CN101504657B - 面向语义Web服务的资源搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向语义Web服务的资源搜索方法，该方法包括以下步骤：(1)运用语义操作符表达用户对搜索条件的语义信息；(2)将语义操作符映射成对应的搜索操作序列；(3)根据生成的搜索操作序列执行搜索动作，得到搜索结果。所用语义操作符用于构造语义Web服务搜索引擎中使用的搜索条件表达式，搜索操作序列是语义Web服务搜索引擎处理语义操作符后产生的具体搜索动作序列。本发明提供的五种语义操作符，可以用于构造搜索条件表达式，有助于用户准确地表达搜索条件中包含的语义信息；四种搜索操作序列，将经过语义Web服务搜索引擎处理后的语义操作符转换成具体的搜索操作，得到满足用户需求的语义Web服务资源。

Description

面向语义Web服务的资源搜索方法

技术领域

本发明涉及一种面向语义Web服务的资源搜索方法，属于互联网信息检索技术领域。

背景技术

语义Web服务是万维网技术革命中两个重要分支：语义Web和Web服务相互结合的产物。语义Web服务的主要研究内容，就是要使用更加丰富的、分布式的语义描述元素来进行动态分布式计算。通过使用相关语义描述信息，能够得到更加灵活的自动化服务提供和使用方式，开发出更加强大的软件开发工具，并构建语义服务并创建基于服务的软件解决方案的方法。语义Web服务得到普及并被业界广泛承认仍需时日，并且需要从事语义Web服务学术研究的研究人员投入大量精力于整个语义Web服务生命周期的研究，包括语义Web服务的标注、发布、发现、数据调制、组合、配置、编排和执行等步骤。上述各个阶段都需要有适用且健壮的工具来推动语义Web服务技术的发展和成熟。

自语义Web服务技术提出以来，已经有多种用于描述语义Web服务资源的语义Web服务描述框架，其中较成熟的有WSDL-S、OWL-S和WSMO。

伴随着语义Web服务技术逐渐成熟并被业界广为接受而来的是发布在网络上的可用语义Web服务数量呈现爆炸性增长趋势。因此，如何以快速、准备和高效的方式发现目标服务成为一个迫切需要解决的问题。语义服务资源搜索是一个满足服务请求者快速、便捷地定位可用语义服务资源的过程。一个高效、精确的基于语义的语义服务资源搜索框架和经过精心设计并实现的搜索工具是语义服务框架中的一个必要组件。显而易见，语义Web服务生命周期中非常重要的一个阶段就是服务发现过程。传统Web服务框架中基于UDDI的Web服务发现机制使用关键字匹配技术，往往导致服务发现精度不够，甚至失败。随着IBM、微软等主流IT供应商宣布放弃对UDDI的支持，如何在SOA构架下搜索、定位可用服务的问题越发变得重要和紧迫。近年来，国内外研究学者围绕基于语义的语义Web服务发现展开了广泛的研究。其中主要包括基于OWL-S描述框架的语义Web服务发现机制、基于WSMO描述框架的语义Web服务发现机制以及P2P网络环境下的语义Web服务发现机制等。

发明内容

为了克服现有语义Web服务资源搜索方案中对搜索条件中所包含语义信息缺乏表达方式的不足，本发明提供一种面向语义Web服务的资源搜索方法，该方法提供五种语义操作符及其对应的搜索操作序列，通过语义操作符构建搜索条件表达式，准确地表达其服务搜索请求。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种面向语义Web服务的资源搜索方法，包括以下步骤，

(1)运用语义操作符表达用户对搜索条件的语义信息；

(2)将语义操作符映射成对应的搜索操作序列；

(3)根据生成的搜索操作序列执行搜索动作，得到搜索结果。

所述语义操作符包括：语义等价、语义实例化、语义概念化、语义扩展和语义收缩。语义操作符使用语法为：

[<语义标注概念>|<个体>]<语义操作符>[<本体概念>|<个体>]其中，语义标注为各种语义Web服务描述框架下的语义标注元素，语义操作符为本发明定义的五种语义操作符之一，本体定义概念或本体定义个体是指应用领域本体内定义的概念或个体。用C_i表示本体概念，用D_i表示本体个体，用AC_i表示语义标注概念，用AD_i表示语义标注个体，语义操作符名称、文字、图形标识及具体使用格式说明如下：

