1、畢 業(yè) 論 文題目： 畢業(yè)論文 院（系） 經(jīng)貿(mào)學院 專業(yè)年級 經(jīng)濟學11級 學生姓名 邵冰 學號 2011011147 指導教師 代秀娟 職稱 教授 日 期 2012 02 28 摘要隨著互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人通過網(wǎng)絡進行信息互通、知識傳播和文化交流。網(wǎng)絡學習(e-learning)也逐漸成為人們獲取知識的重要方式。e-learning是指通過internet進行的學習與教學活動，它充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)所提供的、具有全新溝通機制與豐富資源的學習環(huán)境，實現(xiàn)的一種全新的學習方式。但是，目前網(wǎng)絡學習資源數(shù)量急劇增加，如何有效地組織和管理這些資源，以實現(xiàn)網(wǎng)絡學習資源的共享和重用，并支持學

2、習資源的可訪問性就成為一項重要而緊迫的任務。本體技術(shù)的出現(xiàn)為領(lǐng)域知識的組織、管理和共享提供了一種有效的途徑。因此，為了支持網(wǎng)絡學習資源的共享和重用，支持對學習資源的有效訪問，本論文構(gòu)建學科本體來組織學科領(lǐng)域的知識，以實現(xiàn)對學科領(lǐng)域共享概念以及概念之間關(guān)系的表達。另外，本論文采用web服務的方式將學習資源封裝成e-learning服務，并將學科本體引入到e-learning服務的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，增強了e-learning服務發(fā)現(xiàn)能力，并在一定程度上提高了服務查找的效率和準確率。本文在研究和分析國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎上，主要完成了以下幾個方面的工作：首先研究了當今語義web關(guān)鍵技術(shù)和web服務

3、相關(guān)技術(shù)，包括本體技術(shù)、wsdl、uddi、soap以及owl-s等，并對語義web中本體技術(shù)和語義web服務的描述模型owl-s進行了詳細闡述。通過對本體技術(shù)的研究，構(gòu)建了計算學科本體原型，在此基礎上研究將本體技術(shù)應用于e-learning服務的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中的方法，提出了一種基于本體的e-learning服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架，既解決了網(wǎng)絡學習資源的共享和重用問題，又實現(xiàn)了e-learning服務的語義識別和匹配。論文最后給出了一個基于本體的e-learning服務發(fā)布系統(tǒng)原型的設計和實現(xiàn)。本論文在研究本體技術(shù)和web服務技術(shù)的基礎上，設計的e-learning服務語義發(fā)布系統(tǒng)，為進一步對e

4、-learning服務的語義發(fā)現(xiàn)的研究提供了很好的支持。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡學習(e-learning)，web服務，學abstractwith rapid development of internet，more and more people share, disseminate, exchange information and knowledge through internete-learning is becoming an important way to acquire knowledgee-learning refers to the teaching and learning ac

5、tivities through the internet，which is able to take full advantages of internet and is a promising way for lifetime educationat present, e-learning resources are sharply increasingnew approach is urgently needed, which is able to effectively organize and manage e-learning resources，and further to su

6、pport the reuse and access to e-learning resourcesthe emergence of ontology technology provides an effective way for the organization and management of domain knowledgetherefore, in order to share and reuse e-learning resources and support access to e-learning, discipline ontology is adopted to form

7、ally express the shared concepts and the relations among concepts in a discipline；e-learning resources are encapsulated as e-learning servicesdiscipline ontology is used in the process of e-learning services publication and discovery, in order to improve efficiency and accuracy of e-learning service

8、s publication and discoveryresearch works in this thesis are as followsat first, the latest technologies on web services and semantic web，including ontology, wsdl,uddi,soap and owl-s，etc，are discussedthen, ontology and the semantic web services description model owl-s are elaborateda computing disci

9、pline ontology is built；a discipline ontology based framework for e-learning services publication and discovery is presented, which ai畢業(yè)設計（論文）封面.docms to support the sharing and reuse of e-learning resources and further to realize semantic identification and matching in the process of e-learning ser

10、vice publication and discoveryfinally，the design and implementation of all e-learning services publication system prototype is introducedin this thesis，a semantic publication system of e-learning services is designed on the basis of ontology technology and web service technology, which provides a be

11、tter support for further research 0n semantic discovery of e-learning serviceskeywords：e-learning,web service,discipline ontology 摘要iabstract3第1章 緒論61.1研究背景及意義61.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀71.2.1 e-learning方面的研究現(xiàn)狀71.2.2 語義web服務方面的研究91.3本文研究內(nèi)容和創(chuàng)新點131.3.1主要研究內(nèi)容歸納如下：131.3.2本研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在：141.4本文組織結(jié)構(gòu)14第2章 基于本體的web服務關(guān)鍵技術(shù)162.

