一種基于描述邏輯的語(yǔ)義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法

全立新

(湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息管理系，長(zhǎng)沙 410205)

語(yǔ)義Web服務(wù)是語(yǔ)義Web與Web服務(wù)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。通過本體對(duì)Web服務(wù)進(jìn)行描述，提供更多的語(yǔ)義信息［［1-3］，從而使計(jì)算機(jī)理解并自動(dòng)智能地去發(fā)現(xiàn) Web服務(wù)，或調(diào)用和組合［4-5］。當(dāng)前，語(yǔ)義Web服務(wù)語(yǔ)義搜索技術(shù)是語(yǔ)義Web服務(wù)的研究熱點(diǎn)之一［6-8］，關(guān)注Web服務(wù)的功能匹配問題是研究的重點(diǎn)內(nèi)容。兩大類研究方法中，第一類研究方法是通過構(gòu)建領(lǐng)域本體模型，將服務(wù)匹配問題轉(zhuǎn)換為領(lǐng)域本體概念之間的相似度計(jì)算問題，或者轉(zhuǎn)換為領(lǐng)域本體概念匹配程度的計(jì)算問題。此類方法能夠給出原先子服務(wù)與目標(biāo)服務(wù)之間的匹配程序，查準(zhǔn)率和查全率較高，但搜索效率較低。另一類方法是用特定的邏輯語(yǔ)言描述搜索需求，然后利用邏輯推理機(jī)的推理功能來獲取與目標(biāo)服務(wù)相匹配的服務(wù)。通過這類方法可以得到與目標(biāo)服務(wù)相匹配的單個(gè)或多個(gè)服務(wù)，搜索效率較低，往往需要結(jié)合人工智能來提高搜索效率［9-11］。

目前大部分服務(wù)搜索技術(shù)都需要構(gòu)建自身Web服務(wù)本體模型，利用本體匹配或推理機(jī)實(shí)現(xiàn)服務(wù)搜索。但是這類方法在運(yùn)用時(shí)需要構(gòu)建自身的Web服務(wù)本體模型，工作量巨大，存在兼容性和應(yīng)用范圍的局限性問題。本次研究將在owl-s給出的語(yǔ)義Web服務(wù)模型基礎(chǔ)之上［12］，重點(diǎn)探討利用描述邏輯構(gòu)造簡(jiǎn)單表達(dá)式來表達(dá)用戶搜索需求的方法。

1 語(yǔ)義Web服務(wù)描述模型OWL-S

OWL-S是W3C官方指定的描述WEB服務(wù)本體語(yǔ)言。在OWL-S中，描述Web服務(wù)的信息主要分為3個(gè)頂層本體:Service Profile、Service Model和Service Grounding［12］。它們分別描述了“這個(gè)服務(wù)是做什么的”“服務(wù)是怎么做的”和“怎樣訪問服務(wù)”3個(gè)方面的語(yǔ)義。service類是對(duì)一個(gè)聲明了的Web服務(wù)的結(jié)構(gòu)化引用點(diǎn)，每個(gè)service實(shí)例將對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)布的服務(wù)，而 presents、describedby和 supports作為service類的屬性，分別將值域映射到service profile、service model和service grounding本體中，如圖1所示。

圖1 OWL-S模型的頂層本體

1.1 service profile本體

service profile描述一個(gè)服務(wù)的功能信息、基本信息、QoS信息等，包括服務(wù)的輸入輸出、執(zhí)行的前置條件與執(zhí)行后產(chǎn)生的后果等等，用于判斷服務(wù)是否滿足服務(wù)請(qǐng)求者的需求。

(1)服務(wù)功能信息。profile本體通過has input、has output、has preocondition、has effet等屬性來描述服務(wù)的IOPE。

(2)服務(wù)基本信息。profile本體通過 service name、is presented by、text description 等屬性描述服務(wù)名、服務(wù)提供者和服務(wù)的功能等信息。

