摘  要： 提出了一種從關(guān)系數(shù)據(jù)庫半自動學習OWL本體的方法。該方法在形式化表示關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式和OWL本體的基礎(chǔ)上,，遵循從關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式到OWL本體的一組通用映射方法和規(guī)則,，并基于Java 2平臺實現(xiàn)了原型工具OntoLearner。利用OntoLearner進行的典型案例研究表明了該方法的有效性,。
關(guān)鍵詞： 本體學習,；關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式；本體工程,；OWL,；語義Web

    本體是語義Web的關(guān)鍵使能技術(shù)。使用現(xiàn)有本體編輯器手工開發(fā)本體是一項冗長而繁瑣的工作,，極易導致知識獲取的瓶頸,，所以本體學習[1]技術(shù)應(yīng)運而生。它極大地簡化了本體的構(gòu)建,，滿足了語義Web對于快速簡便構(gòu)造本體的需求,，在語義Web中起到了杠桿的作用。關(guān)系數(shù)據(jù)庫是基于Web的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的主要信息源,，數(shù)據(jù)庫模式中隱含著領(lǐng)域知識,。因此，從關(guān)系數(shù)據(jù)庫學習出的OWL本體更適合于數(shù)據(jù)密集型Web應(yīng)用的需要,。本文在形式化表示關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式和OWL本體的基礎(chǔ)上,，介紹了一種從關(guān)系數(shù)據(jù)庫半自動學習OWL本體的方法，設(shè)計出一套通用的映射方法和規(guī)則,，并基于Java 2平臺實現(xiàn)了原型工具OntoLearner,。
1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式
    關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型是以集合論中的關(guān)系(relation)概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來的數(shù)據(jù)模型[2]。為了便于形式化描述本體學習方法中的映射規(guī)則,，這里給出了關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式的形式化定義（符合3NF）,。
    定義1：一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式S=(L，pkey,，unique,，notnull，fkey,，subof,，fdependency)是七元組,，其中：
 

   
2 OWL本體
    本體是一組描述某領(lǐng)域內(nèi)概念及其屬性以及概念間關(guān)系的詞匯和公理的集合。W3C在2004年2月發(fā)布了標準化的Web本體語言O(shè)WL[3],。這里給出OWL DL本體的形式化定義,。
    定義3：一個OWL DL本體O=(Cept，Axiom)是二元組,，其中：
    (1)標識符集Cept=CID∪DPID∪OPID∪DTID是一個有限集,，由兩兩不相交的集合組成：
    ①一個類（class）標識符集CID；
    ②一個數(shù)據(jù)類型屬性(datatype property)標識符集DPID,；
    ③一個對象屬性（object property）標識符集OPID,；
    ④一個數(shù)據(jù)類型（data type）標識符集DTID，每個數(shù)據(jù)類型標識符是OWL本體中使用的預(yù)定義XML Schema數(shù)據(jù)類型標識符,。
    (2)公理集Axiom=CAxiom∪PAxiom是一個有限集,，由兩兩不相交的集合組成：
    ①一個類公理（class axiom）集CAxiom，包含本體中定義的所有類公理,；
    ②一個屬性公理（property axiom）集PAxiom,，包含本體中定義的所有屬性公理,。
3 從關(guān)系數(shù)據(jù)庫學習OWL本體的方法
    從關(guān)系數(shù)據(jù)庫學習OWL本體的可行性基于以下事實：運用數(shù)據(jù)庫逆向工程方法可從關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式中提取ER模式[4],；ER模式可語義保持地轉(zhuǎn)換成OWL本體[5-6]。因此,，本文針對現(xiàn)有本體學習方法和工具的不足,，提出了一種從關(guān)系數(shù)據(jù)庫學習OWL本體的方法,，該方法分為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的逆向工程和從關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式到OWL本體的映射兩部分。
3.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的逆向工程
    數(shù)據(jù)庫逆向工程DBRE(Database Reverse Engineering)指的是從物理數(shù)據(jù)庫恢復數(shù)據(jù)庫邏輯和概念模式,，一般分成兩個互相獨立的階段：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的提取和概念化,。在研究和分析數(shù)據(jù)庫逆向工程現(xiàn)有理論和方法的基礎(chǔ)上，本文制定了一套適合本體學習工程環(huán)境的較完備的逆向工程方法,。
3.2 從關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式到OWL本體的映射
    為了形式化表示從關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式到OWL本體的映射規(guī)則,，需要預(yù)先定義以下輔助函數(shù)：
    (1)IS(x)：布爾函數(shù)。若x（表達式）成立,，則IS(x)=True,；否則IS(x)=False。
    (2)idMap(ID)：將關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式中的關(guān)系名和屬性名映射為OWL本體中的同名標識符,。即若ID是關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式中的關(guān)系名和屬性名，則idMap(ID)=ID∈CID∪DPID∪OPID,。
    (3)dtMap(DT)：將關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式中的數(shù)據(jù)類型名映射為OWL本體中使用的數(shù)據(jù)類型（XML Schema數(shù)據(jù)類型）標識符,。即若DT是關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式中的數(shù)據(jù)類型名，則dtMap(DT)=DType∈DTID,。
3.2.1 屬性公理的生成規(guī)則
    規(guī)則1 將關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式中關(guān)系的非外鍵屬性及其相應(yīng)的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型映射為OWL本體中以關(guān)系對應(yīng)類為定義域的數(shù)據(jù)類型屬性及其相應(yīng)的預(yù)定義XML Schema數(shù)據(jù)類型,。形式化表示為：
 
3.2.3 類關(guān)系的啟發(fā)式規(guī)則
    規(guī)則11 如果兩個實體關(guān)系的主鍵之間存在包含依賴關(guān)系,，則這兩個關(guān)系對應(yīng)的OWL本體中的兩個類之間存在父類和子類的關(guān)系。形式化表示為：
  
3.3 OntoLearner設(shè)計思想
    本體學習工具OntoLearner的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示,?；贠ntoLearner，本體學習的過程由下面三個子過程組成：

    (1)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的逆向工程,。使用逆向工程的方法從關(guān)系數(shù)據(jù)庫中獲取規(guī)范化至3NF的數(shù)據(jù)庫模式信息,，明確數(shù)據(jù)源的語義；
    (2)從關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式到OWL本體的映射,。以提取出的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式（3NF）作為輸入,，按照一組通用的啟發(fā)式規(guī)則實現(xiàn)從關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式到OWL本體的映射，并以可視化的方式顯示,；
    (3)利用現(xiàn)有本體工程工具對生成的OWL本體進行精煉,、評估和驗證。
4 實例
    使用MS SQL Server 2000創(chuàng)建一個包含大學基本信息情況的關(guān)系數(shù)據(jù)庫University,，并插入實例數(shù)據(jù),。利用OntoLearner對該數(shù)據(jù)庫進行本體學習，運行結(jié)果如圖2所示,。

    語義Web研究的重點就是如何把信息表示為計算機能夠理解和處理的形式,，即帶有語義。本體在創(chuàng)建這種機器可理解和處理的Web內(nèi)容中扮演著關(guān)鍵的角色,。由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫是本體學習重要的知識源,，所以研究從關(guān)系數(shù)據(jù)庫學習OWL本體的方法，對數(shù)據(jù)密集型Web站點向語義Web遷移,、動態(tài)Web頁語義標注,、構(gòu)建新一代信息管理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等均具有重要的現(xiàn)實意義。
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