12、1本體概述162.1.1本體的概念162.1.2本體描述語言172.1.3本體開發(fā)工具212.2 web服務222.2.1 web服務概述222.2.2 web服務核心技術(shù)242.3語義web服務262.4本章小結(jié)32第3章 基于owl的學科本體構(gòu)建333.1本體構(gòu)建概述333.1.1本體的構(gòu)建原則333.2 本課題的本體構(gòu)建方法373.3學科本體的構(gòu)建393.3.1需求分析393.3.2領(lǐng)域分析與概念建模403.4本章小結(jié)44第4章 基于本體的e-learning服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架454.1設計目標454.2系統(tǒng)框架及組件介紹464.2.1系統(tǒng)框架464.2.2系統(tǒng)關(guān)鍵組件功能介紹474.3

13、本章小結(jié)52第5章 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)535.1原型系統(tǒng)概述535.1.1需求分析535.1.2開發(fā)平臺和工具545.2服務發(fā)布系統(tǒng)設計與實現(xiàn)565.2.1 e-learning服務發(fā)布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)565.2.2 e-learning服務發(fā)布系統(tǒng)處理過程585.3本章小結(jié)61第6章 總結(jié)與展望626.1研究總結(jié)626.2未來工作與展望63參考文獻65第1章 緒論1.1研究背景及意義隨著互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡成為人們進行信息互通、知識傳播和文化交流的重要手段，網(wǎng)絡學習(e-learning)作為一種能拓展學習時空的新的教育形式，也越來越受到人們的普遍關(guān)注，網(wǎng)絡學習浪潮已經(jīng)到來。e-learning

14、是指通過internet進行的學習與教學活動，它是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)所提供的、具有全新溝通機制與豐富資源的學習環(huán)境，實現(xiàn)的一種全新的學習方式。網(wǎng)絡學習突破了傳統(tǒng)的時空限制，但也存在一些問題：如網(wǎng)絡學習資源重用性低，導致大量資源重復建設；各學習資源不能實現(xiàn)大范圍、高效率的共享，眾多學習資源成為離散的、孤立的“信息孤島”。web服務的出現(xiàn)為這一問題的解決提供了一個有效的途徑。web服務是獨立的、模塊化的應用程序，能夠在網(wǎng)絡上被描述、發(fā)布、查找和調(diào)用1。web服務因其可移植性、跨平臺性和易部署性等優(yōu)點得到越來越廣泛的應用。因此，我們可以將網(wǎng)絡學習資源封裝成web服務的形式，來解決網(wǎng)絡學習領(lǐng)域中“豐

15、富的數(shù)據(jù)和貧乏的知識”的問題。e-learning服務就是通過web服務技術(shù)對學習內(nèi)容進行管理和發(fā)布的一類web服務。近年來。e-learning服務已成為網(wǎng)上學習的重要形式。但是web服務是源于傳統(tǒng)的萬維網(wǎng)的，e-learning服務也不例外，這些服務盡管在信息格式上作了改進，卻不能實現(xiàn)服務的自動發(fā)布、自動發(fā)現(xiàn)、自動執(zhí)行等操作。e-learning服務的急劇增加，為如何準確高效地從龐大的服務群中找到所需要的服務提出了挑戰(zhàn)。為了有效實現(xiàn)服務的應用價值，我們需要解決以下問題：如何發(fā)現(xiàn)滿足用戶需要的服務以及如何選擇最佳服務等。傳統(tǒng)的技術(shù)大都采用關(guān)鍵字匹配機制來解決上述問題，但存在查全率和查準率低且

16、不能很好地解決語義匹配的弊端。語義web的出現(xiàn)為上述問題的解決帶來了契機。語義web是對未來web體系結(jié)構(gòu)的一個偉大構(gòu)想，基本思想是通過本體和對web內(nèi)容的語義標記，使計算機可以理解并處理web上的信息。因此，將本體引入到e-learning服務的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡學習服務的準確高效的檢索。學科本體是一類特殊的領(lǐng)域本體，它將某個特定學科作為應用領(lǐng)域，通過對特定學科的深入研究，抽取出該學科領(lǐng)域中已被認可的相對固定的概念，并歸納出它們之間的語義聯(lián)系，然后通過某種描述機制對抽取出的概念及其語義聯(lián)系進行描述，就可以構(gòu)造出學科本體2。通過學科本體，可以實現(xiàn)對學科詞匯的語義識別和匹配，為學習

17、資料的共享和重用以及e-learning系統(tǒng)的互操作性提供支持。因此，學科本體在e-learning中得到了越來越廣泛的研究。本論文的選題正是針對存在問題，逐步探索解決方案，最終確定將本體技術(shù)和web服務技術(shù)相結(jié)合，研究將本體技術(shù)引入e-learning服務的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)中。這樣，既解決了網(wǎng)絡學習資源的共享和重用問題，又實現(xiàn)了e-learning服務的語義識別和匹配。因此，研究基于本體的e-learning服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)，具有非常重要的理論和現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 e-learning方面的研究現(xiàn)狀計算機在教育領(lǐng)域的應用最早可追溯到1958年ibm公司成功開發(fā)世界上第一個計算機

18、教學系統(tǒng)，從此計算機輔助教學(cai)得到迅速發(fā)展。進入90年代后，隨著學習理論、信息技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助教學也有了飛速發(fā)展。1996年第一篇有關(guān)局域網(wǎng)培訓的論文在美國training magazine雜志上發(fā)表以來，教育技術(shù)界和培訓界正式開始了關(guān)于e-learning的研究e-learning方面的研究可歸納為以下幾個方面：(1)e-learning中學習理論和網(wǎng)絡教育技術(shù)標準的研究研究內(nèi)容主要包括現(xiàn)代學習理論及其在e-learning中的應用以及網(wǎng)絡教育相關(guān)標準。目前，對網(wǎng)絡教育技術(shù)標準的研究有很多，aicc(aviation industry cbt committee，美國航空工業(yè)計

