弱依賴的構(gòu)件的標識。

（6）安裝沖突（SETUP-CONFLICT：若本機已安裝另一構(gòu)件，則該構(gòu)件無法安裝）：安裝沖突的構(gòu)件標識。

（7）運行沖突（RUN-CONFLICT：若本機已運行另一構(gòu)件，則該構(gòu)件無法同時運行）：運行沖突的構(gòu)件標識。

2.5 支持醫(yī)學構(gòu)件運行管理的構(gòu)件管理屬性

（1）構(gòu)件使用協(xié)議種類（PROTOCOL）；

（2）構(gòu)件使用端口號（PORT）；

（3）安裝后加載服務名稱（SERVICESNAME）；

（4）運行后的日志路徑（LOG-PATH）；

（5）構(gòu)件運行時對機器資源占用級別（OCCUPANCY）：高、中、低。

3 醫(yī)學構(gòu)件模型的應用

3.1 基于構(gòu)件的語義檢索

在用戶對所需醫(yī)學構(gòu)件功能名稱較清楚的情況下，可直接輸入關鍵詞進行檢索，通過模糊查找可定位到相關醫(yī)學構(gòu)件集；當用戶對構(gòu)件功能并不明晰時，可從醫(yī)學構(gòu)件庫的框架劃分出發(fā)，逐步縮小檢索范圍，結(jié)合框架內(nèi)部槽值進行檢索或瀏覽，選取醫(yī)學構(gòu)件。

3.2 基于聯(lián)系的組裝和演化

用戶在選定某一構(gòu)件后，通過構(gòu)件的聯(lián)系屬性自動關聯(lián)獲取與之相關的強、弱依賴構(gòu)件，通過組裝工具組裝成為醫(yī)學應用系統(tǒng)，并自動對系統(tǒng)進行內(nèi)部構(gòu)件的沖突性檢測，保證組裝系統(tǒng)的可部署、可運行。同樣，用戶也可通過定位到具有二次開發(fā)接口的醫(yī)學構(gòu)件框架，在醫(yī)學構(gòu)件上進行演化。

4 結(jié)論

文章總結(jié)的醫(yī)學構(gòu)件描述內(nèi)容大部分已在實踐中得到認可，能夠滿足醫(yī)學構(gòu)件庫管理系統(tǒng)的需求。但從系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)角度來講，該模型有待豐盈。例如考慮系統(tǒng)可靠性保證因素，構(gòu)件的關鍵度、復用度及復雜度等參數(shù)屬性未能在上述模型中涉及，可作為下一步研究方向。

[1]李基鴻.基于可復用構(gòu)件的軟件復用技術[J].山西煤炭管理干部學院學報，2004,17(3):109-110.

[2]張秋余,張冬冬,翟志萬.特定領域軟件復用技術的研究與應用[J].計算機工程與應用，2004(12):213-216.

[3]Hafedh M.Reused-base Software Engineering-Techniques Organization, and Controls[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[4]邊小凡,朱建林,王倩.形式化方法對構(gòu)件庫管理系統(tǒng)支持的探討[J].電子技術應用, 2006，32(4):22-25.

[5]徐正權,駱婷.異質(zhì)可復用軟構(gòu)件屬性模型[J].計算機應用研究，2000,17(3):48-51.

Design of component model for management of medical component library by informal means

Dai Haiwei, Zhang Yaqi

To meet the needs for management of medical component, we need to add some attributes to traditional component model for classification and searches. The paper starts with the users’ common operations, adopts several informal means to analyze and modeling component warehouse into framework. Finally, we put forward a component model to meet the needs of the users.

Medical component library; Component model; Framework; Artificial intelligence

1672-8270(2010)01-0004-04

TH 772

B

戴海偉,女,(1964- ),大學本科學歷，畢業(yè)于北京大學分校應用數(shù)學系數(shù)理統(tǒng)計與軟件專業(yè)，高級工程師。現(xiàn)就職于中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院設備處，從事計算機軟件開發(fā)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。

2009-11-15

①中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院設備處 北京 100021

②中國電子設備系統(tǒng)工程公司研究所軟件中心 北京 100141

China Medical Equipment, 2010,7(1):04-07.

[First-author's address]Tumor Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100021, China.