1、语义等价

文字标识为SMT_EQL，图形标识符号为使用格式为 ${\mathrm{AC}}_i\stackrel{s}{\&LeftRightArrow;}{C}_i$ 或 ${\mathrm{AD}}_i\stackrel{s}{\&LeftRightArrow;}{D}_i$ 具体含义表述为：语义标注概念AC_i与本体定义概念C_i等价的所有概念或与本体定义个体AD_i等价的所有个体。

2、语义实例化

文字标识为SMT_INS，图形标识符号为

使用格式为 ${\mathrm{AD}}_i\stackrel{s}{\&RightArrow;}{C}_i,$ 具体含义表述为：语义标注个体AD_i属于本体定义概念C_i的个体。

3、语义概念化

文字标识为SMT_CNT，图形标识符号为

使用格式为 ${\mathrm{AC}}_i\stackrel{s}{\&LeftArrow;}{D}_i,$ 具体含义表述为：语义标注概念AC_i是本体定义个体D_i所属的概念。

4、语义扩展

文字标识为SMT_EXP，图形标识符号为

使用格式为

具体含义表述为：语义标注概念AC_i属于本体定义概念C_i的同级概念(有相同的上一层概念(父概念))。

5、语义收缩

文字标识为SMT_EXT，图形标识符号为

使用格式为 ${\mathrm{AC}}_i\underset{\&LeftArrow;}{\overset{s}{\&RightArrow;}}{C}_i,$ 具体含义表述为：语义标注概念AC_i是本体定义概念C_i的下一层概念(子概念)。

上述语义操作符对应搜索操作序列共有四种，分别为：并序列、交序列、和序列和余序列。为了简化搜索操作序列定义叙述，以搜索引擎执行的单次搜索动作为一个原子搜索操作，用S_i(C)表示，其中C表示领域本体中定义的概念或概念对应个体，简写为S_i。针对原子搜索操作有三种运算，分别为：起始运算，标记为start(S_i)，表示调用S_i动作；结束运算，标记为end(S_i)，表示终止S_i动作；取值运算，标记为result(S_i)，表示取S_i结果动作。下面分别给出四种搜索操作序列的定义。

定义1：并序列SEQ^∪

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(1)end(S₁)＝end(S₂)＝…＝end(S_n)；

(2)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序；

(3)保证S₁，S₂，…，S_n都必须完成；

(4)搜索结果为result(S₁)，result(S₂)，…，result(S_n)的集合；

称这样的多次原子搜索操作为并序列。

定义2：交序列SEQ^∩

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(1)start(S₁)＝start(S₂)＝…＝start(S_n)；

(2)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序；

(3)搜索结果为result(S₁)，result(S₂)，…，result(S_n)的集合；

称这样的多次原子搜索操作为交序列。

定义3：和序列SEQ⁺

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(1)end(S₁)＝end(S₂)＝…＝end(S_n)；

(2)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序；

(3)保证S₁，S₂，…，S_n都必须完成；

(4)搜索结果为result(S_i)，…，result(S_j)集合与result(S_m)，…，result(S_n)集合的交；

称这样的多次原子搜索操作为和序列。

定义4：余序列SEQ^-

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(1)start(S₁)＝start(S₂)＝…＝start(S_n)；

(2)end(S₁)＝end(S₂)＝…＝end(S_n)；

(3)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序；

(4)保证S₁，S₂，…，S_n都必须完成；

(5)搜索结果为result(S_i)，…，result(S_j)集合与result(S_m)，…，result(S_n)集合的差；

称这样的多次原子搜索操作为余序列。

上述语义操作符与搜索操作序列的对应关系可以用以下规则描述：

规则1：语义等价操作符映射为并序列。

规则2：语义实例化操作符映射为交序列。

规则3：语义概念化操作符映射为和序列。

规则4：语义扩展操作符映射为余序列。

规则5：语义收缩操作符映射为交序列。

本发明提供的五种语义操作符，用于构造语义Web服务搜索引擎中使用的搜索条件表达式，有利于用户准确地表达搜索条件中包含的语义信息；此外本发明提供四种搜索操作序列，将经过语义Web服务搜索引擎处理后的语义操作符转换成具体的搜索操作，得到完成语义Web服务资源的搜索请求。