19、算機輔助訓練委員會)最早提出計算機管理教學(cmi)規(guī)范，現(xiàn)成為廣泛采用的行業(yè)標準3；美國國防部(dod)的美國高級分布式學習研究項目(adl)借鑒aicc的cmi標準建立了可共享課程對象參考模型scorm (sharable course object reference model)4；美國大學校際交流委員會(educom)于1996年設立的一個研究項目ims現(xiàn)已建立了內(nèi)容包裝規(guī)范、元數(shù)據(jù)規(guī)范等5。2001年，我國開始啟動教育信息化技術(shù)標準研究項目，成立了中國教育信息化技術(shù)標準委員會，根據(jù)我國教育情況創(chuàng)建了各項標準，形成了“中國教育信息化技術(shù)標準體系”6。國際組織在e-learning服務

20、方面的標準化研究主要有dcmi(都柏林核心元數(shù)據(jù)研究行動)和ieeeltsc(ieee學習技術(shù)系統(tǒng)標準化委員會)dcmi建立了dc元數(shù)據(jù)規(guī)范和dceducation元數(shù)據(jù)規(guī)范，ieeeltcs建立了參考模型、學習者模型和學習對象元數(shù)據(jù)標準ieee-lom7。目前比較成熟的標準主要有dc和ieee-lom。(2)e-learning中學習資源管理的研究該研究主要包括對學習對象元數(shù)據(jù)的抽取、學習對象重用、利用本體技術(shù)實現(xiàn)學習資源查找等內(nèi)容，主要是將內(nèi)容管理思想應用到學習資源的組織中。bergstedt研究內(nèi)容管理系統(tǒng)和e-learning的關(guān)系，指出實行內(nèi)容管理可顯著提高e-learning系統(tǒng)的

21、教學質(zhì)量。j.m.su等人研究了scorm兼容學習對象庫的內(nèi)容管理模式。華東師范大學的李君麗、祝智庭對學習內(nèi)容關(guān)系系統(tǒng)的功能、角色進行研究，指出學習資源管理是實現(xiàn)教學資源和課程融合的重要手段8。(3)e-learning系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究研究e-learning系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要是對抽象的邏輯結(jié)構(gòu)的研究。舒蓓，申瑞民等人對支持個性化學習的e-learning系統(tǒng)架構(gòu)及其組成部分進行了研究；suthers將cscl體系結(jié)構(gòu)分成中央結(jié)構(gòu)、復制結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。近年來，又出現(xiàn)了基于知識驅(qū)動的e-learning體系架構(gòu)、基于工作流的e-learning體系架構(gòu)等。(4)e-learning

22、系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)的研究實現(xiàn)技術(shù)的研究主要集中在對xml和元數(shù)據(jù)的應用研究上，近年來出現(xiàn)了對語義技術(shù)的研究。其中前兩個方面的應用研究比較成熟，對語義技術(shù)的應用研究還處于探索階段。山東大學的郝興偉、孟祥旭研究了基于知識本體的e-learning系統(tǒng)的實現(xiàn)。1.2.2 語義web服務方面的研究最早為web服務增加語義信息的是damls，owl-s是在daml-s的基礎上發(fā)展起來的。daml-s提供了足夠的表示web服務能力和特性的語義信息來描述web服務，目的在于實現(xiàn)web服務發(fā)現(xiàn)、調(diào)用、合成和執(zhí)行監(jiān)控的自動化。目前許多語義表示的研究、服務綁定的研究、基于本體的服務匹配的研究、damls和uddi相結(jié)合

23、的研究等方面的研究都是基于daml-s展開的。當前存在的研究主要分為兩類：(1)實現(xiàn)daml-s本體描述信息到uddi的映射，補充uddi的web服務語義描述能力；(2)基于damnoil擴展wsdl模式，并基于擴展的wsdl實現(xiàn)wsdl到damls本體的映射，再將語義信息擴展到uddi中。國外的經(jīng)典研究有：美國卡內(nèi)基梅隆大學的massimo paolucci提出的基于daml-s的augmentuddi語義web服務注冊系統(tǒng)。該系統(tǒng)的匹配思想成為后來的語義web服務發(fā)現(xiàn)方向研究的核心思想。它利用本體概念之間的包含關(guān)系來實現(xiàn)web服務的輸入輸出的匹配。但該算法僅實現(xiàn)了同一本體中的概念之間的匹配

24、，沒有考慮服務質(zhì)量的匹配，導致匹配的范圍過窄且有效性不足，而且匹配程度的劃分粗糙、響應時間長。美國麻省理工學院的mark klein和美國紐約大學的abraham bemstein提出基于過程本體論的服務發(fā)現(xiàn)方法嗍。通過定義過程本體來表達查詢請求與web服務。由于過程本體與wsdl之間無映射關(guān)系，需要花大量時間對服務建立索引，因此服務發(fā)現(xiàn)的高效性不能完全保證。美國喬治亞大學lsdis實驗室的meteor-s系統(tǒng)，采用語義本體論推理和qos策略相結(jié)合的服務匹配和篩選方法，由于使用的是簡單的基于服務模板的匹配算法，所以不能支持復雜的邏輯推理。國內(nèi)的經(jīng)典研究有：清華大學的許斌、李涓子等提出了一種we

25、b服務語義標注方法。為了對wsdl文件進行自動語義標注并提高標注的準確度，采用owl描述的領(lǐng)域本體來增強wsdl文件的語義信息，利用xml schema的格式信息與本體概念之間的相似性，實現(xiàn)對wcb服務的語義標注，并制定wsdl到owl-s的轉(zhuǎn)換規(guī)則，生成owl-s格式的web服務語義描述。山東大學的李慶忠、王凱等對web服務語義描述和語義匹配進行研究。在語義描述方面，運用語義本體定義和表述web服務，參考web服務本體owl-s設計相關(guān)的服務本體和領(lǐng)域本體，并運用到既定的web服務匹配算法中。在web服務語義匹配方面，根據(jù)智能化和高效性的要求，在服務功能語義描述的基礎上，通過對服務功能的輸入

