模糊數(shù)據(jù)庫(kù)支持的模糊描述邏輯與本體知識(shí)庫(kù)抽取和存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、語義Web是當(dāng)前Web的延伸，它賦予Web資源機(jī)器可理解的語義，從而使計(jì)算機(jī)能夠更好地與人協(xié)同工作。為了讓機(jī)器能夠理解Web資源并實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的推理，如何表示和推理領(lǐng)域知識(shí)成為語義Web的重要研究課題之一。作為語義Web知識(shí)表示模型的本體以及知識(shí)推理基礎(chǔ)的描述邏輯在語義Web中發(fā)揮著重要的作用，引起了人們的廣泛關(guān)注并已被應(yīng)用于許多領(lǐng)域的知識(shí)表示和推理中。
　　本體和描述邏輯是語義Web知識(shí)表示和推理的關(guān)鍵技術(shù)，語義Web的實(shí)現(xiàn)很大程

2、度上依賴于本體和描述邏輯知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建與存儲(chǔ)。從構(gòu)建的角度來看，當(dāng)前許多應(yīng)用領(lǐng)域包含有大量有價(jià)值的信息資源，為了使語義Web應(yīng)用程序能夠訪問和處理領(lǐng)域信息并實(shí)現(xiàn)已有系統(tǒng)中信息的重用和共享，如何從已有的領(lǐng)域數(shù)據(jù)資源中抽取本體和描述邏輯知識(shí)庫(kù)已經(jīng)成為語義Web領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。從存儲(chǔ)的角度來看，隨著語義Web的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)了越來越多規(guī)模龐大的本體和描述邏輯知識(shí)庫(kù)，如何有效地存儲(chǔ)進(jìn)而使用這些知識(shí)庫(kù)已變得越來越重要。數(shù)據(jù)庫(kù)是當(dāng)今許多應(yīng)用

3、領(lǐng)域存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)資源的主要形式，因此利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)支持描述邏輯與本體知識(shí)庫(kù)的抽取及其存儲(chǔ)也就成為語義Web領(lǐng)域一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容。
　　應(yīng)當(dāng)指出的是，在現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用中存在著大量的不精確和不確定信息，模糊數(shù)據(jù)庫(kù)的提出與深入研究已經(jīng)為不精確和不確定數(shù)據(jù)的表示和處理提供了理論上的解決方案。另一方面，為了表示與推理語義Web應(yīng)用中廣泛存在的模糊知識(shí)、使語義Web具有處理模糊知識(shí)的能力，當(dāng)前已有大量的研究工作致力于描述邏輯和本體的模糊擴(kuò)展

4、。隨著語義Web模糊知識(shí)表示與推理問題的提出以及相關(guān)研究工作的不斷深化，模糊描述邏輯和模糊本體知識(shí)庫(kù)的抽取和存儲(chǔ)已經(jīng)成為語義Web實(shí)現(xiàn)模糊知識(shí)表示與推理亟待解決的問題。模糊數(shù)據(jù)庫(kù)是現(xiàn)實(shí)世界中模糊信息表示與處理的主要形式，模糊數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)經(jīng)過近三十年的研究與發(fā)展在模糊數(shù)據(jù)表示與處理方面已經(jīng)取得了豐碩的成果，這就為利用模糊數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)模糊描述邏輯和模糊本體知識(shí)庫(kù)的抽取及存儲(chǔ)提供了理論基礎(chǔ)。然而，目前有關(guān)基于模糊數(shù)據(jù)庫(kù)的模糊描述邏輯和模糊本體知識(shí)

5、庫(kù)抽取與存儲(chǔ)的研究還很少。
　　為此，本文系統(tǒng)地研究了模糊數(shù)據(jù)庫(kù)支持的模糊描述邏輯與本體知識(shí)庫(kù)的抽取和存儲(chǔ)問題，主要包括兩方面內(nèi)容:(i)選取兩種模糊概念數(shù)據(jù)模型（模糊ER模型和模糊UML數(shù)據(jù)模型）、兩種模糊邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)模型（模糊關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型和模糊面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)模型）和模糊XML數(shù)據(jù)模型作為典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型，研究如何以這五種模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型為數(shù)據(jù)源來抽取模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)和模糊本體，并利用抽取后的知識(shí)表示形式實(shí)現(xiàn)對(duì)模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的

