CN104462460A - 一种构造rest风格的本体标注可视化系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种构造REST风格的本体标注可视化系统的方法，该方法包括：S100系统处理以本体作为处理的基本对象，使得机器明白数据本身的逻辑含义；S200利用关系数据库来持久存储解析后的本体数据，以便能快速、便捷地访问、操作本体数据；S300利用本体数据对获取的信息进行REST风格服务的自动语义标注，以对REST风格中的服务进行扩展，提取本体数据；S400将本体可视化呈现，提供针对一般用户与专家用户的不同策略；S500采用REST架构风格建立支持异构的、跨浏览器平台的本体可视化的Web工程，使用户能方便地访问、服务器能更高效地工作。本发明在可视化以及Web服务层面：将这些实现在基于rest架构风格的Web工程中，嵌入本体可视化技术，达到方便查看的目的。

Description

一种构造REST风格的本体标注可视化系统的方法

技术领域

本发明涉及本体标注可视化系统，具体地指一种构造REST风格的本体标注可视化系统的方法。

背景技术

1993年，美国斯坦福大学的Gruber定义了本体，即“概念模型的明确的规范说”。在信息科学领域，这个定义已经得到了广泛采纳和认可。简要的说，本体就是将特定领域知识概括为概念模型去描述概念之间的差别、关系和约束。

但是，现有技术在构建一个本体标注可视化系统时，存在以下问题：在本体数据层面有些本体的数据是固定的，不能动态变化；在本体验证层面：大部分本体都没有经过验证，不能证明其完整性合理性；在本体可视化层面，一般只提供一种基于Prefuse用户信息展示，不能满足专业人士的操作需求。

此外，根据当前语义标注的的研究现状和比较分析当前的语义标注工具，现在的语义标注工具仍然不能满足要求，存在着以下不足：

(1)大多数的标注工具都需要通过手工操作来实现，少部分的支持半自动化标注，并且自动化精确度还不高；

(2)绝大多数的支持DAML、RDFS、OIL，支持OWL语言的标注工具比较少；

(3)工具的标注对象有网页、图片等，且以静态形式为主，而Web存在着很多动态内容，如企业级应用中的业务数据等。

而在本体可视化中，虽然已经有很多用来有效地呈现本体模型的工具，如基于Protégé的可视化插件，如OWLViz、OntoViz等；以及具有强大的可视化功能和二次开发接口的通用可视化工具，如Prefuse、Piccolo等。但是，基于插件的可视化工具在可视化的过程中存在着一些缺陷和不足，如：OWLViz将图形堆叠在界面左上角、对中文本体图示布局效果不明显、OntoViz生成中文本体图示效果较差等。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种构造REST风格的本体标注可视化系统的方法，该方法能够从不同角度对本体进行处理，达到本体的语义及内容的充分理解，并结合Web进行呈现。

实现本发明目的采用的技术方案是一种构造REST风格的本体标注可视化系统的方法，该方法包括：

S100、系统以本体作为处理的基本对象，由于本体所自带的语义信息，通过本体分析工具解析，使得机器能明白数据本身的逻辑含义；

S200、利用关系数据库来持久存储解析后的本体数据，以便能快速、便捷地访问、操作本体数据；

S300、利用本体数据对获取的信息进行REST风格服务的自动语义标注，以对REST风格中的服务进行扩展，提取本体数据；

S400、将本体可视化呈现，提供针对一般用户与专家用户的不同策略；

S500、采用REST架构风格建立支持异构的、跨浏览器平台的本体可视化的Web工程，使用户能方便地访问、服务器能更高效地工作。

本发明在可视化以及Web服务层面：将这些实现在基于rest架构风格的Web工程中，嵌入本体可视化技术，达到方便查看的目的。由于采用的是B/S模式，所以其能够跨浏览器支持，具有较好的兼容性，并且提供了两种视图，为不同用户提供了不同服务。一种普通用户视图，基于Prefuse，直观易懂，方便不熟悉本体领域的用户查看，另一种专家用户视图，通过网页呈现所有的本体信息，方便专家探查本体。