本发明方法通过在搜索方法中提供相关语义操作符及定义搜索操作序列，使用户可以通过语义操作符构建搜索条件表达式，准确地表达其服务搜索请求，搜索操作序列将经过语义Web服务搜索引擎处理后的语义操作符转换成具体的搜索操作，从而使搜索引擎能返回满足用户需求的语义Web服务资源。

具体实施方式

本发明方法包括以下三个步骤：

(1)运用语义操作符表达用户对搜索条件的语义信息；

(2)将语义操作符映射成对应的搜索操作序列；

(3)根据生成的搜索操作序列执行搜索动作，得到搜索结果。

所述语义操作符包括：语义等价、语义实例化、语义概念化、语义扩展和语义收缩。语义操作符使用语法为：

[<语义标注概念>|<个体>]<语义操作符>[<本体概念>|<个体>]其中，语义标注为各种语义Web服务描述框架下的语义标注元素，语义操作符为本发明定义的五种语义操作符之一，本体定义概念或本体定义个体是指应用领域本体内定义的概念或个体。用C_i表示本体概念，用D_i表示本体个体，用AC_i表示语义标注概念，用AD_i表示语义标注个体，语义操作符名称、文字、图形标识及具体使用格式说明如下：

1、语义等价

文字标识为SMT_EQL，图形标识符号为

使用格式为 ${\mathrm{AC}}_i\stackrel{s}{\&LeftRightArrow;}{C}_i$ 或 ${\mathrm{AD}}_i\stackrel{s}{\&LeftRightArrow;}{D}_i,$ 具体含义表述为：语义标注概念AC_i与本体定义概念C_i等价的所有概念或与本体定义个体AD_i等价的所有个体。

2、语义实例化

文字标识为SMT_INS，图形标识符号为

使用格式为 ${\mathrm{AD}}_i\stackrel{s}{\&RightArrow;}{C}_i,$ 具体含义表述为：语义标注个体AD_i属于本体定义概念C_i的个体。

3、语义概念化

文字标识为SMT_CNT，图形标识符号为

使用格式为 ${\mathrm{AC}}_i\stackrel{s}{\&LeftArrow;}{D}_i,$ 具体含义表述为：语义标注概念AC_i是本体定义个体D_i所属的概念。

4、语义扩展

文字标识为SMT_EXP，图形标识符号为

使用格式为

具体含义表述为：语义标注概念AC_i属于本体定义概念C_i的同级概念(有相同的上一层概念(父概念))。

5、语义收缩

文字标识为SMT_EXT，图形标识符号为

使用格式为 ${\mathrm{AC}}_i\underset{\&LeftArrow;}{\overset{s}{\&RightArrow;}}{C}_i,$ 具体含义表述为：语义标注概念AC_i是本体定义概念C_i的下一层概念(子概念)。

上述语义操作符对应搜索操作序列共有四种，分别为：并序列、交序列、和序列和余序列。为了简化搜索操作序列定义叙述，以搜索引擎执行的单次搜索动作为一个原子搜索操作，用S_i(C)表示，其中C表示领域本体中定义的概念或概念对应个体，简写为S_i。针对原子搜索操作有三种运算，分别为：起始运算，标记为start(S_i)，表示调用S_i动作；结束运算，标记为end(S_i)，表示终止S_i动作；取值运算，标记为result(S_i)，表示取S_i结果动作。

下面分另给出四种搜索操作序列的定义。

定义1：并序列SEQ^∪

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(1)end(S₁)＝end(S₂)＝…＝end(S_n)；

(2)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序；

(3)保证S₁，S₂，…，S_n都必须完成；

(4)搜索结果为result(S₁)，result(S₂)，…，result(S_n)的集合；

称这样的多次原子搜索操作为并序列。

定义2：交序列SEQ^∩

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(1)start(S₁)＝start(S₂)＝…＝start(S_n)；

