（计算机应用技术专业论文）面向综合型系统的语义web服务.pdf

摘要 摘要 语义w e b 服务和语义w e b 服务的自动组合是近期一个热门的研究课题。目 前与语义w e b 服务有关的研究工作大部分针对语义w e b 的层次结构，使用 o w l s 语言，而本文的研究工作着重于语义w r e b 与知识工程的结合。在知识 工程中，用本体描述领域知识和p s m s ( p r o b l e ms o l v i n gm e t h o d s ，p s m s ) ，不 但使知识工程更加科学化和规范化，而且通过将知识工程与语义w e b 结合，使 p s m s 也纳入了w - e b 服务的范畴。 通常基于知识的系统可分为两部分：分析型和综合型。分别对应人类求解 问题中的分析问题和解决问题这两个阶段。其中，综合型系统一般分为配置、 分配、调度、规划等类型，在有些文献中已经给出了一个总的问题解决框架。 本文在此基础上，针对实际领域所具有的知识的特征，对传统的综合型系统的 p s m s 进行研究，设计了新的p s m s 。通过抽取p s m s 的主要概念，以及分析概 念之间的关系，给出了综合型系统的语义w e b 服务组合架构解决型语义 w e b 服务。并通过w s m o ( w e bs e r v i c em o d e l i n go n t o l o g y ) 平台，将综合型系统的 p s m s 转换为语义w e b 服务组合的描述，实现了语义w e b 服务的组合架构，最 终可通过i r s ( i n t e r a c tr e a s o n i n gs e r v i c e ) 进行发布。 本文的主要工作如下： ( 一) 针对实际领域所具有的知识的特征，对传统的综合型系统的p s m s 进行研究，设计了新的p s m s 。 ( 二) 基于p s m s 设计了解决型语义w e b 服务，将综合型系统的求解转为 语义w e b 服务的组合。解决型语义w e b 服务由一系列小粒度的语义w e b 服务 组合而成，分为知识级语义w e b 服务和原子级语义w e b 服务两种类型。为了支 持服务执行关系在架构中的正确反映和执行控制，使用了在组合架构中的执行 控制算子，为组合服务转为可执行过程提供了基础。同时为语义w e b 服务的自 动组合研究提供了良好的基础。 ( 三) 解决型语义w e b 服务的实现与发布。基于w s m o 平台，将综合型 系统的p s m s 转换为语义w e b 服务组合的描述，并加以实现，并通过i r s 进行 发布。 关键词综合型系统：语义w e b 服务；服务自动组合；p s m s ：w s m o a b s t r a c t a bs t r a c t s e m a n t i c 、bs e r v i c e si sat o pr e s e a r c hw o r k , w h i c hi sc o m p o s e do fs e m a n t i c w e ba n dw e bs e r v i c e c u r r e n t l yr e s e a r c hw o r kr e l a t e dt os e m a n t i cw e bs e r v i c e si s l a r g e l yo r i g i n a t e df r o ms e m a n t i cw e bg r o u p s ，m a i n l yb a s e d0 1 1o w l - sl a n g u a g e ，b u t t h i s p a p e rf o c u s e so nt h ec o m p o s i t i o nr e s e a r c ho fs e m a n t i c 黝a n dk n o w l e d g e e n g i n e e r i n g i nk n o w l e d g ee n g i n e e r i n g ，o n t o l o g yi su s e dt od e s c r i b et h ec e r t a i nf i e l d k n o w l e d g ea n dp s m s ( ( p r o b l e ms o l v i n gm e t h o d s ，p s m s ) ) i ti sn o to n l yp r o m o t i n gt h e k n o w l e d g ee n g i n e e r i n gm o r es c i e n t i f i ca n ds t a n d a r d i z e d ，b u ta l s oc o n d u c t i n gt h ep s m s i n t os e m a n t i c 的s c o p et h r o u g ht h ec o m p o s i t i o n 。 