基于领域本体的需求获取与表示方法
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大理学院学报
JOURNAL OF DALI UNIVERSITY
第9卷 第4期 2010年4月 Vol.9 No.4 Apr. 2010
基于领域本体的需求获取与表示方法
赵榆琴，黄和飞
（大理学院数学与计算机学院，云南大理 671003）
［摘要］提出了一种需求获取与表示方法— ——基于领域本体知识的需求获取与表示方法。方法的主要特点是用框架作为形式化 需求的主要工具，即通过抽象需求资源的语义信息来建立表征其语义的本体模型，以增强面向对象方法的表达能力和弥补面 向对象方法的知识推理能力。 ［关键词］本体；需求获取；框架；一阶谓词逻辑 ［中图分类号］TP311 ［文献标志码］A ［文章编号］1672-2345（2010）04-0038-04
图2 概念类层次结构图 2.2.2 属性集 通过考察概念的含义和简单关系， 选择相对具体的概念作为属性。属性：协议、合同、 订单、商品价格、成交价、市场价和成本价。 2.2.3 关系集 考虑类与属性之间的关系；商品 类、市场类、客户类、商家类与交易类之间的关系； 父类与子类之间的关系。主要得到涉及交易类的关 系：
②公理的分类 公理可分为两类： 本体公理（ontology axiom，OA）：定义领域本体 中概念和关系的含义与内涵。 条件公理（condition axiom，CA）：定义约束，用 以表示定义一个概念或创建一个关系的条件。 ③公理的获取 主要依靠场景知识和提炼的 需求来指导公理获取。例如：从场景一得到的信息 为：交易是卖方和客户达成协议，客户以成交价购 买商品，卖方以成交价销售商品。则可得： 本体公理：sale（s）→agreemen（t a）{交易是一种 协议} 本体公理：agreesale（v，c，p，m，a）→exchange（p， m）∧agree（v，c，a） {达成交易是商家和客户互相达成协议} 条件公理： ①agreesale （v，c，p，m）→vendor （v）∧customer （c）∧saleprice（p）∧merchandise（m） ② exchange（p，m）→saleprice（p）∧merchandise （m） ③ agree（v，c，a）→vendor（v）∧customer（c）∧ agreemen（t a） ｛交易是商家和客户互相达成协议，并交换成 交价和商品。 综上所述，交易本体形式化描述如下： Frame：Sale {slot：Agreement<string> slot：SalePrice<money> slot：SaleQuantity<int> relation：sub-sale<isa>（Sale，subSale）
The Method of Requirements Capture and Representation Based on Domain Ontology ZHAO Yuqin, HUANG Hefei
（College of Mathematics and Computer Science, Dali University, Dali, Yunnan 671003,China）
Frame：框架名 ｛ 槽（slot）：槽名<槽类型>｛槽说明｝ 关系（relation）：关系名<关系类型>（关系对象） {关系说明｝ 〔父框架（father-framework）：父框架名〕 〔子框架（sub-framework）：子框架名〕 本体公理（ontology axiom）：公理表示{公理解 释} 39
〔Abstract〕In this paper, a method of requirement capture and representation was proposed - based on the domain ontology knowl－ edge. The main character of this method is by way of chief tools of formal requirement by using frame. That is to say, to constitute the ontology model which is to represent its semantic by abstracting semantic information of requirement resources. This method will en－ hance the expression ability and also make up the knowledge of reasoning ability of object-oriented method. 〔Key Words〕ontology; requirement capture; frame; a first-order predicate
总第 76 期 自然科学
大理学院学报
条件公理（condition axiom）：公理表示{公理解 释}
