SSE表达式处理机制研究

全 立 新

(湖南财政经济学院信息管理系， 长沙 410205)



SSE表达式处理机制研究

全 立 新

(湖南财政经济学院信息管理系， 长沙 410205)

摘要：语义Web服务搜索是语义Web服务应用的核心技术之一。针对SSE表达式的运用，提出一种基于关系数据库的语义Web服务存储方法，给出SSE语义条件表达式的推理机制、表达式转换规则和生成语义Web服务检索方法。实践证明该语义表达式处理机制在一定范围内是可行有效的，语义Web服务开发人员可以利用语义条件表达式快速、准确地获取语义Web服务资源。

关键词：Web服务搜索； 推理； 关系数据库； 转换规则

语义Web服务[1]是通过对Web服务赋予语义信息来支持OOS的软件开发和应用[2-5]。其中，在语义Web服务搜索研究领域，如何利用本体技术应用于语义Web服务的搜索，是一个非常重要且有意义的课题[6-8]。本次研究主要针对文献[9]提出的搜索服务表达式、语义Web服务搜索的关键问题和核心技术进行深入讨论。

1SSE表达式的处理过程

编写搜索服务表达式的目的在于表达用户对语义Web服务资源的需求。SSE表达式的处理过程是：首先，对SSE表达式进行良构性检查，获得良构的SSE表达式；然后，将良构的SSE表达式通过转换规则和推理转换成描述逻辑的表达式；最后，通过映射规则，生成语义Web服务资源搜索的查询语句(SQL语句)。处理过程如图1所示。

图1　SSE表达式的处理过程

2SSE表达式的推理过程

SSE表达式的推理包含了对概念、TBox、ABox的推理及对TBox & ABox的共同推理[10-12]。因SSE表达式中涉及的概念都来自领域本体的概念，故对概念和TBox的推理结果具有一致性。对ABox的推理可以归结为实例检查问题。对TBox & ABox的共同推理是在保证所有概念可满足且所有概念间包含关系成立的基础之上的，其推理结果给出的是个体是否满足特定的关系。SSE表达式的推理主要包括服务属性对象表达式Sexp的推理、本体对象表达式Oexp的推理、逻辑表达式Lexp的推理和SSE表达式整体推理等操作。

为方便说明，用p表示服务属性表达式中指定的属性，函数β(p)表示服务属性所引用的本体概念，函数δ(p)表示服务属性所引用的本体实例，c是本体中定义的概念，i是本体实例，设r为表达式的求值结果。

2.1服务属性对象表达式Sexp的推理过程

根据语义运算符的分类，把服务属性对象表达式又细分为语义扩展、语义收缩、语义等价、语义概念化和语义实例化等5种表达式。其中，语义扩展、语义收缩、语义等价的推理均为包含关系的推理，需要对服务属性或子属性对象引用的概念与TBox & ABox中的概念进行推理。语义概念化和语义实例化的推理均为实例检测关系的推理，需要对服务属性对象引用的概念与TBox & ABox中的概念进行推理。每种表达式的推理操作解释见表1。

表1　语义Web服务属性对象表达式推理操作解释

2.2本体对象表达式Oexp的推理过程

根据本体对象表达式中本体运算符和操作数的不同，本体对象表达式的推理分为本体概念语义加、本体实例语义加、本体概念语义减和本体概念实例语义减等4种表达式。其中，前3种表达式的推理是包含关系的推理，需要将表达式中指定概念与TBox&ABox中的概念进行推理，本体概念实例语义减的推理是实例检测关系的推理。每种表达式的推理操作解释见表2。

表2　本体对象表达式的推理

2.3SSE混合表达式的推理过程

经过对服务属性对象表达式和本体对象表达式的推理操作后，对SSE表达式的整体推理主要是从全局上判断语义条件表达式的各个组成成分合并后是否存在矛盾和错误。主要的推理操作包含可满足关系的推理、包含关系的推理。

逻辑表达式的构成元素为服务属性对象表达式，不涉及具体的基于描述逻辑的推理操作。服务属性对象表达式的推理已在前面进行了讨论，逻辑表达式包含的语义信息的推理应该从SSE表达式全局角度进行。

3SSE表达式的转换规则

SSE表达式转换的目标就是按一定规则，将它转换成符合描述逻辑语法规范的表达形式。转换的最终目标是通过描述逻辑表达式得到搜索具体的Web服务的匹配操作描述。

3.1SSE表达式组成成分的转换规则

3.1.1服务属性对象的转换规则

把SSE表达式中的服务属性语法成分转换成描述逻辑中的对应概念，语义关系转换成描述逻辑中的关系，转换规则见表3。

表3　服务属性对象及关系转换规则对照表

OWL-S模型中的概念没有全部列出，转换规则同上，即转换成TBox中的对应概念。

3.1.2本体对象的转换规则

SSE表达式中引用的领域本体概念转换成描述逻辑中对应的概念，领域本体个体转换成描述逻辑中对应的实例。

3.1.3语义运算符的转换规则

(1)语义扩展“》”、语义收缩“《”和语义等价“⟺”的转换规则：将SSE表达式中的这3种语义运算符转换成谓词“∪”连接的描述逻辑中的TBox表达式，TBox项由运算符指定的本体概念或实例经过推理后得到的本体概念(集)或实例(集)确定。