i ng e n e r a l l y ，k n o w l e d g e - b a s e ds y s t e mc o u l db ed i v i d e di n t ot w oc l a s s e s ：a n a l y s i s s y s t e ma n di n t e g r a t i o ns y s t e m ，w h i c ha r ec o r r e s p o n d i n gt oh u m a nw h oa n a l y z ea n d s o l v et h ep r o b l e m a m o n gt h e m ，t h ei n t e g r a t e ds y s t e mg e n e r a l ! yi n c l u d e sc o n f i g u r a t i o n , d i s t r i b u t i o n , s c h e d u l i n g ，p l a n n i n g i ns o m el i t e r a t u r e ，h a sg i v e nag e n e r a lm e t h o do f p r o b l e m s o l v i n g o nt h i sb a s i s ，a c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i c so ft h ek n o w l e d g e ，a n d r e s e a r c ht h et r a d i t i o n a lm e t h o do fp r o b l e m - s o l v i n g ，t h e p a p e rp r o p o s e sn e w p r o b l e m - s o v i n gm e t h o d s t h ep a p e rp r o v i d e st h ec o m p o s i t i o nf r a m e w o r ko fs e m a n t i c w e bs e r v i c eo fi n t e g r a t i o np r o b l e m i n t e g r a t i o ns e m a n t i cw e bs e r v i c e s ；b u i l da n e x p e r i m e n t a lk n o w l e d g e - b a s e ds e m a n t i cw e bs e r v i c e s t h r o u g ht h ew s m o ( w e b s e r v i c em o d e l i n go n t o l o g y ) p l a t f o r m ，t r a n s f o r m ss t r u c t u r eo fi n t e g r a t i o n s y s t e mi n t o s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，t h r o u g ht h ei r s ( i n t e r n e tr e a s o n i n gs e r v i c e ) p u b l i s ht ot h e i n t e r n e t n l em a i nw o r k si sa sf o l l o w s ： ( 1 ) a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ea c t u a lk n o w l e d g eo ft h ef i e l d ，t h ep a p e r w i l ls t u d yt h et r a d i t i o n a li n t e g r a t i o ns y s t e mo fp s m s ，a n dg i v e sn e wp s m s ( 2 ) t h r o u g ht h ec o n c e p t sa n a l y s i s o f p s m s ，p r o p o s e s t h e c o r r e s p o n d i n g c o m p o s i t i o nf r a m e w o r ko fs e m a n t i cw e bs e r v i c e so fi n t e g r a t i o np r o b l e m ， t r a n s f e r st h ei n t e g r a t i o np r o b l e mt ot h ec o m p o s i t i o nb yas e r i e so fs e m a n t i cw e b s e r v i c e s 1 1 1 ec o m p o s i t i o nf r a m e w o r kr e p r e s e n t sa sl a y e r e dt r e es t r u c