｝ 槽类型可为基本类型，也可为复杂类型，如侧 面（facet），即每一个槽又可划分为若干个侧面。槽和 侧面的属性值分别称为槽值和侧面值；槽值和侧面 值可以是另一个框架，由此形成一个框架网络。 2.3.2 槽 根据交易领域本体的属性集，得到槽表 示如下： slot：Agreement<string>{经过谈判、协商而制定 的共同承认、遵守的文件} slot：SalePrice<money>{商家和客户都同意的商 品买卖价格，即成交价} slot：SaleQuantity<int>{商家和客户成交的商品 数量} 分析：协议、合同、订单指的都是经过谈判、协 商而制定的共同承认、遵守的文件。所以，用同一个 概念Agreement来统一表示，以免出现领域术语不一 致；成本价和市场价应作商品的属性，而不能作为 交易的属性；成交价作为交易的属性；新增加一属 性：成交的商品数量。 2.3.3 关系 根据交易领域本体的关系集，得到关 系如下： relation：exchange <class -class >（Sale， Merchandise）｛商家得到成交价货币所有权，客户得 到商品所有权｝ relation：sub-sale<isa>（Sale，subSale）｛交易可分 为若干个子交易，子交易也是交易｝ relation：agree <class -class >（（Vendor，Sale）， （Sale，Customer））｛买卖双方达成交易协议｝ 见图3。
①公理表示法 概念形式化表示为：一个概念 定义为一个一元谓词，谓词名与概念名相同，后面 的变量属于 此 概 念 。 如 ：customer （x）， 指 x 属 于 customer，即买方x。关系形式化表示为：一个关系定 义为一个n元谓词，谓词名与关系名相同，n表示n个 变量具有该谓词所指的关系。如：sel（l m，v）指变量m 和v是售出关系，即v售出商品m。
图3 交易本体属性关系 2.3.4 公理表示 当领域本体的公理无特别要求， 可选择一阶谓词作形式化语言。一阶谓词本身没有包
40
含什么约束，满足本体设计时的最小约束准则。一 个本体建得好不好，很大程度上取决于它的公理库 建得如何，因为公理保证了知识之间以及知识库与 本体之间的一致性。另外，可用公理对知识进行推 理和实现知识之间的联通〔 。 9-14〕
语用内涵，为本体知识的推理打下基础。
1 领域本体构建方法
所谓领域本体，是指用于描述指定领域知识的 一种专门本体，它给出了领域实体概念及相互关 系、领域活动以及该领域所具有的特性和规律的一 种形式化描述〔4〕。领域本体由对象、对象的属性、对 象之间的关系以及子领域本体构成〔5〕。领域本体的 构建方法有多种，如：TOVE法、METHONOTOLOGY 法、KACTUS法等〔6〕。本文的构建方法如下：
0 引言
需求的获取与表示，即用什么方法获取需求、 用什么方法形式化需求已成为需求工程研究领域 的两个重要问题。面向对象的需求分析方法有一个 特点，即是基于单个对象分析的。这些方法都是以 对象和对象类为中心进行的，其他方面的属性，如 对象属性、对象间的关系、对象间的消息传递等，则 处于相对次要地位〔 1 〕。本体（Ontology）的概念最初 起源于哲学领域〔 2 〕。 20世纪 90年代，Ontology被计 算机领域所采用，用于知识表达、知识共享及重用。 在人工智能领域，本体定义为：对共享的概念化进 行形式的显示规范说明，即要用形式化的方法规范 地说明关注域中的概念术语与概念术语之间的关 系〔3〕。本体强调相关领域的本质概念，同时也强调 这些本质概念之间的关联。本文正是借鉴了本体论 研究的这种观点，利用面向对象方法的各种元素， 实现面向对象方法向领域本体方法的过渡；另外， 本体有明确的逻辑基础，可在推理工具支持下，对 本体中概念的含意做深层次推理。本文采用一阶谓 词逻辑描述本体公理。通过公理加强概念的语义、
步骤1：本体的需求分析 首先要明确创建本体的目的和本体能够解决 的问题。虽然部分问题可能会随着时间和环境的变 化而发生调整，但一些限制系统功能范围的问题是 相对不变的。确定本体的专业领域范围通常采取的 方法是问题清单和应用场景。 步骤2：本体的获取 步骤2.1确定本体的概念和术语 将领域分为各个场景，在场景中进行词汇搜 索，找出该领域中的概念。注意：找到的词汇可能有 模糊性和重复性，这一问题可以在后续步骤中解
从该场景中提取①概念为：交易、协议、商品价 格、商家、客户、商品、成交价和所有权、子交易、合 同、订单、使用权、生产商、销售商、市场价和潜在交 易。②信息：交易的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质是商品与商品价值（价格）
的交换；一个交易可能存在多个子交易；成本价、成 交价和市场价可能是不同的三个价格；商家并没有 说明指的是生产商还是销售商，客户可以是使用商 品的客户，也可以是销售商；交易发生于市场。 2.2 领域本体的需求获取 2.2.1 概念类及其层次结构 选择比较抽象的概 念作为类。类：交易、商品、商家、客户和市场。子类： 子交易。图2为确定的类的层次结构。