26、、輸出語義相似匹配，提高服務檢索的查準率和查全率。3)學科本體的構(gòu)建方面研究現(xiàn)狀自從1977年知識工程的鼻祖fcigenbaum提出“知識工程”這個概念以來，基于人工智能和信息技術(shù)的對知識的理解、抽取、表示和應用一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究重點。上世紀90年代初，哲學中“ontology”被ai領(lǐng)域借鑒，本體建模方法也初步確立，本體論為知識工程中的知識提供了新的組織形式。近年來，國內(nèi)外對本體做了大量研究并將其運用于知識工程領(lǐng)域。國外的經(jīng)典研究主要有：w3c致力于本體的研究始于2001年，w3c的web-ontology工作組一開始就將自己的研究定位于為語義網(wǎng)的創(chuàng)建打基礎。該工作組的主要貢獻是從2002

27、年1月起開始制訂owl(ontology web laguage)標準規(guī)范。2004年2月10日，owl已成為了w3c的正式推薦標準。owl促進了由xml，rdf(s)支持的web內(nèi)容在機器間的互操作性。美國斯坦福大學的知識系統(tǒng)實驗室(ksl-knowledge systems laboratory以下簡稱ksl)，無論是在本體建模工具領(lǐng)域，還是在本體應用層面的研究方面，都站在了知識工程領(lǐng)域的最前沿。ksl的n.gruber在1993年最早提出了“本體”在知識工程領(lǐng)域的定義。目前，ksl的研究主題主要有知識共享技術(shù)、物理系統(tǒng)的建模與分析、應用性智能系統(tǒng)三大方面。德國卡爾斯魯厄大學(univer

28、sity of karlsruhe)的rudi studer，alexander maeche和以他們?yōu)槭椎膽们閳髮W和規(guī)范描述方法研究所(aifbinstitute of applied informatics and formal description methods)對本體基礎理論(ontology learning)和本體的數(shù)學表達進行了深層次的研究。aifb研究所目前從事的研究重點是創(chuàng)建基于本體的知識門戶和語義門戶。歐洲的ontoweb依托aifb研究所的ontoweb項目，建立了以知識管理為目的的網(wǎng)上知識門戶。ontoweb的目標是集合歐洲語義網(wǎng)網(wǎng)頁標準的研究人員和產(chǎn)業(yè)學會的力量

29、，加強該領(lǐng)域的跨學科協(xié)作，促進歐洲文化的復興，保護歐洲語言多元化和歐洲文化多樣性，并在本體領(lǐng)域的研究中占據(jù)主導地位。與國外相比，國內(nèi)無論是在理論研究、實證研究還是在技術(shù)手段的實現(xiàn)和應用方面都相對落后，與國外高水平的研究相比存在很大差距。國內(nèi)對于本體的研究大約始于20世紀90年代初。國內(nèi)對于本體的研究主要有：中國科學院自1998年就開始從事本體領(lǐng)域的課題研究。其中，數(shù)學與系統(tǒng)科學研究院，數(shù)學研究所、知識處理與人機交互實驗室，管理、決策與信息系統(tǒng)開放實驗室一直走在研究的最前沿。他們在“天馬”專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境研究成果的基礎上，致力于如下幾個方面工作：(1)研究以本體作為關(guān)聯(lián)手段，增強面向?qū)ο蠓椒ǖ谋?/p>

30、現(xiàn)力，以達到完成信息系統(tǒng)需求分析的目的。提出了面向本體的需求分析(oora-ontology-oricnted requirements analysis)模型。(2)研究形式化的本體在領(lǐng)域知識的復用和共享中的基礎地位和作用。(3)研究基于專業(yè)領(lǐng)域知識復用的，虛擬領(lǐng)域本體的創(chuàng)建技術(shù)。另外，浙江大學人工智能研究所早在1985年就致力于地質(zhì)探礦專家系統(tǒng)的研究。并通過了國家自然科學基金資助項目驗收和成果鑒定；哈工大計算機科學與工程系的研究人員則一直致力于企業(yè)本體論系統(tǒng)的創(chuàng)建和相關(guān)理論的研究。國內(nèi)外重要的本體系統(tǒng)主要有：基于心理語言規(guī)則的英文詞典wordnet：由美國國家科學基金贊助，加州大學伯克力分

31、校的國際計算機科學研究所承擔開發(fā)的framenet：南加州大學信息科學研究所(isi-information sciences institute)的bill mann和christian matthiessen等人開發(fā)的gum(通用上層模型)，希望用自然語言的表達方式來組織信息面向自然語言處理，支持多語種處理，包括基本概念及獨立于各種具體語言的概念組織形式；sensus面向自然語言處理，為機器翻譯提供概念結(jié)構(gòu)，包括7萬多概念。ontoseek是一個集中了在線黃頁和產(chǎn)品目錄的，基于內(nèi)容檢索的系統(tǒng)。cycorp集團正在進行的cyc項目，旨在提供一種可以為其它程序使用的“深層次的”理解。德克薩斯大