t u r e t o m a n a g et h ee x e c u t i o nc o n t r o l ，e x p a n d e dt h ec o n t r o lo p e r a t o rw h i c hp r o v i d et h e i m p l e m e n tf o u n d a t i o no ft r a n s f e r r i n gt h ew e bc o m p o s i t i o nt oe x e c t a b l ep r o c e s s ( 3 ) t h r o u g ht h ew s m op l a t f o r m ，t r a n s f o r m ss t r u c t u r eo fi n t e g r a t i o ns y s t e mi n t o s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，b u i l d sam o t i v a t i o ne x a m p l ew h i c hw o u l db ep u b l i s h e d o n l i n e i i i 北京工业大学t 学硕十学位论文 k e y w o r d si n t e g r a t i o ns y s t e m ；s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ；p r o b l e ms o l v i n gm e t h o d ；w s m o - 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：弛之日期：丝至：笸：z 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：盘么幺 导师签名： 第l 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 随着人类社会的不断发展，计算机科学也在不断发展，而且学科间的交叉 也越来越多，比如说计算机科学和哲学、心理学等，一个典型的例子就是关于 人的认知的研究。最先在哲学领域提出了这个概念，随后心理学也开始了研究 认知理论，而后随着人工智能的不断发展，计算机科学家们也对人类认知越来 越感兴趣了，并提出了人类认知过程的计算机模型，即人的认知模型【l 】。所谓 认知，通常包括感知与注意、知识表示、记忆与学习、语言、问题求解和推理 等方面【2 】。建立认知模型的技术常称为认知建模，目的是为了从某些方面探索 和研究人的思维机制，特别是人的信息处理机制，同时也为设计相应的人工智 能系统提供新的体系结构和技术方法。2 0 世纪7 0 年代开始，人工智能由理论 探索转向实际应用，发展了以专家系统为中心的知识工程。在专家系统中包括 了大量专门领域的知识、环境知识和一般常识，知识的表示和运用成为关键问 题。到2 0 世纪8 0 年代，已经生产出专家系统的商品化成果，如医学专家系统、 地矿勘探系统等。 在近些年的研究中，有些研究人员将基于知识的系统按应用领域分为分析 型系统和综合型系统，这与思维的基本过程相关联。思维是一种高级的认知活 动，问题求解是其主要的表现形式。思维的基本过程是分析与综合，同时分析 与综合又是同一思维过程不可分割的两个方面，任何思维活动既需要分析，又 需要综合，分析是综合的基础。因此，本文认为人类解决问题需要两个过程： 分析问题和解决问题。分析型系统所针对的是以分析为主的领域，例如：诊断； 而综合型系统所针对的是以综合为主的领域，例如：规划。若与问题求解的过 程对应，则可把综合型系统看成为以解决问题为主的系统类型。随着计算机的 普及，互联网在当今社会的影响不言而喻，它的基本功能也从知识的查询扩展 到提供服务。传统的w e b 体系结构已越来越不能满足新的发展需求，因为传统 的w e b 服务技术缺乏计算机可理解的语义，限制了w e b 服务的自动化。因此， 近年来，w w w 的发展出现了两个新兴的重要发展趋势。一个是w e b 服务。 w e b 服务是一些自包含、自描述、模块化的程序，可以发布在w e b 上，并被发 现和调用。w e b 服务使得w w w 从静态的、松散的w e b 页面集合逐渐演化成 动态的、互联的应用和服务平台【2 】。另一个是语义w e b 。语义w e b 服务是结合 语义w e b 和w e b 服务两方面技术的一个热门的研究课题。语义w e b 研究的目 标是扩展当前的w e b ，赋予w e b 中的所有信息以定义良好的语义，让计算机能 够理解和处理，从而使人和计算机更好地协作，充分发挥w w w 这个巨大的分 北京t 业大学工学硕士学位论文 布式信息系统的潜力。 目前与语义w e b 服务有关的研究工作大部分来源于语义w e b 的层次结构， 都是基于o w l s 语言，o w l s 语言来自于d a m l s ，它使用o w l 作为本体 语言从语义上描述w e b 服务【3 】。