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第9卷 第4期 2010年4月 Vol.9 No.4 Apr. 2010
基于领域本体的需求获取与表示方法
赵榆琴，黄和飞
（大理学院数学与计算机学院，云南大理 671003）
［摘要］提出了一种需求获取与表示方法— ——基于领域本体知识的需求获取与表示方法。方法的主要特点是用框架作为形式化 需求的主要工具，即通过抽象需求资源的语义信息来建立表征其语义的本体模型，以增强面向对象方法的表达能力和弥补面 向对象方法的知识推理能力。 ［关键词］本体；需求获取；框架；一阶谓词逻辑 ［中图分类号］TP311 ［文献标志码］A ［文章编号］1672-2345（2010）04-0038-04
图2 概念类层次结构图 2.2.2 属性集 通过考察概念的含义和简单关系， 选择相对具体的概念作为属性。属性：协议、合同、 订单、商品价格、成交价、市场价和成本价。 2.2.3 关系集 考虑类与属性之间的关系；商品 类、市场类、客户类、商家类与交易类之间的关系； 父类与子类之间的关系。主要得到涉及交易类的关 系：
②公理的分类 公理可分为两类： 本体公理（ontology axiom，OA）：定义领域本体 中概念和关系的含义与内涵。 条件公理（condition axiom，CA）：定义约束，用 以表示定义一个概念或创建一个关系的条件。 ③公理的获取 主要依靠场景知识和提炼的 需求来指导公理获取。例如：从场景一得到的信息 为：交易是卖方和客户达成协议，客户以成交价购 买商品，卖方以成交价销售商品。则可得： 本体公理：sale（s）→agreemen（t a）{交易是一种 协议} 本体公理：agreesale（v，c，p，m，a）→exchange（p， m）∧agree（v，c，a） {达成交易是商家和客户互相达成协议} 条件公理： ①agreesale （v，c，p，m）→vendor （v）∧customer （c）∧saleprice（p）∧merchandise（m） ② exchange（p，m）→saleprice（p）∧merchandise （m） ③ agree（v，c，a）→vendor（v）∧customer（c）∧ agreemen（t a） ｛交易是商家和客户互相达成协议，并交换成 交价和商品。 综上所述，交易本体形式化描述如下： Frame：Sale {slot：Agreement<string> slot：SalePrice<money> slot：SaleQuantity<int> relation：sub-sale<isa>（Sale，subSale）
The Method of Requirements Capture and Representation Based on Domain Ontology ZHAO Yuqin, HUANG Hefei
（College of Mathematics and Computer Science, Dali University, Dali, Yunnan 671003,China）
Frame：框架名 ｛ 槽（slot）：槽名<槽类型>｛槽说明｝ 关系（relation）：关系名<关系类型>（关系对象） {关系说明｝ 〔父框架（father-framework）：父框架名〕 〔子框架（sub-framework）：子框架名〕 本体公理（ontology axiom）：公理表示{公理解 释} 39
〔Abstract〕In this paper, a method of requirement capture and representation was proposed - based on the domain ontology knowl－ edge. The main character of this method is by way of chief tools of formal requirement by using frame. That is to say, to constitute the ontology model which is to represent its semantic by abstracting semantic information of requirement resources. This method will en－ hance the expression ability and also make up the knowledge of reasoning ability of object-oriented method. 〔Key Words〕ontology; requirement capture; frame; a first-order predicate
总第 76 期 自然科学
大理学院学报
条件公理（condition axiom）：公理表示{公理解 释}