(2) 语义概念化“◇”运算符转换规则:SSE表达式中的语义概念化运算符将转换成描述逻辑中的ABox中包含的表达式，表达式项由运算符二中指定的本体实例经过推理后得到的本体概念(集)确定。

(3) 语义实例化“◆”运算符转换规则:SSE表达式中的语义实例化运算符将转换成描述逻辑中的TBox表达式，TBox项由实例化运算符指定的本体概念经过推理后得到的本体实例或实例集确定。

3.1.4本体对象运算符的转换规则

SSE表达式中的本体对象运算符(语义并“∪”，语义差“-”)将转换成描述逻辑中对应的概念，概念的值由本体对象运算符中指定的本体对象经过推理后得到的本体对象(集)确定。

3.1.5逻辑运算符的转换规则

SSE表达式中的逻辑运算符将转换成描述逻辑中的对应谓词,即逻辑非“”转换成“”，逻辑与“∧”转换成“∩”，逻辑或“∨”转换成“∪”。

3.2SSE表达式的转换规则

3.2.1服务属性对象表达式的转换规则

根据语义运算符的转换规则将服务属性对象表达式项用描述逻辑的逻辑联接词替换，得到满足描述逻辑语法规则的表述式形式，具体转换规则如表4所示。

表4　服务属性对象表达式的转换规则

服务属性表达式按表中规则转换后不再进行分解，它也可作为逻辑表达式的组成项。

3.2.2本体对象表达式的转换规则

本体对象表达式转换后的结果是本体对象(集)或本体对象的实例集，具体转换规则有4个。

(1)c=c1∪c2,iff{c|c∈C∧c1⊆C∧c2⊆C}。其中，C为本体中定义的概念集合，c为转换结果。可以认为本体对象表达式c1∪c2的转换结果为:c1∪c2运算后能得到的本体概念c。

(2)c=i1∪i2,iff{c|c∈C∧i1⊆c{i1}∧i2⊆c{i2}}。其中，C为本体中定义的概念集合，c为转换结果。可以认为本体对象表达式i1∪i2的转换结果为:i1∪i2运算后能得到的本体概念c。

(3)c=c1-c2,iff{c|c∈C∧c∈(c1∧c2)}。其中，C为本体中定义的概念集合，c为转换结果。可以认为本体对象表达式c1-c2的转换结果为：c1-c2运算后能得到的本体概念c。

(4)i=c1-i1,iff{i|i∈I∧{i∈I|(c1{i}∧i1)}}。其中，I为本体中定义的实例集合，i为转换结果。可以认为本体对象表达式c1-i1的转换结果为：c1-i1运算后能得到的本体实例集。

3.2.3逻辑表达式的转换规则

逻辑表达式转换是将相应的表达式项用描述逻辑的逻辑联接词进行联接运算。具体规则见表5。

表5　逻辑表达式转换规则

3.2.4SSE表达式的转换示例

检索所有服务分类为娱乐服务，但又不能是移动视频的Web服务资源，其SSE表达式为：

语义解释：查找Web服务资源中服务分类是“娱乐服务”概念或等价的概念；且娱乐服务概念的实例不是“优酷视频”所属概念的所有Web服务资源。

将其转换成描述逻辑表达式(称为表达式1)为：

Root∩hasnnotation.( ServiceCategory∩ ontoRef.(《娱乐服务)) ∩ hasAnnotation.( ServiceCategory∩ ontoRef.((移动视频)))

通过推理得知，领域本体中概念“娱乐服务”的子概念有“移动视频”、“移动游戏"和“移动视听”等。因此，该SSE表达式转换后的描述逻辑表达式(称为表达式2)为：

Root ∩hasnnotation.(( ServiceCategory∩ontoRef.移动视频) ∪ (ServiceCategory∩ontoRef.移动游戏) ∪(ServiceCategory∩ontoRef.移动视听)) ∩ hasnnotation.( ServiceCategory∩ontoRef.((移动视频)))。

4服务本体关系数据库模式的设计原则

用关系数据库存储Web服务本体信息，利用数据库函数、触发器和查询等功能实现推理和Web服务查询。为了保证OWL-S的兼容性、服务查询效率、Service本体的可扩展性和语义完整性等要求，给出一种基于关系数据库的语义Web服务本体混合存储模式。受限于篇幅，此处只给出主要的设计原则。