附图说明

图1为Jena推理、解析本体模型的流程图。

图2为Jena推理机制原理图。

图3为本体知识库的总体设计E-R图。

图4为REST风格式Web服务语义标注过程示意图。

图5为基于REST风格Web服务标注流程示意图。

图6-1为专家用户版的结构框图，图6-2为普通用户版的结构框图。

图7为显示1级类的相关信息图。

图8为显示知识点实例的相关信息图。

图9-1为双击1显示所有2级标题的示意图；图9-2为双击1.1.节显示所有的3级标题的示意图；图9-3鼠标划过1.1.1节时显示详细的信息的示意图。

图10为结合了Ajax技术的REST风格架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明将本体化标注可视化系统嵌入REST风格的Web架构中，具体步骤如下：

S100、本体模型验证和解析

OWL是以RDF和RDFS为基础的一种人们更易读懂、但是不符合RDF惯例的基于XML的语法，还提供了良好的语义表达和推理能力，在Web内容的机器可读性上，比RDF、RDFS等语言等更好。

在本发明中，数据资源层的基础是使用OWL语言来描述的领域本体，常用.owl文件来保存。对.owl的有两个方面的操作，如图1所示，具体的流程为：

(1)使用Jena所提供的RDF API，并读取OWL文档即.owl文件来构建RDF模型，将RDF模型结合Jena的本体子系统和推理子系统构建本体模型。其中通过Jena内部的推理机制来检验已构建的本体模型是否具有正确性和完整性。

(2)可以使用RDQL去查询本体模型中的语义信息。为了实现本体模型的持久化存储，使用Jena提供的推理子系统去抽取本体模型中所需的语义信息，并存入到关系数据库。

S200、Jena推理机验证本体模型

本体的构建工作大多是手工进行的，在这个过程中难免会出现疏漏和错误，通过检验本体模型来发现一些错误并及时的将错误信息反馈给本体领域专家，为领域本体的逻辑准确性提供了保证，并为后期的开发工作提供了结实的基础。所以在构建本体知识库之前，必须要对领域本体模型进行验证。

1)Jena推理机原理

Jena推理机可用于本体模型的验证工作，下面简要的介绍一下其工作原理。

Jena的推理子系统将推理引擎或推理机移植到Jena内部，使用模型工厂将推理机制和数据集关联起来。这些推理引擎或推理机是来自一些和本体相关的公理和规则推理程序，主要用途是从现有的实例数据和类描述中推断出一些隐含的陈述。对已创建的模型进行查询时，返回结果包括模型中的原始数据也包含额外的语句，这些语句是使用规则或其他推理机制来获得的。推理机的总体结构如图2所示。

Jena主要有一个静态类推理机注册表。它主要用于注册新的推理机类型和动态搜索特定类型的推理机。推理机注册表还提供了方便的访问预先构建的主要推理者提供的实例。首先，根据三元组所描述的资源信息和本体内部包含的信息，推理机利用事前确定好的相关规则去创建推理机。本体API提供了简单的方法将推理机和本体模型连接起来，然后获得检索模型对象。最后，使用本体和模型API，结合推理概念来实现语义化信息的检索，获得隐含的数据结果。

2)本体模型验证工作

OWL提供了很多构词，如描述OWL类的构词有：简单类(Class)，枚举类(oneOf)，属性约束类(valuesOf)，以及丰富公理，描述类公理的构词有：子关系公理(subClassOf)，等价关系公理(equivalectClass)，互斥关系公理(disjointWith)等。这都为本体的推理提供了准备工作。在OWL语言结构的基础上，Jena内置的推理机Pellet提供了很多的推理服务，如有本体的一致性检测、包含性检测、实例检测等。结合本体模型，其验证工作如下：

①本体的一致性检测

检测本体模型中，语义关系是否一致。如在定义类时，两个互斥关系的类，它们之间的关系属性没有标识为disjointWith，而导致在后期的推理中引起了冲突，出现了本体概念不一致的情况。