32、學計算機系知識系統(tǒng)研究小組將知網(wǎng)(hownet)列為本體項目之一，用于自然語言處理，包含中文詞典中概念與概念間的關(guān)系，概念的屬性與屬性間的關(guān)系。同時還包含了與中文對應的英文概念，以及概念的屬性間的關(guān)系。由新墨西哥州立大學的計算研究實驗室負責研制開發(fā)的mikrokmos，是一個概念揭示程度深入徹底，覆蓋學科范圍廣泛的用于多語種自然語言處理的本體。目前，學科領(lǐng)域還沒有比較成熟的現(xiàn)成的本體可以使用，只有一些個人建立的簡單的針對某一課程的小型學科本體。所以，要研究基于本體的網(wǎng)上學習內(nèi)容的發(fā)現(xiàn)，還需要對學科領(lǐng)域進行深入研究，準確地抽取出該領(lǐng)域中的重要概念、屬性以及相互之間的關(guān)系，從而構(gòu)建出一個包含信息盡

33、可能豐富的學科本體。1.3本文研究內(nèi)容和創(chuàng)新點本文的研究重點：學科本體的構(gòu)建；將學科本體作為對學科詞匯進行語義識別和匹配的基礎，應用于e-learning服務的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，支持基于語義的e-learning 服務的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)。本文提出了一個基于領(lǐng)域本體的e-learning服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架，該框架將學科本體引入e-learning服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，增強了e-learning服務發(fā)現(xiàn)能力，并在一定程度上提高了服務查找的效率和準確率。1.3.1主要研究內(nèi)容歸納如下：1)深入學習和研究了本體和web服務相關(guān)的理論知識。包括本體的概念、描述語言owl的語法、本體構(gòu)建的方法和步驟、本體開發(fā)工

34、具等以及web服務描述語言wsdl、web服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程、服務描述方法和集成協(xié)議uddi以及用于web服務調(diào)用的簡單對象訪問協(xié)議(soap)等。2)對學科知識進行概念提取，構(gòu)建出一個計算學科本體原型，并對該學科中涉及的知識進行分析，提取出該部分學習資源中的關(guān)鍵概念、屬性及它們之間的聯(lián)系，利用本體開發(fā)工具prot696，為計算學科中的軟件工程知識域開發(fā)了一個本體實例，為知識的共享提供了基礎。3)提出一種基于本體的e-learning服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架，從語義層上對學習資源進行描述，使學習資源可以實現(xiàn)共享和互操作。該框架分為4個層次，從上到下依次為用戶層、表示層、中間件層和數(shù)據(jù)存儲層。用戶層主

35、要面向兩類用戶：服務提供者和服務請求者。表示層為用戶服務提供了接口，語義層主要完成語義查詢、語義分析、語義推理功能，存儲層包括學科本體、服務本體和uddi注冊中心，分別用于存儲學科知識、服務語義描述信息和已發(fā)布的e-learning服務基本信息。4)基于該框架利用java語言開發(fā)了一個原型系統(tǒng)。該原型系統(tǒng)通過對計算學科本體的引用，嘗試將e-learning服務提供者所提供的服務進行語義發(fā)布，以便讓網(wǎng)上學習用戶能夠準確高效地發(fā)現(xiàn)這些e-learning服務。1.3.2本研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在：1)將本體技術(shù)引入到e-learning服務的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)過程中，實現(xiàn)對e-learning服務發(fā)布和發(fā)現(xiàn)

36、信息的語義描述，提高e-learning服務查找準確性。2)分析了語義web服務相關(guān)技術(shù)，提出了一種基于本體的e-learning服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架。1.4本文組織結(jié)構(gòu)本文共分六大章：第l章介紹了本課題的研究背景和意義，對與本課題相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀做了簡要分析，同時本章還對目前學習資源建設現(xiàn)狀，本體研究現(xiàn)狀，以及語義web在eleaming中的應用現(xiàn)狀進行了介紹。最后給出了本文的主要工作內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。第2章主要介紹了本體理論和web service相關(guān)理論，對本體的概念、描述語言、開發(fā)工具，web service關(guān)鍵技術(shù)以及語義web服務描述模型進行了深入學習和研究，為課題的研究工作提供理

37、論上的依據(jù)。第3章研究學科領(lǐng)域本體的構(gòu)建。通過對本體構(gòu)建理論的深入研究，綜合考慮各種本體構(gòu)建方法的優(yōu)缺點，提出一種基于螺旋模型的原型化方法。通過對學習領(lǐng)域頂層概念的抽取以及概念之間關(guān)系的分析，構(gòu)建出一個計算學科本體原型。然后，通過對計算學科中軟件工程知識域中的學習資源的深入研究，對構(gòu)建的本體原型進行實例化，構(gòu)建出一個簡單的計算學科本體。為實現(xiàn)基于本體的e-learning服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)做好準備。第4章提出一種基于本體的e-learning服務發(fā)布與發(fā)現(xiàn)框架，該框架分為4個層次，從上到下依次為用戶層、表示層、中間件層和數(shù)據(jù)存儲層。用戶層主要面向兩類用戶：服務提供者和服務請求者。表示層為用戶服務提

38、供了接口，語義層主要完成語義查詢、語義分析、語義推理功能，存儲層包括學科本體、服務本體和uddi注冊中心，分別用于存儲學科知識、服務語義描述信息和已發(fā)布的e-learning服務信息。在該框架的基礎上，對web服務語義發(fā)布機制進行了分析。第5章依據(jù)基于領(lǐng)域本體的學習資源管理框架，開發(fā)了一個原型系統(tǒng)。原型系統(tǒng)以構(gòu)建的計算學科本體為基礎，為e-learning服務提供者提供一個語義發(fā)布的平臺。本章首先對系統(tǒng)進行了需求分析，提出了設計目標和發(fā)布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并選擇了相應的開發(fā)平臺和工具。然后對發(fā)布系統(tǒng)進行了設計和實現(xiàn)。經(jīng)實驗表明，該原型系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)e-learning服務的語義描述，能夠?qū)崿F(xiàn)e-lear