(3)服務(wù)非功能信息。profile本體可以通過一些屬性描述服務(wù)非功能性信息，如service category屬性可以用來描述服務(wù)的質(zhì)量等級(jí)與分類。

1.2 service model本體

service model主要是服務(wù)提供者用來描述服務(wù)的內(nèi)部流程。一個(gè)服務(wù)通常被稱之為一個(gè)過程(process)，process作為service model的子類，詳細(xì)描述了服務(wù)的工作過程和工作細(xì)節(jié)。通過該信息可以使用戶了解服務(wù)內(nèi)部是如何執(zhí)行的，加深對(duì)服務(wù)的理解，從而確定服務(wù)是否真能滿足其需求。process主要分為3種類型:原子過程、簡(jiǎn)單過程和組合過程。

1.3 service grounding 本體

service profile和service model都是關(guān)于服務(wù)的抽象描述，而service grounding是涉及到服務(wù)的具體規(guī)范。它描述服務(wù)是如何被訪問的，即需要指定服務(wù)訪問的協(xié)議、消息格式、端口等。OWL-S中沒有定義語(yǔ)法成分來描述具體的消息，它利用WSDL規(guī)范。

2 搜索服務(wù)表達(dá)式的定義

搜索服務(wù)表達(dá)式用于表達(dá)用戶對(duì)所需語(yǔ)義Web服務(wù)資源的需求描述。

定義 (搜索服務(wù)表達(dá)式)搜索服務(wù)表達(dá)式(SSE)是一個(gè) 3 元組:SSE=(C，OP，Exp)，其中:C表示常量集合;OP表示運(yùn)算符集合;Exp是表達(dá)式集合。

2.1 搜索服務(wù)表達(dá)式組成元素

(1)C常量集合。將本體的子類集、本體實(shí)例集、本體屬性對(duì)象集中的元素均視為常量。用c表示本體概念集合中的元素，如c1，c2，…;用i表示本體實(shí)例集合中的元素，如i1，i2，…;p表示W(wǎng)eb服務(wù)屬性對(duì)象集合中的元素，如p1，p2，…等均視為常量。

(2)OP運(yùn)算符。表1所示為OP運(yùn)算符，定義了各運(yùn)算符的名稱和符號(hào)。

(3)Exp表達(dá)式。這里Exp指:Exp::= ＜Oexp＞|＜Sexp＞ |＜Lexp＞，其中，Oexp是由本體概念或?qū)嵗c本體運(yùn)算符組成的表達(dá)式;Sexp是由本體屬性、語(yǔ)義運(yùn)算符和本體對(duì)象表達(dá)式構(gòu)成;Lexp是指由Sexp和邏輯運(yùn)算符組成的表達(dá)式。

表1 OP運(yùn)算符

2.2 搜索服務(wù)表達(dá)式語(yǔ)法

搜索服務(wù)表達(dá)式是由常量和運(yùn)算符組合而成的有機(jī)式子，其語(yǔ)法規(guī)則分別如下說明。

由本體運(yùn)算符組成的基本表達(dá)式Oexp:

由語(yǔ)義運(yùn)算符組成的基本表達(dá)式Sexp:

由邏輯運(yùn)算符組成的表達(dá)式Lexp:

下面運(yùn)用巴科斯范式，給出搜索服務(wù)表達(dá)式的定義:

本體其他屬性名

為了說明操作符的含意，以“移動(dòng)電子商務(wù)業(yè)務(wù)本體”文件為例(為方便閱讀，概念或?qū)傩悦弥形?，來解釋語(yǔ)義運(yùn)算符的操作。圖2給出了“移動(dòng)電子商務(wù)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)”本體的部分概念和實(shí)例之間的關(guān)系。表2給出了相關(guān)語(yǔ)義運(yùn)算符操作示例和語(yǔ)義。

圖2 移動(dòng)電子商務(wù)本體概念業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)局部示意圖