②概念的包含性检测

检测本体模型中，概念的包含关系是否正确。例如，两个具有disjointWith关系的父类有同一个子类，这种包含关系是不允许的。

③实例检测

检测本体模型中，实例和类之间的关系是否正确。例如，如果存在一个实例属于两个互斥的类，那么这样的关系是不正确的。

以电子商务本体e-commerce.owl为例，制定了一些规则，下面是其中的三个：

规则1:

规则2:

规则3:

规则1说明class2是class1的父类，class2又是class3的子类，那么可以推断class1是class3的子类；规则2说明class1和class2是不想交的，x是class1的一个属性，y是class2的一个属性，那么x和y是不同的；规则3说明如果class1可以下订单到class2，class3又是class1的子类，那么可以推断class3具有下订单到class2的能力。

将以上三条规则注入到Jena推理机中，来检测电子商务本体模型的正确性和完整性，具体实现如下：

推理结果为：

将运行结果完全符合本体的构建需求，本实施例只列举了规则集中的三个规则。

S300、Jena API解析本体模型

本发明中本体信息是以OWL语言来描述领域概念及概念间的语义关系。当OWL本体模型构建工作完成后，面临着怎样去检索到符合用户要求的领域知识信息的问题。本发明采用Jena技术来解决这些问题。

1)读取.owl本体文件在内存中创建一个本体模型

建立好本体模型后，使用Jane API将解析出来的本体内部结构的相关信息，如下所示：

2)解析出所有的class

3)解析出所有的数据属性和对象属性

4)解析出所有的性特征属性

5)解析出所有的属性约束

6)解析出所有的实例

这些解析出来的数据存储到关系数据库中，并以此来将作为服务器端的资源知识库。

S400、本体存储模式

OWL本体知识库是基于关系数据库来实现，其设计方式很简明：OWL中有大量的描述性的语义和语法的特定词汇，这些特定词汇扩充了本体语言的检索和推理判断能力，将本体模型中丰富的语义关系转换为易于适合机器理解和处理的形式。因此，本文针对适合于大型领域本体存储模式进行研究，以锅庄舞蹈本体为背景并提出了以下本体知识库的设计模式ORDB(Ontology Relation Database)。本体知识库的总体设计E-R图，如图3所示。

建立一张类表onto_class。该表包含classID(类ID)、className(类名)两个字段，如表1所示。

表1 类表onto_class          表2 类关系表onto_classRelation

建立一张类关系表，如表2所示。它用于存储本体中类与类的关系，包含ClassAID(类A的ID)、ClassBID(类B的ID)，relationDiscrpt(类关系描述，如subClassof、equivalentClass等)。

建立一张属性表onto_prop。此表用于存储本体中所有的属性信息。包含propID(属性ID)、propName(属性名)、domain(属性定义域)、type(属性类型：对象属性OP、数据属性DP)、range(属性定义域)，如表3所示。

表3 属性表onto_prop      表4 属性特征表onto_propCharact

建立一张属性特征表onto_propCharact。此表用于存储本体中所有的属性特征信息，包含propID(属性ID)、charatType(特征类型，如equivalentProperty、inverseOf等)、charatValue(特征值)，如表4所示。

建立一张属性约束表onto_propRestr。此表用于存储本体中所有的属性约束信息。包含propID(属性ID)、restrType(约束类型，如构词allValuesFrom、minCardinality等)、restrValue(约束值)，如表5所示。

表5 属性约束表onto_propRestr        表6 实例表onto_individual

建立一张实例表onto_individual。此表用于存储本体中的所有实例及相应实例所属的类。包含indvID(实例ID)、classID(实例所属类)，如表6所示。

建立一张实例属性表onto_individualProp。此表用于存储本体中所有实例的属性及其值。包含indvID(实例ID)、propID(属性ID)、propValue(属性值)，如表7所示。

表7 实例属性表onto_individualProp

由表1到表7可见，此本体存储模式采用部分OWL语法元素作为表的名字或字段的名字，从而尽可能的去保留了本体的语义资源和语义关系，该模式将类、实例等分开存储，查询的效率将会很高，并且符合数据库3NF、BCNF规范化要求。