还有一部分的研究工作来源于语义w e b 和知识 工程的结合，通过对基于知识的系统的推理部分一s m s 的研究，采用本体 描述，对p s m s 采用以具有的领域知识为标准，开展分析、挖掘和归纳，进一 步加深对其本质的了解。其语义w e b 服务的研究使用w s m o 体系，与o w l s 相比，它覆盖了o w l s 的大部分描述元素，并引入了额外元素 4 1 。w s m o 的 特点是在语义层上面区分目标和w e b 服务( 可以实现目标的服务的描述) ，因 此，可以支持功能驱动的服务的匹配和调用。另一个特征是桥的使用，所有的 数据绑定都使用桥来变换过程，相对于把桥和w e b 服务同等对待的o w l s 、 b p e l 4 w s ，增加了可理解性，较好地解决了异构问题【引。基于知识工程路线的 语义w e b 服务的代表系统是i r s i i 、i r s i i i t 酬。i r s i i 使用基于知识的系统的 可重用组件构建知识模型，将一个p s m s 看成是一个w e b 服务。而后继的系统 i r s i i i 实现了w s m o 体系，把重点转向w e b 服务的组合，并主要支持特定的 商业领域，提供了一个半自动的w e b 服务的组合方法 7 1 。2 0 0 7 年，i r s i i i 重新 对目标提出了新的模型【8 】，设计和使用目标模板作为引导组合操作的抽象模型， 应用到了生物工程学【9 1 、医掣1 0 1 、空间数据集成【l l 】、政府机构【1 2 1 等领域。 1 2 研究背景 1 2 1 语义w e b 传统的w ，e b 资源由于缺乏明确的描述而无法清楚地表达w 曲资源的语义， 如果信息能以语义定义形式存在，则将大大提高资源的共享能力。目前热门的 语义w e b 技术，是指用含有语义的标记语言来描述w e b 服务的语义，使w e b 服务成为计算机可以理解的实体，其基本出发点是：将机器可读的信息加入w e b 页面，采用本体( o n t o l o g y ) 的天然的共享的技术精确定义w e b 资源中的词汇， 利用知识表示技术中逻辑( l o g i c ) 的优良的形式化结构和推理规则实现w e b 资源的自动推理【1 4 1 。语义w e b 的概念由t i mb e m e r s l e e 于1 9 9 8 年首次提出。 2 0 0 0 年b e m e r s l e e 在x m l 国际会议上提出了语义w e b 的层次结构，它主要 基于x m l 和r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) ，并在此之上提供本体和 逻辑推理规则。在语义w e b 的发展过程中，世界各地的各个研究机构和科研人 员都在密切关注着它的发展，从理论到实践、从标准到规范，都在做着不懈的 努力【1 5 1 。其中，语义w - e b 标记语言的研究是其核心内容。美国m a r y l a n d 大学 第l 苹绪论 创立了s h o e ( s i m p l eh t m lo n t o l o g ye x t e n s i o n ) ，它的语法基于h t m l ，语 义基于h o r n 逻辑。欧共体的o n t o k n o w l e d g e 项目 o n t o k 资助开发了o i l ， 它是在r d f s 层之上增加定义的一层，基于描述逻辑( d e s c r i p t i o nl o g i c ) 以提 供形式化的语义和推理功能。美国d a r p a 资助的d a m l ( d a r p a a g e n tm a r k u p l a n g u a g e ) d a m l 项目产生了d a m l ，由于d a m l 更多地和o i l 保持了一致 性，因此后来的版本称为d a m l 十o i l 0 6 o w 3 co w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) 工作组在d a m l + o i l 的基础上进行了一定的改进，2 0 0 4 年2 月1 0 日，o w l 正式成为w 3 c 推荐的标准。d a m l + o i l 和o w l 都是建立在r d f 和r d f s 之 上，基于描述逻辑以提供形式化的语义和推理功能，从而为语义w - e b 提供了 o n t o l o g y 层。o w l - s 来自于d a m l s ，它使用o w l 作为本体语言从语义上描 述w e b 服务【1 7 1 。 1 2 2 知识工程中的p s m s 知识工程【1 8 j ( k n o w l e d g ee n g i n e e r i n g ) 最初是由费根鲍姆( f e i g e n b a u m ) 于 1 9 7 7 年提出来的。当时，他认为“知识工程是用人工智能的原理和方法，对那 些需要专家知识才能解决的应用难题提供解决的手段”。1 9 8 0 年本体首先被j o h n m c c a r t h y 从哲学领域引入计算机领域。