6、推理;(ii)研究如何將語義Web中存在的大量模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)和模糊本體存儲(chǔ)在模糊關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。具體的創(chuàng)新性研究成果包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)提出了五種典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型各自的形式化定義以及形式化語義解釋方法，為模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型與模糊描述邏輯和本體之間形式化對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立奠定了理論基礎(chǔ)。首先，在已有研究工作的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步研究了五種典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型，詳細(xì)討論了每種模型的相關(guān)概念和基本結(jié)構(gòu);在此基礎(chǔ)上，提出了每種模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模

7、型的形式化表示形式以及語義解釋方法，并給出了相應(yīng)的實(shí)例說明。
　　(2)針對(duì)五種典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型各自的特點(diǎn)，提出了適合表示每種模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的相應(yīng)模糊描述邏輯，并給出模糊本體的一種完整形式化定義，為基于模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的模糊描述邏輯與本體知識(shí)庫(kù)的抽取提供了知識(shí)表示所需的模型支持。通過深入分析五種典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型各自的特點(diǎn)，分別提出了用于表示兩種模糊概念數(shù)據(jù)模型（模糊ER模型和模糊UML數(shù)據(jù)模型）的模糊描述邏輯FDLR、用于表示兩

8、種模糊邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)模型（模糊關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型和模糊面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)模型）的模糊描述邏輯-ALCIQ(D)以及用于表示模糊XML數(shù)據(jù)模型的f-ALCQwf-reg，在闡述了引入上述三種模糊描述邏輯來分別表示五種典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的原因之后，給出了每種模糊描述邏輯相應(yīng)的語法、語義、知識(shí)庫(kù)以及推理算法。此外，為了形式化表示由五種典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型抽取得到的模糊本體，本文還提出了模糊本體一種較為完整的形式化定義。
　　(3)提出了從五種典型模糊

9、數(shù)據(jù)庫(kù)模型抽取模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)各自的形式化方法，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的抽取工具;并基于已抽取的模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)，利用模糊描述邏輯有效的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)了對(duì)五種典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的推理。首先，基于上述五種典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的形式化定義以及相應(yīng)的模糊描述邏輯，提出了從五種模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型抽取模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)各自的形式化方法，并給出每種方法的正確性證明和相應(yīng)的例子說明;之后，基于所提出的抽取方法，實(shí)現(xiàn)了每種模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型到相應(yīng)模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)的自

10、動(dòng)抽取工具;最后，基于已抽取的模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)，利用模糊描述邏輯有效的推理機(jī)制，通過將模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的推理問題轉(zhuǎn)化為模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)的推理問題實(shí)現(xiàn)了對(duì)模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的推理。
　　(4)提出了從五種典型模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型抽取模糊本體各自的形式化方法，用以實(shí)現(xiàn)基于模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的模糊本體的自動(dòng)構(gòu)建。首先，基于上述五種模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型和模糊本體的形式化定義，提出了從每種模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型抽取模糊本體的形式化方法;之后，給出了每種方法的正確性證

11、明，并結(jié)合實(shí)例說明了抽取方法的具體應(yīng)用?？紤]到模糊本體和模糊描述邏輯知識(shí)庫(kù)在抽取工具實(shí)現(xiàn)思路和技術(shù)方法等方面具有相似性，本文這里沒有再設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模糊本體的抽取工具。此外，由于模糊本體是基于模糊描述邏輯實(shí)現(xiàn)其推理任務(wù)，因此本文這里不再討論基于模糊本體的模糊數(shù)據(jù)庫(kù)模型的推理問題。
　　(5)提出了模糊知識(shí)庫(kù)(包括模糊OWL本體和模糊描述邏輯f-SHOIN(D)及其子語言知識(shí)庫(kù)）在模糊關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)方法，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的存儲(chǔ)工具，用以實(shí)現(xiàn)