S500、利用本体数据对获取的信息进行REST风格服务的自动语义标注。

S501、调用和注册的语义描述

语义标注在实际的实现工作中是为网页添加语义信息，更加丰富网页信息。现在语义标注已经广泛应用于图像标注、社交媒体等领域中，但是在大部分REST风格服务中是没有语义标注，这使得重新考虑REST风格服务的语义描述行为成为可能。

在这一部分，详细给出REST架构服务的自动化语法和语义标注方法，如图4所示。系统由三部分组成：调用和注册，知识库，语义标注组件，并由不同的外部资源丰富这三个组件。接下来，简要的描述这些不同的组件，用关于地理领域的样例服务来解释这些描述。

以下服务是从programmableWeb.com获得的地理领域的REST风格服务的两个代表。

服务API 1：

http://api.geonames.org/countryInfo？countryName＝Andorra

这个服务检索了和'country'相关的信息，返回如下信息参数：'capital'、'population'、'area'和'bounding box of mainland'。

服务API 2：

http://api.geonames.org/children？geonameId＝3175395&username＝demo

这个服务查地点信息，返回的信息参数有：'city'、'venue_name'、'region_name'、'country_name'、'latitude'、'longitude'等。

用户先输入某个Web应用，或所需服务的APIs，或者一个可用的REST风格的服务URL，这些信息将作为服务URLs的一部分。系统将自动获得和每一个提到的REST服务相关的信息，把REST风格服务调用转换为对一个具体服务的查询(具体的服务请求中包含了URL和相关的参数)。系统调用REST风格服务，并分析响应结果来获得参数集的一个基本的语法表述，这个过程有点像输入输出。

在这个处理过程中，系统使用服务数据对象(Service Data Objects，SDO)的接口去执行REST风格服务的调用，并决定服务是否可用。SDO是一个规范的说明，用于在互异的数据源间采用统一的编程模型，以断开连接的方式为常见的应用程序模式提供了强大的支持。调用过程如下进行：首先，获得输入参数和参数值，这些将作为服务URL的一部分。然后，系统调用服务，将REST风格服务调用转换为对一个具体服务的查询，具体的服务请求中包含了URL和相关的参数。

调用一个具体的REST丰富服务后，服务端返回的的数据格式多种多样，例如HTML、JSON、XML等。在论文中仅仅使用XML或JSON格式去响应服务。使用SDO处理这些XML响应，这样就能够通过XML去导航，抽取每个服务的输出信息。响应的结果是使用XML格式对REST风格服务的语法定义。能够使用像WADL这样的描述语言去表示这个语法定义，也能将这些定义存储到关系数据库中去。论文中，使用关系数据库模型作为数据模型，因此使用WADL去显示概念是很简单的。表8显示了每个服务的不用的输出参数。

输出参数被注册并存入到知识库中。具体来说，这个知识库是一个数据库，在数据库中存储了REST风格服务的语法描述。本文选择这个存储来提高效率。

表8 服务1和服务2的输出参数

S502、语义标注过程

一旦依照语法结合输入输出参数去描述REST风格服务，将着手REST风格服务的语义标注。同时，遵循一个启发式的方法：通过语法描述，结合正则表达式、命名实体识别和探试程序、外部服务和语义资源为这些参数进行标注，如图5所示。接下来将描述语义标注的主要的组件。

自动化标注的整体框架如图4-5所示。依照语法结合输入输出参数去描述REST风格服务、确定关键词的集合，通过分词、提取页面可能成为关键词的名词，判断这些名词是否是简单类型的概念SC。如果是，则将简单概念SC与已经构建好的领域本体中的概念OC根据一定的规则机制进行匹配。否则这些数据时复合类型的概念CC，那么这些复合概念CC进行分析和分解，得到新的名词，继续判断该名词是否是简单概念SC。如多次不匹配，则根据匹配规则如果找到了SC和OC的匹配度最高的OC，则根据SPARQL查询OC的语义信息，生成标注结果返回。如没有匹配成功则根据拼写建议词库和同义词词库，找到类似的概念LS，并继续判断是否是简单概念，依照上述的工作继续进行标注工作。标注器实现的具体算法如下：