主要原则和思想有5点：(1) 设计的关系存储模式与OWL-S模型兼容，即数据库可导入导出OWL-S文件。(2) 本体元素分类要合理。除领域本体之外，把Web服务也看作是本体。它们主要描述的是类、属性、实例和它们之间的关系。在设计存储模式时将这些语义信息分开存储，同时要保证在关系数据库中能够清晰地体现本体的语义信息。(3) 能支持高效的语义Web服务查询。存储模式的主要任务之一就是查询语义Web服务，故对语义Web服务实例单独建表，对查询频率比较高的服务属性以及关系单独建表，查询时表与表之间的连接尽量少。(4) 语义信息完整。存储模式不仅要完整的存储语义Web服务及相关领域本体的显式语义，而且又要能存储将本体推理得到的部分语义信息。如Web服务或领域概念之间的等价关系。概念的定义和推理要分离，要保证本体的推理效率比较高且语义信息完备。(5) 模式稳定性强。设计的存储模式不会随着语义Web服务和领域本体规模的变化而变化。

5服务检索操作的生成

按照转换规则可以得到符合描述逻辑语法规范的表达形式(简称为DL-SSE)。首先定义DL-SSE的4条映射规则，然后再说明如何从DL-SSE生成具体的SQL语句。为了获得语义条件表达式的具体服务搜索SQL语句，需定义如下4条映射规则：

规则1：DL-SSE中的“Root”表示对语义Web服务实例进行检索操作结果集，不映射任何SQL语句。

规则2：DL-SSE中的关系“hasAnnotation” 表示对根据指定的语义Web服务属性或属性的子属性对象检索语义Web服务实例。映射“SELECT * FROM View_Web_individual where 条件”语句。其中，“View_Web_individual”为语义Web服务实例视图，“条件”部分由规则3给出。

规则3：DL-SSE中的“ontoRef”为指定关系“hasAnnotation”检索的条件值，映射为规则2映射的 “Where子句”，即：Where 属性对象名= ontoRef指定检索条件值。映射为“where 属性对象名in (select 属性对象名 from 属性对象关系名) ”。

规则4：DL-SSE中的“hasAnnotation”所属的概念表达式的逻辑联接词或将进行SQL的并(union)运算，逻辑联接词与将进行SQL的交(intersect)运算，“ontoRef”指定值前如果有非运算符则对应的SQL不等于运算符，如果没有，则对应的SQL等于运算符。

下面用实例阐述上述生成规则的应用。为了体现检索次数，对表达式2作等价展开得到表达式3：

Root∩hasnnotation.(( ServiceCategory∩ontoRef.移动视频)∪ hasnnotation. (ServiceCategory∩ontoRef.移动游戏) ∪hasnnotation. (ServiceCategory ∩ontoRef.移动视听) ∩hasnnotation.( ServiceCategory ∩ontoRef.((移动视频)))

生成的SQL语句如下：

Select * from View_Web_individual where ServiceCategoryID in (select ServiceCategoryID from ServiceCategory where ServiceCategoryID = ′移动视频′)

Union

Select * from View_Web_individual where ServiceCategoryID in (select ServiceCategoryID from ServiceCategory where ServiceCategoryID = ′移动游戏′)

Union

Select * from View_Web_individual where ServiceCategoryID in (select ServiceCategoryID from ServiceCategory where ServiceCategoryID = ′移动视听′)

Intersect

Select * from View_Web_individual where ServiceCategoryID in (select ServiceCategoryID from ServiceCategory where ServiceCategoryID <>′移动视频′)

其中，“View_Web_individual”为Web服务实例的SQL视图名，“ServiceCategoryID”为“服务分类”概念编号，“ServiceCategory”为服务分类概念的关系表名。

6结语

以SSE表达式处理过程为主线，对其处理机制的各个环节进行了深入探讨。实践证明本次给出的表达式转换规则得到的语义描述逻辑表达式进行优化后，可进一步提高Web服务检索效率。受限于文章篇幅，文中没有对语义表达式进行良构性检查，基于关系数据库的本体存储推理等过程的具体实现细节需进行深入地讨论。

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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

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2016)01-0072-05

中图分类号：TP393

作者简介：全立新(1969 — )，男，湖南花垣人, 硕士,副教授，研究方向为语义Web服务及应用。

基金项目：湘科技计划一般项目“动态电子商务环境下语义Web搜索的条件表达式研究”(2011FJ3119)；湘教育科学“十二五”规划2013年度一般资助课题“基于语义Web服务的教育资源云服务应用研究”(XJK013BXX004)

收稿日期：2015-04-22