1 9 8 5 年w i l l i a mj c l a n c e y 【1 9 1 提出了启 发式分类的知识处理思想。1 9 9 8 年p e r e z 等人提出比较完善的本体思想后，许 多本体库被开发出来。知识工程的研究也与本体结合，主要方向可分为两部分： 一个是建立基于领域本体的本体库；另一个是关于p s m s 及其方法论的研究， 如c o m m o m k a d s ，主要研究知识密集型领域的p s m s 2 0 1 。p s m s 描述了独立领 域的一个通用的推理行为。这些工作通过对基于知识的系统( 通常是指应用于 知识密集型领域的系统) 的推理部分的研究，采用本体描述，从而与语义w r e b 服务建立对应，走出了一条基于知识工程的语义w 曲服务的研究路线。1 9 9 8 年，b e n j a m i n sa n df e n s e l 的e d i t o r i a l ：p r o b l e m s o l v i n gm e t h o d s 文章使p s m s 【2 1 1 开始进入一个比较成熟的阶段。 在c l a n e e y 提出的启发式分类的知识处理思想基础上，2 0 0 0 年，e n r i c om o t t a 和 w e n j i nl u 在 i b r o w( a n i n t e l l i g e n tb r o k e r i n g s e r v i c ef o r k n o w l e d g e c o m p o n e n tr e u s eo nt h ew o r l d w i d ew e b ) i 程中提出了一种分类的 模型化方法，在他们的研究中将与已知的类别匹配时可能发生的情况根据匹配 标准的不同分为四种，用以处理分类问题田】。 北京1 = 业大学t 学硕士学位论文 1 2 3 语义w - e b 服务的知识工程路线 f e n s e l ，m o t t a 和b e n j a m i n s 继续p s m s 的研究，并在i b r o w 项目( 主要目 标是开发一组支持万维网重用的组件群，1 9 9 9 ) 的第二次大会( 2 n di b r o w m e e t i n g ，17 18m a y 2 0 0 0 ) 上提出了一个称为u p m l ( u n i f o r mp r o b l e m - s o l v i n g m e t h o d d e s c r i p t i o nl a n g u a g e 统一p s m s 语言) 的框架【2 3 】，它是一个p s m s 开发 语言，其功能是描述组件、描述连接组件的适配器和这些组件应满足的约束。 u p m l 定义了四个主要的知识组件：任务，问题求解方法，领域模型和本体。 在项目的第三次会议( 3 r di b r o wm e e t i n g ，1 1 1 2o c t 2 0 0 0 ) 上提出了o c m l 建模语言，o c m l 是建立在l i s p 之上的宏，因此具有l i s p 的天然灿优势。 o c m l ( m o t t aa n dl a m b e r t ，2 0 0 0 ) 2 4 - 2 5 】通过一组已经定义类型的数据结构( 函数、 关系、类、实例和规则) 来支持知识模型的构建，同时还包括本体和p s m s 的 定义。目前，在k m i 的很多项目( 包括i r s 系统) 中都使用o c m l 来模型化 知识结构，如知识管理、本体开发、电子政务和基于知识的系统开发等。现在 已有一些可重用的模型化组件来支持o c m l ，它们提供了一些知识组件的可重 用性。 i r s 开始于i b r o w 工程，是k m i ( k n o w l e d g em e d i ai n s t i t u t eo fo p e n u n i v e r s i t y ) 组织的一个语义w e b 服务框架，最初由英国的o p e nu n i v e r s i t y 大学 提出并组织研究，它支持异源地语义w r e b 服务的发布、定位、组合和执行，且 支持w e b 服务的语义推理规则。目前有两个实现的版本，是2 0 0 3 年开始的i r s i i 和2 0 0 4 年开始的i r s i i i 。i r s i i 已经应用于m i a k t 项目，目前i r s i i i 应用于 d i p 项目、s u p e r 项目、l u i s a 项目、l h d l 项目和w s m o 工作小组【z 6 。2 7 。 w s m o 工作组是欧洲语义w e b 组织( e s s i ) 下属的一个团队，是在s e k t 项目、d i p 项目和a s g 项目中发展起来的。小组中很多语义领域专家是o p e n u n i v e r s i t y 成员，也都曾是i r s 小组成员，在研究i r s i i 后继续w s m o 的研究， i r s i i i 版本就已经按照w s m o 来构建w e b 服务本体。