1)外部服务词表

因为要求精确匹配本体中的类和属性，所以系统一般没有建立本体类或属性和所有REST风格服务请求参数的对应关系。为了自动化的去标注这些不匹配任何本体资源的参数，添加一些不同的外部服务去丰富结果。以下描述了被添加到系统中的外部服务的主要特征。

a)拼写建议

Web搜索引擎(如Google，Yahoo)通常都尝试去探测和解决用户的书写错误。这个建议服务也叫做“你的意思是”，它是一个用于解决这些错误的拼写算法。例如，当一个用户写'countryName'，算法将建议'country'和'name'分隔开。

在系统中，使用Yahoo Boss服务去检索关于参数的建议。因此，对每个参数而言，系统没有发现类或参数的相应响应，将调用服务区获得一列建议参数再次去查询本体。输出参数已经被注册，并存储在知识库中。如'countryName'没有在本体中被发现。被添加的服务将试着去分开这个参数'country'和'name'，然后再次去查询结果。

b)同义词的使用

外部服务被结合到本系统中去检索某一参数的同义词。这一服务试着去改进语义标注过程，当系统没有提供结果，即在REST风格服务中仍然有一些参数是没有被标注的。例如，当系统发现一个叫'address'的参数时，注册进程使用同义词服务去检索'address'同义词集，如'extension'、'reference'、'mention'、'citation'、'denotation'、'destination'、'source'、'cite'等等。这些输出被注册并存储到知识库中，然后REST服务调用SPARQL查询终端去获得结果。

2)语义标注中使用本体

当前，REST风格服务语义标注有一些困难，Maleshkova和Alowisheq简要的描述了这些困难。为了解决这些困难，采取以下方法：仅使用语义描述、输入/输出参数去语义标注；一些正确的示例值的标识允许自动化的调用REST风格服务。

语义标注过程的开始点是之前获得的语法参数列表。这些参数用于去查询本体SPARQL，并检索与每个参数相关的结果值，如下：

第一，系统检索本体中所有的类。类的名字将和REST风格服务的每个参数进行精确匹配。如果系统获得了匹配成功响应，它将使用本体概念去检索概念实例。检索的结果(RDF)是自动化进行的，并为某些参数注册一个可能的值。系统仅仅考虑概念。这些概念有实例信息，并且自动化地丢弃了与这些本体概念无关的实例。

为了去检索那些REST风格服务中已定义参数的信息，系统已经注册了本体SPARQL Endpoint作为服务。这些服务能够自动化的调用SPARQL查询本体端点。下一步，将提出一些系统中常用于对本体信息进行查询的语句，如表9所示。

表9 SPARQL查询本体中两个类

这个SPARQL查询能够检索出本体中所有的类，将查询的结果和服务中的每个参数的概念进行比较。

下一步，系统试着去发现REST风格服务和本体属性之间的对应关系。如果系统获得了一些相应的对应关系，它将使用本体属性各个地去检索本体SPARQL Endpoint信息。此外，这些信息被注册为一个可能的准确的值。

SPARQL查询能够去检索本体的属性，系统将使用的结果去和在语法描述上被定义了的每个参数进行比较，如表10所示。

表10 SPARQL查询本体中所有的属性

最后，随着类和属性的匹配完成，系统将使用SPARQL Endpoint去检索类和属性的实例。

3)语义标注的匹配规则

概念匹配指的是概念之间的相似度，常用Sim(IC,OC)来表示，IC代表需要匹配的数据概念，OC是本体中的概念，并且Sim(IC,OC)的值在0和1之间。Sim(IC,OC)＝1表示数据概念和本体中的某一概念完全一样，Sim(IC,OC)＝0表示数据概念和本体中的所有概念都不匹配，Sim(IC,OC)＝a(其中a∈[0,1])表示数据概念和本体中的某一概念部分相似。