表2 語(yǔ)義運(yùn)算符操作語(yǔ)義

2.3 搜索服務(wù)表達(dá)式操作語(yǔ)義

搜索服務(wù)表達(dá)式的操作語(yǔ)義是指搜索服務(wù)表達(dá)式執(zhí)行時(shí)的動(dòng)作。設(shè)函數(shù)β(p)的含義為OWL-S模型中所引用的本體概念，函數(shù)δ(p)的含義為OWL-S模型中所引用的本體實(shí)例，O為OWL-S中本體集，p是OWL-S中本體屬性，c是OWL-S中定義的概念，i為實(shí)例，則有:β(p)=c，c∈O，δ(p)=i，i∈O 。

對(duì)于Oexp和Lexp操作語(yǔ)義的說明如下:

(6)c1c2?{x|x∈cc1?x，c2?(x}，即求值后所得到的本體概念，包含了c1和c2;

(7)i1i2?{x|x∈cx i1xi2}，即求值后所得到的本體概念，是實(shí)例i1和i2同屬的概念;

(8)c1-c2?{x|x∈cx?c1c2}，即求值后所得到的所有本體概念，包含c1不包含c2;

(9)c1-i2?{x|x∈ic1ic2}即求值后所得到的所有本體實(shí)例，其所屬概念為c1，但i1除外。

3 搜索服務(wù)表達(dá)式的良構(gòu)性

搜索服務(wù)表達(dá)式的良構(gòu)性是指該表達(dá)式中包含的語(yǔ)義信息一致且表達(dá)式結(jié)構(gòu)完整性良好。對(duì)搜索服務(wù)表達(dá)式的語(yǔ)義一致性檢查指對(duì)搜索服務(wù)表達(dá)式中包含的，通過本體定義賦予的語(yǔ)義信息元素進(jìn)行的檢查，是否存在包含的語(yǔ)義信息矛盾的表達(dá)形式。這種檢查往往要通過對(duì)語(yǔ)義推理后方可得到結(jié)論，本文在此不作討論。下面重點(diǎn)討論搜索服務(wù)表達(dá)式結(jié)構(gòu)完整性檢查。

3.1 搜索服務(wù)表達(dá)式有效性檢查規(guī)則

搜索服務(wù)表達(dá)式有效性檢查規(guī)則如下:

(1)語(yǔ)義運(yùn)算符的操作數(shù)只能是本體或?qū)嵗?，及或者是語(yǔ)義運(yùn)算符構(gòu)成的表達(dá)式的組合;

(2)表達(dá)式中涉及到的本體或?qū)嵗仨毷嵌x在特定領(lǐng)域本體內(nèi)的本體概念或?qū)嵗?

(3)由語(yǔ)義運(yùn)算符構(gòu)成的表達(dá)式只能通過邏輯運(yùn)算符連接;

(4)本體運(yùn)算符的操作數(shù)只能是本體或?qū)嵗虮倔w運(yùn)算符構(gòu)成的表達(dá)式的組合;

(5)邏輯運(yùn)算符的操作數(shù)必須是service屬性或子屬性對(duì)象表達(dá)式或者是邏輯表達(dá)式;

(6)概念差運(yùn)算符的第一操作數(shù)必須是本體，且第二操作數(shù)必須是本體概念或本體實(shí)例與表達(dá)式;

(7)概念差運(yùn)算符的操作數(shù)不能同時(shí)是本體實(shí)例，且第一操作數(shù)不能是本體實(shí)例。

3.2 搜索服務(wù)表達(dá)式的語(yǔ)法檢查算法

搜索服務(wù)表達(dá)式的語(yǔ)法檢查算法如算法1所示。

算法1:SSESyntaxCheck(sse)

Input:搜索服務(wù)表達(dá)式

Output:搜索服務(wù)表達(dá)式或錯(cuò)誤提示信息

1:讀取搜索服務(wù)表達(dá)式;

2:把搜索服務(wù)表達(dá)式排入檢查隊(duì)列;