e s s i 的w s m o 工作组 的目的是通过这几个关键的欧洲语义项目更好的发展语义w r e b 技术，进一步规 范化语义w e b 服务的语言标准和构建语义w e b 服务体系结构和平台。在提炼和 扩充的基础上提出了w s m o ( w e bs e r v i c em o d e l i n go n t o l o g y ) ，即w e b 服务模 型本体框架标准，该标准已于2 0 0 5 年6 月提交给w 3 c 组织审核1 2 7 - 2 8 。 w s m l 工作小组是w s m o 工作小组的一部份，w s m l 工作小组致力于开 发一种称为w s m l ( w e bs e r v i c em o d e l i n gl a n g u a g e ) 的语义w r e b 本体( w s m o ) 模型化语言。因此具有以下任务：开发一种适合于语义w e b 服务的模型化语言， 提供一个基于规则的语义w e b 服务语言 2 9 。0 1 。 w s m os t u d i o1 3 l j 是d i p 项目、i n f r a w e b s 项目、s e m a n t i c g o v 项目、s u p e r 第l 章绪论 项目部份基金的成果。它是一个开源的语义w e b 服务和语义模型本体( w s m o ) 的语义商业模型环境平台。它由一系列可嵌入e c l i p s e 的第三方软件组成。 w s m os t u d i o 现在已支持w m d o w s 、u n i x 、o s 平台上的使用。它的版本从2 0 0 5 年的o 1 1 版本到目前的0 7 2 版本。2 0 0 5 年6 月推出的w s m o 建立语义w e b 服务应用a p i 和实现参考的w s m 0 4 j 【3 2 】；2 0 0 5 年1 1 月推出的关于w s m l 语 言的一系列工具，如w s m l 推理工具w s m ld lr e a s o n e r 和w s m l 语言校 验工具w s m lv a l i d a t o r 。 1 3 本文的主要工作 在以往工作的基础上，本文根据综合型系统实际知识的类型，在对传统综 合型系统p s m s 研究的基础上，总结出了一个综合型系统总的解决方法。基于 p s m s 设计了综合型系统语义w e b 服务组合架构，本文称之为解决型语义w e b 服务。w s m o 是构建知识系统的语义w e b 服务的平台，因此选择w s m o 平台 实现了可发布的解决型语义w e b 服务。为达到这一目的需要三个方面的工作： ( 一) 针对实际领域所具有的知识的特征，对传统的综合型系统的p s m s 进行研究，设计了新的p s m s 。 ( 二) 基于p s m s 设计了解决型语义w e b 服务组合架构，将综合型系统的 求解转为语义w e b 服务的组合。解决型语义w e b 服务组合架构由一系列小粒度 的语义w e b 服务组合而成，分为知识级语义w e b 服务和原子级语义w e b 服务 两种类型。为了支持服务执行关系在架构中的正确反映和执行控制，使用了在 组合架构中的执行控制算子，为组合服务转为可执行过程提供了基础。 ( 三) 综合型系统的语义w e b 服务组合架构的实现与发布。基于w s m o 平台，将综合型系统的组合架构转换为语义w e b 服务描述，实现了解决型语义 w 曲服务，通过瓜s 进行发布。并加以实现。 1 4 论文组织结构 本文的整体结构如下： 第一章，首先对综合型系统的研究背景、研究意义、研究现状以及本论文 的研究内容进行了概括性的介绍。 第二章，主要介绍综合型系统概念，包括其特点，分类等。设计综合型系 统的p s m s ，并对其具体执行方法进行了详细的解释。 第三章，主要介绍将综合型系统转换为语义w | e b 服务的组合架构。组合架 构由知识级语义w e b 服务和原子级语义w e b 服务两种组成，呈分层树状结构。 北京工业大学工学硕士学位论文 扩展组合架构加入了控制算子，为组合服务成为一个可执行过程提供了执行控 制。 第四章，主要介绍解决型语义w e b 服务的实现，包括w s m o 、i r s 平台的 介绍和实例构建一个综合型系统的语义w e b 服务组合，并用l i s p 程序实现了服 务间的连接。 第2 章综合型系统的p s m s 第2 章综合型系统的p s m s 基于知识的系统可分为两部分：分析型和综合型。在一些文献中中，已经 设计了一个综合型系统总的解决方法，本文在此基础上，分析了各种综合型系 统的特征，设计了一个改进的p s m s ，使其适合于采用w e b 服务组合方式进行 知识系统的处理。 2 1 背景知识 2 1 1 综合型系统 人类的问题求解过程可分为分析问题，解决问题两个过程，而综合型系统 的主要工作对应的就是解决问题的阶段，综合任务就是根据输入建立一个系统 的描述。综合型系统又可分为配置、规划、分配、调度四种。