39、ning服務的語義發(fā)布。第6章對研究成果進行了總結(jié)，對其不足和待改進之處進行了分析和總結(jié)，并對下一步的工作前景進行了展望。第2章 基于本體的web服務關(guān)鍵技術(shù)本章將對論文中涉及的相關(guān)技術(shù)進行分析，包括本體技術(shù)和web服務技術(shù)以及語義web服務技術(shù)。其中本體技術(shù)包括本體的概念、描述語言及開發(fā)工具等。web服務技術(shù)包括web服務的概念、核心協(xié)議及發(fā)布與發(fā)現(xiàn)機制。語義web服務主要研究其概念及描述模型owl-s。本章內(nèi)容是進行課題研究的理論基礎。2.1本體概述2.1.1本體的概念ontology最早是一個哲學概念，后來隨著人工智能的發(fā)展，被人工智能界賦予了新的定義。比較有代表性的是1998年stud

40、er提出的定義：本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明(ontology is a formal，explicit specification of a shared conceptualization.)。這個定義體現(xiàn)了本體的4層含義：概念模型(conceptualization)通過客觀世界中一些現(xiàn)象的相關(guān)概念而得到的模型，其表示的含義獨立于具體的環(huán)境狀態(tài)。明確(explicio所使用的概念及其約束都有明確的定義。形式化(formal)ontology是計算機可讀的，即能被計算機處理的。共享(share)ontology中體現(xiàn)的是共同認可的知識，反映的是相關(guān)領(lǐng)域中公認的概念集，它所針對的

41、是團體而不是個體。盡管本體有很多不同的定義方式，但是從內(nèi)涵上來看，不同研究者對于本體的認識是統(tǒng)一的，都把本體當作是領(lǐng)域內(nèi)部不同實體(人、機器、軟件系統(tǒng)等)之間進行交流(對話、互操作、共享等)的一種語義基礎，本體的目標是捕獲相關(guān)領(lǐng)域的知識，提供對該領(lǐng)域知識的共同理解，確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認可的概念詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些概念和概念之間相互關(guān)系的明確定義，實現(xiàn)知識共享，即本體提供一種明確定義的知識。就語義web要實現(xiàn)的功能目標來說，本體提供的這種共識更主要的是為機器服務，機器并不能像人類一樣理解自然語言中表達的語義，目前的計算機也只能把文本看成字符串進行處理。因此，在計算機領(lǐng)域討論本體

42、，就要討論本體究竟是如何表達共識的，也就是概念的形式化表達問題。2.1.2本體描述語言本體描述語言是用來描述本體的，它讓用戶可以為領(lǐng)域模型編寫清晰、形式化的概念描述。本體描述語言起源于人工智能領(lǐng)域?qū)χR表示的研究，因此本體的描述語言不僅僅需要具有良好定義的語法、語義和充分的表達能力，更需要有效的推理支持(包括計算復雜性和可判定性等)。大量的研究工作者活躍在該領(lǐng)域，因此誕生了許多種本體描述語言，主要分為兩大類：即傳統(tǒng)的本體描述語言和與web相關(guān)的本體描述語言。傳統(tǒng)的本體描述語言主要有：kif、ontolingua、loom和ocml等，它們注重在知識工程過程中知識的共享和重用，但缺乏在本體概念之

43、上的推理功能，不能被廣泛地應用于互聯(lián)網(wǎng)上的知識交換與共享中。為解決網(wǎng)絡化環(huán)境下有效的知識管理問題，以知識本體為核心的語義we；b技術(shù)的研究已成為知識管理領(lǐng)域的最新熱點。與web相關(guān)的本體描述語言主要有rdf和rdfs、shoe、xol、oml、oil、daml、oil+daml、owl。其中rdf和rdfs、oil、daml、oil+daml、owl之間有著密切的聯(lián)系，是被廣泛研究的網(wǎng)絡本體描述語言，都是基于xml的9。而shoe是基于html的，是html的一個擴展。目前，w3c推薦的與本體語言相關(guān)的標準有三個：xml、rdfrdfs、owl。下面對最流行的本體描述語言進行簡要介紹。rdfr

44、dfs簡介rdf(資源描述框架)是w3c組織推薦使用的用來描述資源及其之間關(guān)系的語言規(guī)范，具有簡單、易擴展、開放性、易交換和易綜合等特點10。rdf的目標是為web資源描述提供一種通用框架，它以一種機器可理解的方式被表示出來，可以很方便的進行數(shù)據(jù)交換，rdf提供了web數(shù)據(jù)集成的元數(shù)據(jù)解決方案。rdf語言主要功能特征所描述的內(nèi)容包括：1)resourco：一類特定的信息條目，通常是一個web站點；資源，通常以切地進行標識；2)classsubclass：資源可以被分類，每個類以下都可以有許多小的下位類，由此形成了一個完整的分類體系；3)property：連接兩個相關(guān)資源；4)domainran

