電子信息系統(tǒng)領(lǐng)域知識復(fù)用方法

摘 要： 這里系統(tǒng)、全面的給出了能力需求領(lǐng)域知識復(fù)用方法。首先簡要介紹基于能力概念框架的需求獲取方法，然后定義了領(lǐng)域知識復(fù)用的層次，提出領(lǐng)域知識復(fù)用的方法，并提出一種綜合語義相似度計算方法，以提高本體映射的通用性、適應(yīng)性和相似度計算方法的全面性，設(shè)計了基于該方法的本體映射和本體合并方法。該方法是“基于能力概念框架的需求獲取、分析方法”的重要組成部分，為提高需求獲取質(zhì)量提供重要的理論和方法上的支撐。

關(guān)鍵詞： 電子信息系統(tǒng)； 能力需求； 知識復(fù)用； 本體復(fù)用

中圖分類號： TN911?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）04?0042?04

0 引 言

專用電子信息系統(tǒng)是一種典型的大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種由無線和有線通信網(wǎng)構(gòu)成的大規(guī)模分布式系統(tǒng)。每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都是一個人機交互系統(tǒng)，從技術(shù)角度看就是以軟件為核心的信息處理系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的研制往往涉及周期較長的應(yīng)用開發(fā)和系統(tǒng)集成，需要良好頂層分析和設(shè)計方法和技術(shù)，才能實現(xiàn)各分系統(tǒng)（子系統(tǒng)）的互操作，避免“煙囪式系統(tǒng)”的現(xiàn)象。目前，國際上流行的方法是引入體系結(jié)構(gòu)框架標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一需求設(shè)計的過程和產(chǎn)品，如美軍的《國防部體系結(jié)構(gòu)框架（DoD AF1.0）》[1]、英軍的《國防部體系結(jié)構(gòu)框架（MOD AF1.0）》[2]以及我國的《電子信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)指南》等。但是，如何獲取這種復(fù)雜系統(tǒng)的需求仍然是一個難題。其主要問題為，客戶（使用方和管理方）關(guān)心的是信息系統(tǒng)能否提高武器裝備系統(tǒng)的能力（功能和效能），能否幫助他們完成使命任務(wù)，很少提出準(zhǔn)確、細致的系統(tǒng)需求。而開發(fā)商由于缺乏部隊經(jīng)驗，對系統(tǒng)的應(yīng)用背景了解甚少，難以真正理解和把握項目需求的目標(biāo)，時常出現(xiàn)系統(tǒng)研制偏離應(yīng)用需求。

目前，西方發(fā)達國家普遍認(rèn)為，這類系統(tǒng)的策劃和研制必須與部隊的使命任務(wù)緊密聯(lián)系，從充分發(fā)揮武器裝備的功能和效能、提高部隊作戰(zhàn)能力出發(fā)，才能獲得滿足用戶需要的系統(tǒng)需求。比如，美國防部在2004年頒布了參聯(lián)會主席令《聯(lián)合能力集成與開發(fā)系統(tǒng)》等法規(guī)，英國國防部在2005年頒布的《國防部體系結(jié)構(gòu)框架（MOD AF1.0）》明確要求在需求獲取過程中開發(fā)能力視圖產(chǎn)品。因此，基于能力的需求分析與獲取方法將成為新一代電子信息系統(tǒng)研制的重要支撐手段。

在吸取DoDAF和MODAF的思想方法基礎(chǔ)上，提出一套能力需求獲取框架以及與之相適應(yīng)的方法，用于有效地引導(dǎo)用戶提出能力需求。本文側(cè)重于需求獲取過程中的領(lǐng)域知識復(fù)用方法。