3:if檢查SExp結(jié)構(gòu) = False then

4:return SExp結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤信息;

5:else if 檢查OExp結(jié)構(gòu)=False then

6:return OExp結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤信息;

7:else if 檢查Service屬性=False then

8:return Service屬性的錯(cuò)誤信息;

9:else if檢查本體運(yùn)算符信息 =False then

10:return本體運(yùn)算符的信息;

11:else if檢查語(yǔ)義運(yùn)算符信息=False then

12:return語(yǔ)義運(yùn)算符的錯(cuò)誤信息;

13:eIse if查檢邏輯運(yùn)算符信息=False then

14:return邏輯運(yùn)算符的錯(cuò)誤信息;

15:return通過查檢的搜索服務(wù)表達(dá)式。

4 使用范例

為了幫助讀者書寫語(yǔ)義條件表達(dá)式，下面給出一些具體應(yīng)用范例。

例1 所有服務(wù)分類為“行業(yè)服務(wù)類”的Web服務(wù)資源，語(yǔ)義表達(dá)式為:

service classification 行業(yè)服務(wù)類

解釋:查找Web服務(wù)資源中服務(wù)分類屬性是“行業(yè)服務(wù)類”概念或等價(jià)概念的所有Web服務(wù)資源。

例2 所有功能為提供視頻服務(wù)、輸出結(jié)果為特定視頻提供商“優(yōu)酷視頻”所屬類別的Web服務(wù)資源，語(yǔ)義表達(dá)式為:

解釋:查找Web服務(wù)資源中服務(wù)功能屬性是“移動(dòng)視頻”概念或等價(jià)的概念;且服務(wù)輸出屬性是實(shí)例“優(yōu)酷視頻”所屬概念的所有Web服務(wù)資源。

例3 所有返回結(jié)果為“建設(shè)銀行”或“工商銀行”所屬類的Web服務(wù)資源，語(yǔ)義表達(dá)式為:

解釋:查找Web服務(wù)資源中服務(wù)輸出屬性實(shí)例為“建設(shè)銀行”或?yàn)椤肮ど蹄y行”的所有Web服務(wù)資源。

例4 所有服務(wù)分類為“行業(yè)服務(wù)類”服務(wù)，但又不能是“移動(dòng)保險(xiǎn)”的Web服務(wù)資源，語(yǔ)義表達(dá)式為:

service classification?行業(yè)服務(wù)類service classification?移動(dòng)保險(xiǎn)

解釋:查找Web服務(wù)資源中服務(wù)分類屬性是“行業(yè)服務(wù)類”概念或等價(jià)概念中排除了實(shí)例“移動(dòng)保險(xiǎn)”所屬概念的所有Web服務(wù)資源。

例5 所有服務(wù)功能為移動(dòng)銀行，銀行輸入為“建設(shè)銀行”對(duì)應(yīng)類別或“工商銀行”對(duì)應(yīng)類別的語(yǔ)義Web服務(wù)資源，語(yǔ)義表達(dá)式為:

解釋:查找Web服務(wù)資源中服務(wù)輸入屬性為實(shí)例“建設(shè)銀行”或?yàn)椤肮ど蹄y行”所屬本體概念的Web服務(wù)資源。

5 結(jié)語(yǔ)

本次研究以搜索Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化、易實(shí)現(xiàn)的有效支撐技術(shù)為目標(biāo)，在W3C官方指定的語(yǔ)義Web服務(wù)描述語(yǔ)言O(shè)WL-S為服務(wù)模型，運(yùn)用了描述邏輯所具有的推理能力，提出一種語(yǔ)義Web服務(wù)搜索方法，即搜索服務(wù)表達(dá)式SSE。通過理論和示例分析，SSE表達(dá)式具有一定的完備性，它的實(shí)現(xiàn)機(jī)制將在《SSE表達(dá)式處理機(jī)制與實(shí)現(xiàn)》一文中詳細(xì)介紹。

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