[发明专利]Web服务语义的代数规约到本体描述的转换及评估方法

权利要求书

1.一种Web服务语义的代数规约到本体描述的转换及评估方法，其特征在于包括以下 两个步骤：

步骤一：将基于代数规约的Web服务语义描述转换为本体描述，本体描述包括两个部 分：一个通用的领域本体抽象模型和服务功能OWL-S描述；

步骤二：提出一个本体质量模型对转换得到的本体描述进行评估。

2.根据权利要求1所述的Web服务语义的代数规约到本体描述的转换及评估方法，其特 征在于：步骤一中代数规约到本体描述的转换具体为：

1)首先定义6条转换规则，应用这些规则从代数规约中提取Web服务的领域本体抽象模 型；给定一个服务Sv的规约(S,Σ,Ax)，其中S是类子及类子间关系的集合，Σ是类子上操作 的集合，首先从代数规约中提取一个抽象模型表示的领域本体(C,I,A,R)，其中C表示类，I 表示实例，A表示属性，R表示类之间的关系；其转换规则为：

规则1：对于规约中的每个类子s∈S，转换成本体的一个类c∈C；

规则2：对于规约单元中的每个扩展关系转换成本体的一个is-a关系：(c,c')∈ is-a，其中规约中的类子s对应本体的类c,规约中的类子s'对应本体的类c'；

规则3：对于规约单元中的每个使用关系，转换成本体的一个has-a关系：(c,c')∈has- a，其中规约中的类子s对应本体的类c，规约中的类子s'对应本体的类c'；

规则4：对于类子s上的每个常操作转换成本体中类c的实例I^c，其中规约中的 类子s对应本体的类c；

规则5：对于类子s上的每个变操作s→s'，分为以下两种情况：

①若s'是一个基本数据类型，则转换成本体中类c的属性A^c，该属性类型是data property，其中规约中的类子s对应本体的类c；

②若s'是一个类子，则转换成本体中类c的属性A^c，该属性类型是objectproperty， 其中规约中的类子s对应本体的类c；

规则6：对于类子s上的每个一般操作w→w'，转换如下：

①转换成本体的一个类c；

②对于每个s_i∈w，转换成本体中一个isdomainof关系：

③对于每个s_i∈w'，转换成本体中一个iscodomainof关系：具体 如下表：

表1代数规约与领域本体的转换规则

2)在领域本体的基础上，定义1条规则生成Web服务功能的OWL-S描述；

规则7：对于服务S_v中的类子s上的一般操作w→w'，

①生成一个服务描述文件框架；

②生成一个serviceName元素，其值为

③对于每个s_i∈w，生成一个hasInput元素，其值为S_v.owl#s_i；

④对于每个s_i∈w'，生成一个hasOutput元素，其值为S_v.owl#s_i。

3.根据权利要求1所述的Web服务语义的代数规约到本体描述的转换及评估方法，其特 征在于：步骤二中对转换所得本体的评估提出的本体质量模型，该本体质量模型包括4个客 观质量标准，针对这些质量标准从4个维度构造由37个度量值组成的8个度量要素来评估转 换所得的本体描述；

对于领域本体抽象模型的评估从其中3个维度提出了度量值：词汇、结构和语义；所有 度量值的具体定义如下：

(1)词汇(Vocabulary)

O＝(C,I,A,R)和Ω＝(C',I',A',R')是一个特定领域的两个本体，本体O的各个部分相 对于黄金标准本体Ω各个部分的词汇覆盖程度定义如下：

度量值1：CoverageCΩ(O)=SC/SizeC(Ω)]]>

度量值2：CoverageIΩ(O)=SI/SizeI(Ω)]]>

度量值3：CoverageAΩ(O)=SA/SizeA(Ω)]]>

度量值4：CoverageRΩ(O)=SR/SizeR(Ω)]]>

度量值5：CoverageΩ(O)=(SC+SI+SA+SR)Size(Ω)]]>

其中S_C＝||C∩C'||，S_I＝∑_c∈C||I^c∩I'^c||，S_A＝∑_c∈C||A^c∩A'^c||，S_R＝∑_r∈R||r∩r'| |，Size_C(Ω)＝||C'||，Size_I(Ω)＝∑_c∈C||I'^c||，Size_A(Ω)＝∑_c∈C||A'^c||，Size_R(Ω)＝ ∑_r'∈R||r'||，r'是R'中对应于r的关系，Size(Ω)＝Size_C(Ω)+Size_I(Ω)+Size_A(Ω)+ Size_R(Ω)；

(2)结构(Structure)