1 領(lǐng)域知識復(fù)用

能力需求可以在不同的層次上進行抽象。這里采用三層概念抽象，構(gòu)成一個完整的需求體系，使得能力需求的獲取可以在不同抽象層次上進行描述。如圖 1所示。

基于能力概念框架的需求獲取方法是從作戰(zhàn)的使命任務(wù)出發(fā)，圍繞電子信息系統(tǒng)的能力需要構(gòu)建的需求模型。領(lǐng)域概念和領(lǐng)域概念模型其實就是領(lǐng)域?qū)＜以谔囟I(lǐng)域內(nèi)的知識和經(jīng)驗的積累，有效地復(fù)用這些知識，對于提高需求獲取的質(zhì)量具有決定性作用。然而由于能力需求模型是半形式化的，缺乏形式化的語義，無法進行概念的抽取合并，所以在進行概念復(fù)用之前，首先要將半形式化的能力需求模型轉(zhuǎn)換為能力需求本體。為此提出采用OWL?DL語言形式化描述能力需求模型的方法，由于篇幅原因，具體轉(zhuǎn)換方法本文不再詳細討論。

需求模型轉(zhuǎn)換為需求本體后，能力概念本體復(fù)用的方法如圖2所示。

1.1 領(lǐng)域知識復(fù)用的層次

圖 2中，本體復(fù)用分為兩個層次：基于應(yīng)用概念的領(lǐng)域本體抽取與合并以及領(lǐng)域本體復(fù)用。前者指得是從相關(guān)的應(yīng)用模型出發(fā)，抽取、合并相關(guān)的領(lǐng)域本體，從而豐富領(lǐng)域知識庫，為領(lǐng)域知識復(fù)用奠定基礎(chǔ)；后者指得是從已有的領(lǐng)域知識庫出發(fā)，抽取出領(lǐng)域相關(guān)的領(lǐng)域本體，合并這些領(lǐng)域本體，生成新的領(lǐng)域模型，指導(dǎo)新的應(yīng)用開發(fā)，從而實現(xiàn)領(lǐng)域知識的復(fù)用。

1.2 基于應(yīng)用概念的領(lǐng)域本體抽取與合并

主要任務(wù)是從已有的應(yīng)用模型中抽取出共同特性，抽象成領(lǐng)域本體，并與已有的領(lǐng)域本體合并，進而豐富領(lǐng)域知識庫。這是領(lǐng)域知識復(fù)用的基礎(chǔ)。領(lǐng)域知識庫總是從小到大，通過一次一次的案例積累，一次一次地應(yīng)用模型抽取，不斷豐富壯大的。這里的關(guān)鍵問題是如何計算應(yīng)用模型中相關(guān)概念的相似度，確定兩個或多個概念的相似性。如圖 3所示， “軍校”和“大學(xué)”就可以認(rèn)為是相同的概念，在領(lǐng)域?qū)泳涂梢院喜ⅰ?/p>

1.3 領(lǐng)域知識復(fù)用方法

主要任務(wù)是在實際建模時，從領(lǐng)域知識庫中檢索出相關(guān)領(lǐng)域本體，然后根據(jù)概念的相關(guān)性，合并多個領(lǐng)域本體，生成新的領(lǐng)域模型，然后通過該領(lǐng)域模型，構(gòu)造出用戶問卷，通過用戶問卷，引導(dǎo)最終用戶給出具體的需求，即實例化領(lǐng)域模型，最終生成應(yīng)用需求模型，完成基于領(lǐng)域本體復(fù)用的應(yīng)用需求模型獲取。其核心問題同應(yīng)用模型抽象一樣，都是本體映射及本體合并。

2 領(lǐng)域知識復(fù)用算法

近年來，本體作為一種領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)化描述和推理的基礎(chǔ)己經(jīng)獲得廣泛認(rèn)可。目前，本體的應(yīng)用領(lǐng)域越來越多，應(yīng)用本體的主要目的都是為了知識的共享和重用，即希望通過本體對信息的表達實現(xiàn)語義級的共享和重用。同時，本體使得推理規(guī)則的出現(xiàn)成為可能。然而，要構(gòu)建一個包羅萬象的頂級本體幾乎是不可能的，不僅難以構(gòu)建，也難以修正和維護。這必然導(dǎo)致不同的用戶根據(jù)自己的需要構(gòu)建不同本體。