45、ge：一個property中的兩個資源可以受到限定，一個目標域以及目的文件范圍會受到一個特定類的限制；5)container：資源集合可組織在container中。container包括：“集”，元素的“次序”，即按一定的順序排列，以及“其他的選擇”。rdf與xml之間的關(guān)系非常緊密，事實上，它們之間是互補的：rdf的作用之一是以一種標準化的、具有互操作性的模式為基于xml的數(shù)據(jù)規(guī)定語義。rdf是一種元數(shù)據(jù)模型，而xml是一種語法格式11。rdf數(shù)據(jù)模型可以用xml表示，也可以用其他語法格式描述。rdf schema是基于rdf的一種模式定義語言，它使用一種機器可以理解的體系來定義描述資源的詞

46、匯，其功能就像一個字典，可以將其理解為大綱或規(guī)范。rdf schema的作用是：定義資源以及屬性的類別； 定義屬性所應用的資源類以及屬性值的類型； 定義上述類別聲明的語法； 申明一些由其它機構(gòu)或組織定義的元數(shù)據(jù)標準的屬性類。oil和daml簡介oil(ontology interchange language，ontology inference layer)是由斯坦福大學、荷蘭阿姆斯特丹大學等多家機構(gòu)從2000年開始聯(lián)合開發(fā)，它所依托的項目是ontoknowlodge12。作為一種推薦標準，具有合并和表示本體以及進行系統(tǒng)間交互兩種功能。其設計目的是為了提供最多的建模元語，可通用于基于框架和描

47、述邏輯的本體。oil為一個標準的本體語言指出了一個層次化的方法每一增加層將在原來的層上增加功能性和復雜性。用oil來描述本體，需要區(qū)分3個不同的層次：首先是對象級，這一級描述具體的本體；其次是第l元級，這一級提供了確定的本體定義，用一種定義良好的語義來描述結(jié)構(gòu)化的詞匯；最后是第2元級，這一級描述的是一個本體的元信息，如作者、名稱和主題等。oil目前的研究關(guān)注的是第l元級和第2元級，分別稱之為本體定義和本體容器。daml(darpa agent markup language)i掃darpa(美國國防部高級計劃研究署)主持開發(fā)，力圖溶入rdf、oil等的優(yōu)點，它與oil一樣建立在rdf之上，以描

48、述邏輯為基礎13。其主要目標是開發(fā)一個旨在以機器可讀的方式表示語義關(guān)系、并與當前及未來技術(shù)相容的語言，尤其是開發(fā)出一套工具與技術(shù)，使得agent(代理)程序可以識別與理解信息源，并在agent程序之間實現(xiàn)基于語義的互操作。daml擴展了rdf，增加了更多的更復雜的類、屬性等定義。它一度很流行，成為網(wǎng)上很多本體的描述語言。后來daml的研究者和oil的研究者開始合作，推出了daml+oil語言，成為w3c研究語言互聯(lián)網(wǎng)的本體語言的起點。daml+oil是由美國和歐盟在daml背景下共同開發(fā)的。它是rdf(s)基礎上的擴展，具備充分的表達能力(如唯一性、傳遞性、逆反性、等價等)，具有一定的推理能力

49、，完全確定了語義網(wǎng)中知識表示語言的整體框架。國外已有多種支持daml+oil的工具軟件，如：oil ed、web ode等。owl簡介owl語言作為w3c推薦的全新的web本體語言，雖然它的基本語法和功能與daml+oil很相似，但它的語言機制已大大增強14。同時它還增加了更多用于描述屬性和類的詞匯，具有豐富的語義和關(guān)系邏輯表示功能。而且它強調(diào)知識的表示和推理規(guī)則的應用，是當前語義web研究中最具代表性的本體描述語言。owl針對不同的用戶群，提供了3種表達能力逐漸增強的子語言：owl lite、owl dl和owl full15。owl lite 語義表達能力簡單，僅限于對概念的層次支持基數(shù)，

50、但只允許基數(shù)分類和簡單的屬性約束描述。owl full和owl dl支持相同的owl語言結(jié)構(gòu)成分集，它們的不同在于對這些結(jié)構(gòu)成分和rdf特征的使用限制：owl full可以隨時與rdfs混用，它與rdfs一樣在類、屬性、個體和數(shù)據(jù)值之間不做強制性的嚴格區(qū)分；owl dl則限制與rdf的混用，并嚴格區(qū)分類、屬性、個體和數(shù)據(jù)值，但是支持它的推理機已經(jīng)問世；owl lite是owl dl的子語言，只支持owl語言結(jié)構(gòu)成分集的一部分，owl lite與owl dl遵循相同的語義限制，并且具備推理機需要的屬性。在構(gòu)建owl本體時，用戶可以根據(jù)對表達性和復雜性的需求，選擇不同的子語言16，在選擇子語言時主

51、要應該考慮以下幾點：1)約束的可表達程度。owl lite適用于簡單的約束，owl dl約束的表達范圍較廣；2)rdf模型機制的繼承性。owl dl不允許定義類型的類型以及為類型賦予屬性這樣的機制，而owl full則在這方面加以實現(xiàn)；3)owl full對推理的支持不可預測性。因為目前還沒有完全支持owl full的推理軟件的實現(xiàn)，不能保證可計算性，因此在要求推理的應用中有困難。owl語言作為w3c推薦的全新的web本體語言，雖然它的基本語法和功能與daml+oil很相似，但它的語言機制已大大增強17。同時它還增加了更多用于描述屬性和類的詞匯，具有豐富的語義和關(guān)系邏輯表示功能。而且它強調(diào)知識