｝ 槽类型可为基本类型，也可为复杂类型，如侧 面（facet），即每一个槽又可划分为若干个侧面。槽和 侧面的属性值分别称为槽值和侧面值；槽值和侧面 值可以是另一个框架，由此形成一个框架网络。 2.3.2 槽 根据交易领域本体的属性集，得到槽表 示如下： slot：Agreement<string>{经过谈判、协商而制定 的共同承认、遵守的文件} slot：SalePrice<money>{商家和客户都同意的商 品买卖价格，即成交价} slot：SaleQuantity<int>{商家和客户成交的商品 数量} 分析：协议、合同、订单指的都是经过谈判、协 商而制定的共同承认、遵守的文件。所以，用同一个 概念Agreement来统一表示，以免出现领域术语不一 致；成本价和市场价应作商品的属性，而不能作为 交易的属性；成交价作为交易的属性；新增加一属 性：成交的商品数量。 2.3.3 关系 根据交易领域本体的关系集，得到关 系如下： relation：exchange <class -class >（Sale， Merchandise）｛商家得到成交价货币所有权，客户得 到商品所有权｝ relation：sub-sale<isa>（Sale，subSale）｛交易可分 为若干个子交易，子交易也是交易｝ relation：agree <class -class >（（Vendor，Sale）， （Sale，Customer））｛买卖双方达成交易协议｝ 见图3。
①公理表示法 概念形式化表示为：一个概念 定义为一个一元谓词，谓词名与概念名相同，后面 的变量属于 此 概 念 。 如 ：customer （x）， 指 x 属 于 customer，即买方x。关系形式化表示为：一个关系定 义为一个n元谓词，谓词名与关系名相同，n表示n个 变量具有该谓词所指的关系。如：sel（l m，v）指变量m 和v是售出关系，即v售出商品m。
图3 交易本体属性关系 2.3.4 公理表示 当领域本体的公理无特别要求， 可选择一阶谓词作形式化语言。一阶谓词本身没有包
40
含什么约束，满足本体设计时的最小约束准则。一 个本体建得好不好，很大程度上取决于它的公理库 建得如何，因为公理保证了知识之间以及知识库与 本体之间的一致性。另外，可用公理对知识进行推 理和实现知识之间的联通〔 。 9-14〕
语用内涵，为本体知识的推理打下基础。
1 领域本体构建方法
所谓领域本体，是指用于描述指定领域知识的 一种专门本体，它给出了领域实体概念及相互关 系、领域活动以及该领域所具有的特性和规律的一 种形式化描述〔4〕。领域本体由对象、对象的属性、对 象之间的关系以及子领域本体构成〔5〕。领域本体的 构建方法有多种，如：TOVE法、METHONOTOLOGY 法、KACTUS法等〔6〕。本文的构建方法如下：
0 引言
需求的获取与表示，即用什么方法获取需求、 用什么方法形式化需求已成为需求工程研究领域 的两个重要问题。面向对象的需求分析方法有一个 特点，即是基于单个对象分析的。这些方法都是以 对象和对象类为中心进行的，其他方面的属性，如 对象属性、对象间的关系、对象间的消息传递等，则 处于相对次要地位〔 1 〕。本体（Ontology）的概念最初 起源于哲学领域〔 2 〕。 20世纪 90年代，Ontology被计 算机领域所采用，用于知识表达、知识共享及重用。 在人工智能领域，本体定义为：对共享的概念化进 行形式的显示规范说明，即要用形式化的方法规范 地说明关注域中的概念术语与概念术语之间的关 系〔3〕。本体强调相关领域的本质概念，同时也强调 这些本质概念之间的关联。本文正是借鉴了本体论 研究的这种观点，利用面向对象方法的各种元素， 实现面向对象方法向领域本体方法的过渡；另外， 本体有明确的逻辑基础，可在推理工具支持下，对 本体中概念的含意做深层次推理。本文采用一阶谓 词逻辑描述本体公理。通过公理加强概念的语义、
步骤1：本体的需求分析 首先要明确创建本体的目的和本体能够解决 的问题。虽然部分问题可能会随着时间和环境的变 化而发生调整，但一些限制系统功能范围的问题是 相对不变的。确定本体的专业领域范围通常采取的 方法是问题清单和应用场景。 步骤2：本体的获取 步骤2.1确定本体的概念和术语 将领域分为各个场景，在场景中进行词汇搜 索，找出该领域中的概念。注意：找到的词汇可能有 模糊性和重复性，这一问题可以在后续步骤中解
从该场景中提取①概念为：交易、协议、商品价 格、商家、客户、商品、成交价和所有权、子交易、合 同、订单、使用权、生产商、销售商、市场价和潜在交 易。②信息：交易的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质是商品与商品价值（价格）
的交换；一个交易可能存在多个子交易；成本价、成 交价和市场价可能是不同的三个价格；商家并没有 说明指的是生产商还是销售商，客户可以是使用商 品的客户，也可以是销售商；交易发生于市场。 2.2 领域本体的需求获取 2.2.1 概念类及其层次结构 选择比较抽象的概 念作为类。类：交易、商品、商家、客户和市场。子类： 子交易。图2为确定的类的层次结构。