1)内聚性度量

内聚性度量是基于关系的，对每一类关系构建一个有向图，使用图论的概念度量本体 内部的关联性和复杂度；

度量值6：根节点的数量NRN_r(O)＝||Root_r(O)||

度量值7：叶子节点的数量NLN_r(O)＝||Leaf_r(O)||

度量值8：简单路径的最大长度

其中p是关系图中的一条路径；

度量值9：单独节点数量NIC_r(O)＝||Root_r(O)∩Leaf_r(O)||

度量值10：从根节点出发的所有可达节点数

TNRNRr(O)=Σx∈Rootr(O)||Re achablerO(x)||]]>

其中表示从x出发可到达的节点集合；

度量值11：从根节点出发的平均可达节点数

ANRNR_r(O)＝TNRNR_r(O)/||NRN_r(O)||

度量值12：所有叶子节点的平均深度

度量值13：所有非叶子节点的平均宽度

其中NAN_r(O)表示关系图中所有节点数量；

度量值14：所有叶子节点的最大深度

度量值15：非叶子节点的最大宽度

2)耦合性度量

度量值16：通过属性对外部的引用数量

度量值17：通过关系对外部的引用数量

NERR(O)=Σr∈R||{(c,c′)∈r|c or c′is external}||]]>

度量值18：外部概念的比率

(3)语义(Semantics)

定义两个领域本体O＝(C,I,A,R)和Ω＝(C',I',A',R')的语义兼容程度的度量值集 合；

1)语义覆盖程度

度量值19：SCoverCΩ(O)=DC/SizeC(Ω)]]>

度量值20：SCoverIΩ(O)=DI/SizeI(Ω)]]>

度量值21：SCoverAΩ(O)=DA/SizeA(Ω)]]>

度量值22：SCoverRΩ(O)=DR/SizeR(Ω)]]>

度量值23：SCover^Ω(O)＝(D_C+D_I+D_A+D_R)/Size(Ω)

其中D_C＝||{c'∈C'|O→c'}||，D_I＝∑_c'∈C'||{α∈I'^c'|O→c',O→α}||，

D_R＝Σ_r′∈R′||{(a，b)∈r′|O→(a，b)∈r′}||，O→x 表示x在本体O中是定义的或通过推导得到的；

2)语义兼容性

度量值24：正确概念的比率

度量值25：平均每个类的正确实例的概率

度量值26：平均每个类的正确属性的概率

度量值27：正确关系的比率ARCRΩ(O)=Σr∈R||(x,y)∈r|Ω→(x,y)∈r||||R||]]>

其中

3)语义冗余度

度量值28：概念冗余度CR(O)＝||C_R||/Size_C(O)

其中C_R是本体O中冗余概念的最大集合；

度量值29：实例冗余度

其中是本体O中冗余实例的最大集合；

度量值30：属性冗余度AR(O)=Σc∈C||ARc||/SizeA(O)]]>

其中是本体O中冗余属性的最大集合；

度量值31：关系冗余度RR(O)=Σr′∈R′||r′||/SizeR(O)]]>

其中R'是本体O中冗余关系的最大集合；

对于服务功能的OWL-S描述的评估从另外一个维度：上下文提出度量值；所提度量值的 具体定义如下：

(4)上下文(Context)

假定一个Web服务S提供m个操作并定义l个状态，每个服务操作有一个服务请求，并返回响应消息；因此，一个Web服务语义的本体描述包括以下表达式：

①定义了服务操作Op_i的功能，其中i＝1,…,m；

②定义了服务需求中的参数x_i,j的含义，其中j＝1,…,n_i；

③定义了服务相应中的参数y_i,j的含义，其中j＝1,…,k_i；

④定义了服务内部状态的含义，其中i＝1,…,l；

1)服务语义的可定义性

度量值32：状态可定义性DState^S(O)＝l_d/l

其中l_d是O中可定义的状态元素的数量；

度量值33：操作可定义性DFunOoi(O)=NDOp/(ni+ki+1)]]>

其中ND_Op＝n_d+k_d+Op_d，n_d和k_d分别是O中定义的请求参数和响应参数数量；若操作的功能 性在O中可定义，那么Op_d＝1；否则Op_d＝0；

度量值34：服务可定义性DServS(O)=DStateS(O)×Σi=1mDFunOpi(O)/m]]>

2)服务语义描述的复杂性

度量值35：服务状态语义描述复杂性

度量值36：服务功能语义描述复杂性

CFunOpi(O)=Complx(ExpOpi)+Σj=1niComplx(Expxi,j)+Σj=1kiComplx(Expyi,j)]]>

其中Complx(Exp)＝NOP+NV，NOP表示Exp中逻辑和数据操作符个数，NV表示Exp中在O中 定义的词汇个数；

度量值37：服务语义描述复杂性CServS(O)=CStateS(O)+Σi=1mCFunOpi(O).]]>