52、的表示和推理規(guī)則的應用，是當前語義web研究中最具代表性的本體描述語言。本課題采用owl作為本體描述語言。2.1.3本體開發(fā)工具本體編輯工具種類繁多，早期本體編輯工具采取較普及的用于知識庫開發(fā)的kads方法，目前已基本不用了。后來又出現(xiàn)了一些發(fā)展較成熟且常用的本體編輯工具，如：ontoedit、ontolingua、ontosaurus、webonto、oiled和protege 2000。另外，還有兩種對本體數(shù)據(jù)進行查詢和維護的工具：jenaglsesame。下面對最常用的兩種本體工程工具protege和jena進行簡要介紹。 protegeprotege是由美國斯坦福大學開發(fā)的本體編輯工具

53、，也是基于知識的編輯器18。protege開發(fā)界面友好，本體開發(fā)人員可以在需宴時迅速訪問相關(guān)的信息，可以直接實施導航和管理本體的操作。樹形控制實現(xiàn)了類層次結(jié)構(gòu)中迅速和簡單的導航。protege使用java和open source作為操作平臺；可用于編制使用分類系統(tǒng)和知識庫；可以根據(jù)使用者的需要進行定制，通過定制用戶界面以更好地適應新語言的使用；有可自行設置的數(shù)據(jù)輸入格式，可以將其內(nèi)部表示轉(zhuǎn)換成多種形式的文本表示格式，如xml、rdf(s)、oil、daml、daml+oil、owl等系列語言。protege工具本身沒有嵌入推理工具，不能實現(xiàn)推理，但它具有很強的可擴展性，可以插入插件來擴展一些特

54、殊的功能19，如推理、提問、xml轉(zhuǎn)換等。protege是可擴展的獨立平臺環(huán)境，用于構(gòu)建和編輯本體以及知識庫。protege體系結(jié)構(gòu)的最主要優(yōu)勢是它開放的模塊化風格。基于組建的體系結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)開發(fā)者可以通過生成恰當?shù)牟寮碓鰪娦碌墓δ堋２寮梢苑譃槿悾活愂呛蠖瞬寮褂脩艨梢砸远喾N格式來存儲和輸入知識庫；一類是slot widgets類插件，用來為特定的域或特定任務合并槽或顯示邊界槽值；第三類是tab插件，與protege知識庫一起，提供基于知識的應用。后端插件支持在rdf schema、帶dtd的xml文件、xml schema文件中存儲和導入本體。jenajena是惠普實驗室提供的針對語

55、義web應用的開源java開發(fā)包20。它支持應用程序調(diào)用jena提供的接口操作本體數(shù)據(jù)：支持主流的本體描述語言，如rdf、rdfs；支持多種本體編碼方式，如n3方式和三元組方式：支持多種本體的存儲模型，如：內(nèi)存模型和數(shù)據(jù)庫模型等；支持基于rdfs的推理。另外，jena還支持利用sparql語言在本體數(shù)據(jù)中進行語義查詢。2.2 web服務2.2.1 web服務概述web service是建立可互操作的分布式應用程序的新平臺。web service平臺是一套標準，它定義了應用程序如何在web上實現(xiàn)互操作性。你可以用任何你喜歡的語言，在任何你喜歡的平臺上寫web service，只要我們可以通過we

56、b service標準對這些服務進行查詢和訪問。通常認為web服務體系結(jié)構(gòu)是由三種角色(服務提供者、服務請求者和服務注冊中心)和三個操作(服務發(fā)布、服務發(fā)現(xiàn)和服務綁定)構(gòu)成的。該體系結(jié)構(gòu)中三種角色的功能：服務提供者：它是服務的所有者，發(fā)布自己的服務和接口到注冊中心，并且對使用自身服務的請求進行響應。服務請求者：它是一個應用程序、一個軟件模塊或是男一個需要其它服務的服務。它向服務注冊中心提出服務請求，通過傳輸器綁定該服務，然后執(zhí)行該服務功能。服務消費者通過接口調(diào)用該服務。服務注冊中心：它是可搜索的服務描述注冊中心，服務提供者在此發(fā)布他們的服務描述。在靜態(tài)綁定或動態(tài)綁定執(zhí)行期間，服務請求者查找服務

57、并獲得服務的綁定信息(在服務描述中)。為了利用web服務，必然會發(fā)生以下三個行為：發(fā)布服務描述、查詢或查找服務描述以及根據(jù)服務描述綁定或調(diào)用服務。這些行為可以單次或反復出現(xiàn)，這些操作具體為：發(fā)布(publish)：為了使服務可訪問，需要服務提供者向服務注冊中心發(fā)布自己的功能和訪問接口，發(fā)布服務描述以使服務請求者可以查找它。查找(find)：在查找操作中，服務請求者直接搜索服務描述或者在服務注冊中心中查找所要求的服務類型。綁定(bind)和調(diào)用(invoke)：在檢索服務描述后，服務消費者通過服務描述的信息來定位、聯(lián)系和調(diào)用服務。為支持結(jié)構(gòu)中的三種操作(publish，find和bind)，web service體系結(jié)構(gòu)需要對服務進行一定的描述，這種服務描述應具有下面幾個重要特點：首先，它要聲明服務提供者的語義特征。服務注冊中心使用語義特征將服務提供者進行分類，以幫助具體服務的查找。服務請求者根據(jù)語義特征來匹配那些滿足要求的服務提供者。其次，服務描述應該聲明接口特征，以訪問特定的服務。最后，服務描述還應聲明各種非功能特征，如安全要求，事務要求，使用服務的費用等等。接口特征和非功能特征也可以用來幫助服務請求者對服務提供者的查找。we