在对比了常用的概念相似度的计算方式后，本发明提出了一种基于REST风格Web服务标注下的匹配度规则，在此规则中结合语义相似度和语义相关性。

基于REST风格Web服务标注的核心是匹配规则的定义，即如何去计算请求参数、页面关键概念与本体概念的相似度。在匹配算法中，以下面三个方式来计算概念匹配度：

a)基于名称来计算相似度

在此方法中，主要是结合Levenshtein编辑距离相似法来计算外部输入概念的名称和本体的概念名称进行相似度计算。如在基于REST风格Web服务，用户发送getCityNameBytCityCode请求，即用户通过城市编号来查询城市的名称。首先在CityCode这一数据类型的聚类语义树中，依次遍历其中的概念节点和外部概念进行相似度比较。两个概念的相似度定义，如公式4-1所示：

$\mathrm{Sim}{(\mathrm{IC},\mathrm{OC})}_{\mathrm{CN}}=\mathrm{MAX}(0,\frac{\mathrm{MIN}\left(\right|L_{\mathrm{IC}}|,|L_{\mathrm{OC}}\left|\right)-\mathrm{EditDis}(L_{\mathrm{IC}},L_{\mathrm{OC}})}{\mathrm{MIN}\left(\right|L_{\mathrm{IC}}|,|L_{\mathrm{OC}}\left|\right)})$   公式(4-1)

其中，概念IC，OC的名称字符串的长度是用|L_IC|和|L_OC|来表示，概念IC，OC的名称之间的编辑距离是用EditDis(L_IC,L_OC)来表示，记录了一个字符到另一字符的元操作次数，其中元操作包括单个字符与邻近字符的插入、删除、交换等。

b)基于属性计算相似度

在实际的应用中，如果两个被对比的概念具有某些相同的属性，也将这些属性理解为是一类特殊的概念，那么可以推断这两个概念可能是相似的，所以通过概念的属性来计算概念的相似度是可行的。例如用户请求REST风格式Web服务时的URL为http://.../getBooksInfo？author＝xx。可以根据属性author来匹配，本体中的概念属性。计算公式如4-2所示：

Sim(IC,OC)_CA＝m*Sim(A₁,A₂)_CN  公式(4-2)

其中概念IC、OC的属性对(A₁,A₂)匹配度用Sim(A₁,A₂)_CA来表示，可通过数据类型匹配表获得A₁、A₂的数据类型的相似度m。一般情况下，一个概念的属性可能是多个，在匹配相似度的过程中就要把所有的输入概念属性和本体概念属性进行匹配，将匹配度最大的作为两个概念的相似度。

c)基于正则表达式的特征来计算相似度

此方法需要使用到正则表达式，它是一个用来描述、匹配一系列符合某些语法特征的单个字符串，具有良好的灵活性、逻辑性和有效性，即使用概念的形式化表示来判断是否匹配本体中的某些概念。当请求参数中符合正则表达式的描述形式时，可以判断其概念特征，根据概念特征去匹配本体库中的数据。

例如，当请求参数或页面数据符合A正则表达式，则判断此概念为价格，并且根据其符号特征'$'、'yuan'等，去领域本体库中找出匹配相似度高的概念。

①正则表达式A

概念::＝[0-9]*(分隔符)[0-9][0-9]符号

分隔符::＝'.'

符号::＝'Dh'|'$'|'yuan'

例如，当请求参数或页面数据符合B正则表达式，则判断此概念为手机号码，并且根据其号码特征如号段、地区号段、用户号段，去领域本体库中找出匹配相似度高的概念。

②正则表达式B

概念::＝^(中国区号)(号段)(地区号段)(用户号段)

中国区号::＝(+86)？

号段::＝^(13[0-9]|15[0|3|6|8|9]|18[8|9])

地区段号码::＝[0-9]{4}

客户号码::＝[0-9]{4}

例如，当请求参数或页面数据符合B正则表达式，则判断此概念为等级评定，并且根据其特征，去领域本体库中找出匹配相似度高的概念。

③正则表达式C

概念::＝(等级)星

等级::＝1|2|3|4|5

定义计算公式如公式4-3所示：

Sim_CRE(IC,OC)＝0|1  公式(4-3)

其中当外部概念符合正则表达式时，则认为相似度为1，当不符合时，相似度为0。

c)合并为匹配规则

将这三种方式合并，综合计算算法可以使计算相似度的过程更有效和完全，其计算方法如公式4-4所示：

Sim(IC,OC)＝k₁*Sim_CN(IC,OC)+k₂*Sim_CA(IC,OC)+k₃*Sim_CRE(IC,OC)  公式(4-4)

