数据结构课程知识的本体模块化构建研究

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自OWL语言成为语义Web的标准以来,基于描述逻辑(DL)的本体在语义Web中迅速增多。目前语义Web中包含大量自主开发的本体,且本体的规模和复杂性也日益增大,如何对多个相互独立但有关联的本体进行表示及推理,如何实现有效的知识共享和重用是需要解决的问题。越来越多的科学研究致力于用本体模块化的技术来降低大本体管理和重用的复杂性。在计算机软硬件及机械制造等领域广泛应用了模块化的思想,通过对经验证的成熟模块进行重用,以避免设计和开发中的重复性劳动,并使产品有更高的可靠性、可移植性和可维护性,提高了产品的质量。处理大本体的可行方式之一是将它们划分为可管理的部分。本体模块化技术提供了一种方法来分别创建模块并在需要时将它们连接在一起,这种方式使对本体的重用更为方便可行,对本体的构建起到了重要作用。目前本体模块构建的相关理论和方法主要有:分布式描述逻辑(DDL)、基于包的描述逻辑(PDL)、ε-Connections理论及分布式动态描述逻辑(D3L)等。本文在比较了各种方法特点的基础上,结合实际建模的需求提出基于ε-Connections模块化构建数据结构课程知识本体库的方法,并根据基于ε-Connections理论扩展的Tableau算法,应用pellet推理机实现对所构建数据结构课程子本体模块的推理。ε-Connections连接的主要目的是使本体较小且互不相交,以方便地使用这些可用的单元,并且能根据模块化的需要以各种方式将它们链接起来。从模块化的观点来看,ε-Connections使用linkProperty来连接模块间的概念,用这种方式创建的数据结构课程本体实现了模块之间的独立性,并有利于各领域专家对各个子模块独立地进行开发及维护。将软件工程中模块化的机制应用于构建数据结构课程知识本体的过程中,分别构建本体子模块再进行相应的集成,这种做法使本体的构建更加方面,更能有力地支持对数据结构课程知识库的共享、重用和维护。与传统的构建方法相比,基于本体的ε-Connections的模块化构建主要优势有:(1)本体构建方便:降低了本体设计和实现的难度。所构建的模块化的本体库更易于后期开发人员的理解和维护。本体的粒度更小,便于由各领域专家协同开发;(2)本体描述简洁:能够简化本体的逻辑结构,通过模块化的方式,一个用复杂的逻辑描述语言构建的本体,可转化成由相对简单的逻辑描述语言构建的本体库。以链接关系来连接各个模块,降低了描述每个模块逻辑语言的复杂度;(3)本体推理高效:可降低推理的复杂度及时间。对多个模块化的本体进行联合推理时可根据需要将要查询的本体组成临时本体进行。在本体的模块越大,模块内部的关系越复杂时,推理的效率越会显著地提高;(4)本体重用便利:每个独立的模块所对应的概念及关系更少且更集中,所表示的意义更清晰,更便于理解和重用。本文所做的主要工作和创新点为:(1)分析几类主要的进行本体模块化构建的理论和方法,进行比较并结合实际建模的需求,详细阐述了ε-Connections理论并分析选择该方法作为构建领域本体库的原因;(2)以模块化的方式构建数据结构课程本体库。基于ε-Connection构建一个模块化的数据结构课程本体库。并根据基于ε-Connection扩展的Tableau算法,实现对所构建的数据课程本体库的推理。进行具体的实验,验证对数据结构课程模块化构建的方法是否能有效地降低本体构建的复杂度,并能方便地实现对模块的推理和重用。
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