配置任务设计是 根据给定一个预先定义好的组件的集合，找到一个满足要求且遵守约束的组件 集合，他主要以空间顺序来实施设计的；而规划任务设计主要是指给定一些目 标描述，产生一个规划，该规划包括一个满足这个目标的动作或者活动的顺序 集，主要以时间的先后顺序来实施规划动作。配置和规划都是通过一些给定的 元素来生成一个设计，两者的主要区别是配置是以空间来实施设计，而规划是 以时间的先后顺序来实施规划动作。分配任务是指在两组对象( 主体、资源) 之间创建一个关系，这些对象满足要求并遵守约束，资源主要是在空间基础上 表2 1 综合任务的基本特征 t a b l e2 - 1t h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so f a ni n t e g r a t e dt a s k 任务类型输入输出知识特征 综合要求系统结构元素、约束、生成系统的描述 偏好 配置要求制品描述约束、偏好生成配置的信息 规划目标、要求动作规划动作、约束、动作以时间的顺 偏好序排列 分配对象集、要求集合1 到集合约束、偏好映射并不需要一 2 的映射对一 调度作业、资源、分配到资源的约束、偏好面向时间的特征 要求、时间槽时间槽的活动 北京t 业大学t 学硕士学位论文 进行分配；调度任务是指给定一个预先定义的作业集合，每份作业都包括单元 的临时活动顺序，为所有的单元分配资源，同时符合约束，资源的分配是以时 间顺序来进行的分配；分配和调度实际上都是资源的分配，区别主要在于分配 是以空间顺序来分配资源，而调度是以时间的顺序来进行资源分配；他们的基 本特征如表2 1 所示。 2 1 2p s m s p s m s 在当今被看作是构建知识库系统( 1 s ) 的主要组件。p s m s 描述了在 领域独立的方式下实现一个知识库系统的推理过程，其思想最早源于启发式分 类。一个p s m s 的描述如下： ( 1 ) p s m s 明确了为了实现任务的目标需要执行什么样的推理行为。 ( 2 ) p s m s 定义了在这些行为上的一个或多个控制结构。 ( 3 ) 知识角色明确了领域知识在每个推理行为中所扮演的角色。这些知识角 色定义了独立于领域的通用术语。主要有两类角色：静态角色，描述了p s m s 所需的领域知识；动态角色，形成了推理行为的输入和输出。 p s m s 有以下几个目的： ( 1 ) 知识库系统构建( 知识工程) ：一个p s m s 对于构建用于描述实现特殊 任务目标的问题解决程序是非常有用的。通常，这里含有一个任务分解 方法。 ( 2 ) 知识库系统规范( 推理) ：一个p s m s 可以描述一个用于实现任务目标 的有效的推理过程。在这个意义上，一个p s m s 关心的是构建过程的产 物，这个方法与知识库系统的设计模型相关。 ( 3 ) 认知建模：一个p s m s 可以描述人类解决问题的认知模型。 在知识工程和知识获取中p s m s 扮演着重要角色。它可以通过应用领域知 识来有效地实现目标，引导领域知识的获取过程，并通过重复使用来推动知识 库系统的开发。 2 2 综合型p s m s 虽然解决问题是综合型系统的主要共同特征，但是很多综合型系统本身特 点又千差万别，因此，如何找到一个通用的p s m s 似乎成了一大难题。而实践 证明找到一个通用的p s m s 又非常有用，这样做有利于资源的重用。 - 8 - 第2 章综合型系统的p s m s 2 2 1 已有p s m s 在2 1 中本文已经知道综合型系统总的特征，在以往的文献中已经有了综合 型系统总的p s m s ，如图2 1 中所示： 图2 1 综合型系统的p s m s f i g u r e2 - 1i n t e g r a t e dt a s kp r o b l e m - s o l v i n gm e t h o d s p s m s 由四个步骤组成： 1 ) 实施要求 分析要求并且将这些要求转换成一个可运作的表示。输出一般是两个不同 的要求集。 2 ) 产生可能的系统结构。 3 ) 选择正确的系统结构。 4 ) 以偏好顺序对系统进行排序。 北京工业大学工学硕士学位论文 此方法有点是思路清晰，简介，但是仔细分析一下，发现其求解过程过于 粗略，而且实际问题千差万别，一些领域的问题并不适用，而且如果生成系统 不正确时，没有相应的方法去修改。因此，本文在下节中将给出一个改进的 p s m s 。 2 2 2 改进的p s m s 图2 - 2 改进的综合p s m s f i g u r e2 - 2i m p r o v e di n t e g r a t e dt a s kp r o b l e m s o l v i n gm e t h o d s 总的来说综合型系统的p s m s 主要分为三个部分，即设计扩展，方法验证， 修改方案三大块部分，如图2 2 所示。 本文将根据具体问题的实际情况来选择相应的问题解决方案。这些本文将 在下面所给的细化的综合p s m s 中去详细说明，如图2 3 所示。 