其中，k_(1，2，3)是算法的权重，这个是根据训练样本得到的。

以下是标注器中的概念匹配规则的核心算法：

S500、本体可视化S501、本体可视化原则

本体可视化是本体中概念及语义关系呈现的一种手段，在实现本体可视化的过程中，遵守以下的原则：

(1)可视化的用户体验原则

在本体可视化的过程中，应将用户体验放在第一位。

(2)可视化的视觉化原则

在本体可视化的过程中，要充分的利用视觉技术，将本体中的概念及语义信息转换为直观的、形象的、色彩适宜的视觉信号，方便用户的视觉感官去接受可视化视觉信号。

(3)可视化信息的充实性原则

在可视化化的设计中，要保证本体相关信息的必须是充实且实用性，如考虑信息传递的是什么内容，要如何讲述，如何去抽象的规划可视化的功能，才能够达到可视化要传递的信息。

(4)可视化的高效性原则

在确定了本体可视化的信息量后，在实际的可视化交互过程中，通过一些手段，如视觉上凸显重要的因素，用轴线表达时间信息等，来保证获取本体信息的高效性，让用户在尽可能少的时间内找到需要的信息。

S502、本体可视化方案

在遵循本体可视化的原则下，将本体可视化分为两种方案，一种是领域本体专家用户视图，另一种是普通用户视图。

(1)专家用户

针对专家用的应用系统主要是详细的将本体中的类、实例及实例的相关属性以本体的专用词汇结合图片、视频、音频等可视化效果呈现给专家用户。呈现的形式如图6-1所示。

(2)普通用户

针对普通用户的应用系统主要采用Prefuse可视化工具尽可能将本体中的概念及语义关系简洁、明了的展示给用户。呈现的形式如图6-2所示。

S503、本体可视化的策略

(1)本体可视化方案一的实施策略

在方案一中，左侧是类及相关实例的列表，右侧是相应类或实例的详细信息，如当专家用户单击左侧的类时，右侧会显示类名、类URI、子类及其实例；当专家用户单击左侧下的实例时，右侧会显示实例URI、实例名、实例所属的类、实例的相关属性。以《计算机导论》课程本体为例，如图7和图8所示。

(2)本体可视化方案二的实施策略

本文中，采用Prefuse来实现本体中概念及概念间关系的可视化。本体中的概念如类、实例等，以节点形式显示，概念之间的语义关系使用线的形式来显示。

①首先从本体知识库中获取需要被可视化的数据，然后将类、实例的URI和名称数据存放到Table结构中，如：

Table nodes＝GetData("SELECT C_URI,C_Name From ont_class)；

将类与类的关系、类与实例的关系、实例与实例的关系作为边来连接结点，边的数据信息存放到Table结构中，如：

Table edges＝GetData("SELECT x.C_URI,y.curi FROM ont_class as x，tmpclass as y where x.C_Name＝y.cvalue")；

然后再将nodes、edges数据添加到Graph对象中。这样就将源数据转化为抽象数据。

②创建Visualization对象，将Graph添加到Visualization中。设置渲染器、如设置其圆角：

LabelRenderer r＝new LabelRenderer("name")；

r.setRoundedCorner(8,8)；

设置好后，就使用渲染器来创建渲染工厂，并将其作为整个可视化的渲染工厂。

③设置可视化元素的属性(如结点、线的填充颜色，结点、线上的文本字体和颜色等)、执行任务如过滤、布局颜色分配。

④最后使用Display对象来显示Visualization对象，并且在Display对象添加一些事件监听器来处理交互操作。如提供了相应的点击、输入、拖拽、滚动、缩放等事件监听器，当鼠标划过结点，显示类或实例的详细信息；划过线，显示线两端结点的关系；双击结点时，对子结点进行展开、收缩等等。