由于本體自身的分散特性，并且由于本體的創(chuàng)建者不同，建模的觀點和方法不同，因而即使對同一個領(lǐng)域內(nèi)的問題建模，不同的領(lǐng)域?qū)＜议_發(fā)出來的本體必然存在著差別，這樣當(dāng)兩個本體協(xié)同工作時就會出現(xiàn)語義異構(gòu)的問題。面對本體的多樣性，要想完成信息交流的任務(wù)就必須在本體之間架起映射的橋梁。本體映射正是解決不同本體間知識共享和重用問題的方法，它的目的是找出不同本體中實體之間的語義關(guān)聯(lián)，并且將這種語義關(guān)系形式化地表達出來。

本文提出一種綜合語義相似度計算方法，以提高本體映射的通用性、適應(yīng)性和相似度計算方法的全面性，并設(shè)計了基于該方法的本體映射和本體合并方法。

2.1 本體映射方法

本文的本體映射方法通過綜合考慮描述本體的各方面信息，能夠比較全面地衡量本體中實體間的相似程度，選出合適的映射對，并進行多次循環(huán)，最終選出最佳映射結(jié)果提供給用戶進行篩選，具體算法如下所示：

算法：映射發(fā)現(xiàn)算法

輸入：本體O1， O2

輸出：映射對集合MAP={（e1， e2）}

2.2 本體合并方法

在第2.1節(jié)中，通過本體映射算法，可以初步發(fā)現(xiàn)本體O1，O2中的映射實體對。經(jīng)過用戶的篩選，將確定的實體映射對視為實體等價組，即認(rèn)為映射對中的實體是同一個實體，在此基礎(chǔ)上設(shè)計本體合并算法，自動合并這些等價的實體，從而達到合并兩個本體的最終目的。

本文的本體合并方法以一個本體作為主本體，如將O1作為主本體，首先將本體O2中存在等價關(guān)系的部分概念直接并入O1中的等價概念，然后利用廣度優(yōu)先搜索算法將O2中所有上述概念相連的實體添加至新合并的概念，根據(jù)屬性和實例等價組合并相關(guān)實體，最后將O2中剩余本體部分直接并入O1，得到合并后的新本體。具體本體合并算法描述如下所示：

3 結(jié) 語

基于能力概念框架的需求獲取方法是從作戰(zhàn)的使命任務(wù)出發(fā)，圍繞電子信息系統(tǒng)的能力需要構(gòu)建的需求模型。領(lǐng)域概念和領(lǐng)域概念模型其實就是領(lǐng)域?qū)＜以谔囟I(lǐng)域內(nèi)的知識和經(jīng)驗的積累，有效地復(fù)用這些知識，對于提高需求獲取的質(zhì)量具有決定性作用。本文詳細討論了電子信息系統(tǒng)能力需求的領(lǐng)域知識復(fù)用方法，首先通過三層概念抽象，明確了領(lǐng)域知識復(fù)用的層次，然后詳細討論本體復(fù)用的方法，并給出了詳細算法，為提高需求獲取質(zhì)量提供重要的理論和方法上的支撐。

參考文獻

[1] Group C4ISR Architecture Working. C4ISR architecture framework version 2.0 [R]. The United States： Department of Defense， 1997.

[2] Board MODAF Project Review. MOD architectural framework 1.0 [EB/OL]. [2014?07?15]. http：// www.happytreeflash.com.

[3] Group Object Management. UML2.0 infrastructure specification [EB/OL]. [2012?10?31]. http：//www. atlandown.com.

[4] Group Object Management. UML 2.0 superstructure final adopted specification [EB/OL]. [2003?08?02]. http：//www. omg.org/docs/ptc.pdf.

[5] 金芝.基于本體的需求自動獲取[J].計算機學(xué)報，2000（5）：486?492.

[6] 朱衛(wèi)星.基于領(lǐng)域知識復(fù)用的需求建模[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009（1）：30?36.

[7] 衛(wèi)小偉，殷鋒社，焦蕾.基于RDFS的教學(xué)資源庫的分析與設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（19）：195?198.

[8] 張成，石全，劉廣宇. 綜合電子信息系統(tǒng)毀傷效果評估方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（3）：29?33.

[9] 韓熙瑾.一種電子信息系統(tǒng)兼容工作選址分析方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（11）：151?154.