(2)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序；

(3)搜索结果为result(S₁)，result(S₂)，…，result(S_n)的集合；

称这样的多次原子搜索操作为交序列。

定义3：和序列SEQ⁺

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(1)end(S₁)＝end(S₂)＝…＝end(S_n)；

(2)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序；

(3)保证S₁，S₂，…，S_n都必须完成；

(4)搜索结果为result(S_i)，…，result(S_j)集合与result(S_m)，…，result(S_n)集合的交；

称这样的多次原子搜索操作为和序列。

定义4：余序列SEQ^-

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(1)start(S₁)＝start(S₂)＝…＝start(S_n)；

(2)end(S₁)＝end(S₂)＝…＝end(S_n)；

(3)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序；

(4)保证S₁，S₂，…，S_n都必须完成；

(5)搜索结果为result(S_i)，…，result(S_j)集合与result(S_m)，…，result(S_n)集合的差；

称这样的多次原子搜索操作为余序列。

上述语义操作符与搜索操作序列的对应关系可以用以下规则描述：

规则1：语义等价操作符映射为并序列。

规则2：语义实例化操作符映射为交序列。

规则3：语义概念化操作符映射为和序列。

规则4：语义扩展操作符映射为余序列。

规则5：语义收缩操作符映射为交序列。

下面就基于语义操作符的搜索方法做具体说明。

电子商务领域旅游预订系统中，用户希望借助于电子商务旅游预订系统，一站式地安排旅行行程计划。旅行行程计划将包括预订酒店、预订机票、预订火车票、预订租车、天气查询、预订餐饮等等一系列服务。对于旅游预订系统而言，对用户提交的操作请求，需要搜索相关的语义Web服务来完成这些操作。以预订机票操作为例，旅游预订系统运用语义操作符表达用户提交的搜索条件中包含的语义信息(根据实际请求不同，其中可能涉及五种语义操作中的任意一种或多种)，以机票预订为例，根据用户提交的信息，参照语义操作符的使用语法：

[<语义标注概念>|<个体>]<语义操作符>[<本体概念>|<个体>]使用语义操作符构成的语义Web服务搜索条件表达式表示为：

AND

上述语义Web服务搜索条件表达式中，“operation”和“output”是语义标注概念，和

是语义操作符，“FlightQuery”和“FlightTicket”是本体概念，整个搜索条件表达式解释为：搜索所有满足其服务操作为“FlightQuery”的子概念且服务输出为“FlightTicket”的实例的语义Web服务。

根据规则5，语义收缩操作符映射为交序列；参考交序列的定义，推理后得到“FlightQuery”概念在领域本体中的子概念，以这些子概念为搜索条件构成原子搜索操作。并求所有原子搜索操作结果的集合。因此，表达式

实际执行的搜索操作序列为S₁(DomesticFlightQuery)和S₂(InternationalFlightQuery)。搜索结果为所有原子搜索操作<S₁，S₂>结果的集合，即result(S₁)∪result(S₂)，记为R_Sc。

根据规则2，语义实例化操作符映射为交序列；参考交序列的定义，推理后得到“FlightTicket”概念在领域本体中的所有个体，以这些个体为搜索条件构成原子搜索操作。因此，表达式

实际执行的搜索操作序列为S₁(EastAirTicket)，S₂(SouthernAirTicket)和S₃(ChinaAirTicket)。搜索结果为所有原子搜索操作<S₁，S₂，S₃>结果的集合，即result(S₁)∪result(S₂)∪result(S₃)，记为R_Si。

根据生成的搜索操作序列执行搜索动作得到搜索结果取交集，即上述过程中的R_Sc和R_Si的交集，表示为Result＝R_Sc∩R_Si。在电子商务领域旅游预订系统中，最终搜索的结果包括三个语义Web服务：东方航空公司机票预订语义Web服务、南方航空公司机票预订语义Web服务和中国国际航空公司机票预订语义Web服务，这三个语义Web服务都满足用户提供的搜索信息。

综上所述，基于语义操作符的搜索方法首先识别用户搜索条件中的语义操作符，然后将语义操作符映射成对应的搜索操作序列，继而根据生成的操作序列执行搜索动作，最终最到搜索结果。

Claims (1)