第2 章综合型系统的p s m s 图2 3 综合系统p s m s 的细化 f i g u r e2 - 3r e f i n e di n t e g r a t e ds y s t e mp r o b l e m - s o l v i n gm e t h o d s 北京t 业大学工学硕十学位论文 2 2 3p s m s 的三个部分 在2 2 2 中已经提到，改进的p s m s 分为设计扩展，方法验证，修改方案三 大块部分，在这一节中将详尽的解释这三个部分的作用。 l 、设计扩展 设计扩展主要包括输入，轮廓设计、系统生成三部分。 输入：一般来说输入既是一组要求。 轮廓设计：为任务设定一个容身之处，也可以理解为系统的基本构架。 系统生成：系统生成又可分为直接生成法、软要求生成法两种。 直接生成法：根据系统的基本轮廓，采用穷取法，不加任何约束生成所有 符合基本轮廓的解决方案。 软要求生成法：根据系统的基本轮廓，加入一些要求来生成符合基本轮廓 的所有方案。即通过软要求晒掉一些不符合要求的方案。 本文将以奥运秒表规划系统和成绩打印分发系统为例来说明两种生成方法 的不同。 项目一) 秒表( 数量) 表示归还秒表数量；秒表( 数量) 一) 项目表示 分配秒表数量。 奥运秒表规划系统由资源和单元两部分构成，单元即为待分配的奥运项目， 资源就是奥运秒表。系统的基本轮廓如下： ( 时间( ( 秒表( 数量) 项目) ( 秒表( 数量) o 项目) ) ) ( ( 项 目_ 秒表( 数量) ( 项目_ 秒表( 数量) )( 时间( ( 秒表( 数量) - 项目) ( 秒表( 数量) i 项目) ) ) ( ( 项目_ 秒表( 数量) ( 项目_ 秒 表( 数量) ) ( 时间( ( 秒表( 数量) - 项目) ( 秒表( 数量) - 项目) ) ) ( ( 项目_ 秒表( 数量) ( 项目_ 秒表( 数量) ) ) 如果使用直接生成法，所有符合此结构的解都会被生成。然后本文根据软 要求排序，最后本文根据实现定义的一个方法去选择一个系统。例如，假如总 共6 个项目，3 5 块秒表) ，本例偏好是最好每个项目都是5 块秒表，故本文所 有项目都统一分配5 个秒表的方案，具体情况如下： ( ( 0 8 0 8 0 8 ( ( 秒表( 5 ) _ 羽毛球) ( 秒表( 5 ) _ 射击) ) ( ( ) ) ) ( 0 8 0 8 0 9 ( ( 秒表( 5 ) _ 山地自行车) ) ( () ) ) ( 0 8 0 8 1 0 ( ( ) ) ( ( ) ) ) ( 0 8 0 8 1 1 ( ( 秒表( 5 ) 一) 乒乓球) ( 秒表( 5 ) 一) 羽毛球) ( ( ) ) ( 0 8 0 8 - 1 2 ( ( 秒表( 5 ) 一 跳水) ( 秒表( 5 ) 一) 田径) ) ( ( 山地白行车一) 秒表( 5 ) ) ) ) ( 0 8 0 8 1 3 ( ( ) ) ( 羽毛球一) 秒表( 5 ) ) ) ( 0 8 0 8 1 4 ( ( ) ) ( ( 射击一 秒表( 5 ) ) ( 乒乓球一) 秒表( 5 ) ) ( 羽毛球一) 秒表( 5 ) ) ) ) 第2 章综合型系统的p s m s 奥运成绩打印分发由打印机、操作人员、复印纸三部分构成。打印机有数 量、价格、打印速率和承载额四个属性构成。操作人员有岗位、数量、价格三 个属性构成。复印纸由数量、价格两个属性构成。系统的基本轮廓如下表： ( ( 打印机( 数量价格速率承载额) 操作员( 岗位、数量、价格) 复印 纸( 数量价格) ) 软要求为系统造价低。 如果使用软要求生成法，那么本文可以根据以往的经验给一个或者几个限 制条件。 比如说打印机数量 4 0 ，价格 8 0 0 0 0 。那么所有打印机数量超过4 0 台，价 格高于8 0 0 0 0 的方案都将被抛弃，并根据软要求排序，最后产生一个最优的系 统作为备选方案。 两种方案的比较如表2 2 所示： 表2 - 2 两种生成法特点比较 t a b l e2 - 2c o m p a r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h et w om e t h o d s 方法特征优点缺点适用场合 直接生成法生成方法简解空间较大系统规模小， 单，能找到最优解要求最优解 软要求生成解空间小，生生成方法复 系统规模大， 法成方案有序杂，可能会漏掉一不要求最优解 些正确方案 这两种方法各有优劣，配置和规划系统比较复杂，适合用软要求生成法， 且一般不要求最优解。而分配和调度系统相对比较简单，可以考虑用直接生成 法来生成系统。 2 、方法验证 方法验证：根据硬要求去判断所选系统是否符合要求，如果符合，那么找 到了正确方案( 真值) ，如果不符合要求( 违反) ，那么可以去调用修改方案去 修改。 本文还是以成绩打印分发系统为例来说明这个过程 假如本例的硬要求是：打印机数量 3 0 ，操作员价格 5 0 0 0 ，复印纸数量) 1 0 0 0 0 0 0 那么这时有一个方案过来，其框架如下：( 打印机3 5 ，8 0 0 0 0 ，7 5 ，3 0 0 0 0 ) ( r u n n e r5 06 0 0 0 ) ( 1 0 0 0 0 0 0 0 ，o 1 ) ，通过应要求检查，发现此方案违反打 印机数量 3 0