1.一种面向语义Web服务的资源搜索方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)运用语义操作符表达用户对搜索条件的语义信息，

所述语义操作符包括：语义等价、语义实例化、语义概念化、语义扩展和语义收缩，语义操作符使用语法为：

[<语义标注概念>|<语义标注个体>]<语义操作符>[<本体概念>|<本体个体>]其中，语义标注概念或个体为各种语义Web服务描述框架下的语义标注概念或个体元素，语义操作符为五种语义操作符之一，本体概念或个体是指应用领域本体内定义的概念或个体，用C_i表示本体概念，用D_i表示本体个体，用AC_i表示语义标注概念，用AD_i表示语义标注个体，语义操作符名称、文字、图形标识及具体使用格式如下：

i、语义等价

文字标识为SMT_EQL，图形标识符号为

使用格式为

或

具体含义表述为：语义标注概念AC_i与本体概念C_i等价的所有概念或语义标注个体AD_i与本体个体D_i等价的所有个体；

ii、语义实例化

文字标识为SMT_INS，图形标识符号为

使用格式为

具体含义表述为：语义标注个体AD_i属于本体概念C_i的个体；

iii、语义概念化

文字标识为SMT_CNT，图形标识符号为

使用格式为

具体含义表述为：语义标注概念AC_i是本体个体D_i所属的概念；

iv、语义扩展

文字标识为SMT_EXP，图形标识符号为

使用格式为

具体含义表述为：语义标注概念AC_i属于本体概念C_i的同级概念；

v、语义收缩

文字标识为SMT_EXT，图形标识符号为

使用格式为

具体含义表述为：语义标注概念AC_i是本体概念C_i的下一层概念，即子概念；

(2)将语义操作符映射成对应的搜索操作序列，搜索操作序列包括并序列、交序列、和序列和余序列，搜索引擎执行的单次搜索动作为一个原子搜索操作，用S_i(C)表示，简写为S_i，其中C表示领域本体中定义的概念或概念对应个体，针对原子搜索操作有三种运算，分别为：起始运算，标记为start(S_i)，表示调用S_i动作；结束运算，标记为end(S_i)，表示终止S_i动作；取值运算，标记为result(S_i)，表示取S_i结果动作，下面为四种搜索操作序列的定义：

定义1：并序列SEQ^∪

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(i)end(S₁)＝end(S₂)＝…＝end(S_n)，

(ii)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序，

(iii)保证S₁，S₂，…，S_n都必须完成，

(iv)搜索结果为result(S₁)，result(S₂)，…，result(S_n)的集合，

称这样的多次原子搜索操作为并序列；

定义2：交序列SEQ^∩

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(i)start(S₁)＝start(S₂)＝…＝start(S_n)，

(ii)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序，

(iii)搜索结果为result(S₁)，result(S₂)，…，result(S_n)的集合，

称这样的多次原子搜索操作为交序列；

定义3：和序列SEQ⁺

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(i)end(S₁)＝end(S₂)＝…＝end(S_n)，

(ii)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序，

(iii)保证S₁，S₂，…，S_n都必须完成，

(iv)搜索结果为result(S_i)，…，result(S_j)集合与result(S_m)，…，result(S_n)集合的交，

称这样的多次原子搜索操作为和序列；

定义4：余序列SEQ^-

设S₁，S₂，…，S_n为原子搜索操作，当

(i)start(S₁)＝start(S₂)＝…＝start(S_n)，

(ii)end(S₁)＝end(S₂)＝…＝end(S_n)，

(iii)S₁，S₂，…，S_n之间无先后顺序，

(iv)保证S₁，S₂，…，S_n都必须完成，

(v)搜索结果为result(S_i)，…，result(S_j)集合与result(S_m)，…，result(S_n)集合的差，

称这样的多次原子搜索操作为余序列；

上述语义操作符与搜索操作序列的对应关系可以用以下规则描述：

规则1：语义等价操作符映射为并序列，

规则2：语义实例化操作符映射为交序列，

规则3：语义概念化操作符映射为和序列，

规则4：语义扩展操作符映射为余序列，

规则5：语义收缩操作符映射为交序列；

(3)根据生成的搜索操作序列执行搜索动作，得到搜索结果。