以《计算机导论》课程本体为例，当双击第一章时，展开第一章下面的二级结点信息，如图9-1所示；当双击第一章下面的1.1小节时，展开其结点下的三级结点或知识点节点，如图9-2所示；当用户鼠标划过1.1.1时，显示了1.1.1节的详细信息，如图9-3所示；当用户不需要阅览此信息时，可以双击1.1结点收起其相关信息。同时，还提供了图片、音频、视频等多媒体效果来展示实例结点及实例结点详细信息。

S600、采用REST架构风格建立支持异构的、跨浏览器平台的本体可视化的Web工程。

在此架构图中，采用的是B/S模式，富客户端主要采用了Ajax技术和Prefuse技术，使得客户端和服务端的交互更加的方便和高效。客户端通过XmlHttpRequest对象与服务器交互得到用于本体可视化的XML或JSON数据，并将XML或JSON数据解析为二元组格式传输到封装了Prefuse组件的Java Applet程序中，Java Applet程序将二元组数据转化成为Prefuse定义的可视化数据结构，由Prefuse中实现布局、着色、风格设置、动画等一系列动作序列处理，然后辅助CSS将可视化效果嵌入到在页面中CSS，最后局部刷新显示本体结点以及本体间的语义信息。

应用服务器端主要由数据资源层、推理检索层、服务访问层三层结构组成，其中语义标注器器贯穿于这三层。在Eclipse集成开发环境下，使用Jena工具包在内存中建立本体模型，并读取本体文件创建本体模型。建立好本体模型后，使用Jane API将解析出来的本体内部结构的相关信息，包括类、实例、属性以及他们之间的语义关系。最后将解析数据存储在服务器端的资源知识库，即关系数据库中，然后读取资源知识库在服务器端建立本体存储模型。

在REST风格的架构系统中，全部资源具有一个唯一的URI标识，即为用户提供REST式的Web服务API。服务器端Servlet控制器负责监听和接收所有服务请求，并将解析好的检索请求转交给本体存储模型。同时，通过本体存储模型内的搜索推理引擎和查询引擎得到查询结果。将查询结果和先前的客户端请求参数一起传给标注器，进行标注。最后Servlet控制器将请求对应的响应结果和标注结果以XML/JSON的数据形式传输到客户端。

步骤S501、系统架构中实现REST风格

在整个框架中，实现REST风格前，首先要划分资源范围，再将作为本应用系统的资源用URI表示，然后对资源的设计统一的接口。然后以此为基础，来实现REST风格Web服务。

(1)划分资源和资源设计

在本体可视化的应用系统中，资源集包括类、实例、属性及属性约束和属性特征。

类资源主要包含了类URI、类名、和其他类之间的关系、类具有的属性，属性的约束和特征类型及值，资源可表示为：/class/{className}，其中class是集群资源，/class/{classURI}是单个资源。

实例资源主要包含了实例URI、实例名、实例所属类、实例的属性及属性值，资源可表示为：/individuals/{individualName}，其中individuals是集群资源，/individuals/{individualName}是单个实例资源。

(2)REST风格接口的实现

在系统中REST统一风格接口使用了HTTP协议标准方法来实现对各种资源的请求操作。首先是将HTTP方法GET、POST、PUT和DELETE映射到REST接口中，然后去调用对应资源类中的方法来操作资源，如获得、添加、更新、删除资源信息。在实现的过程中，本系统主要是借助Restlet框架来实现REST风格服务。Restlet是一个在Java环境下实现的轻量级的REST风格的开源框架。它主要由两部分组成：Restlet API和Restlet引擎。Restlet API是一套基于REST风格准则的接口，它被封装在org.restlet.jar包中，处于Restlet引擎的上层。它遵循REST风格的前提下，不明确的规定服务请求方和服务提供方之间的界限，从而易于开发者去开发REST风格的Web应用。

它提供综合功能使得在程序中能够去利用REST的原始架构风格。作为一种面框架，它提供了一个广泛的类和例程集，可以帮助开发者调用、扩展或存储大量的代码，让开发者专注在本领域的需求。它可以开发许多网站，应用的领域也很广泛，如经典的网络到语义Web，从Web服务到丰富的Web客户端和网站，从移动Web到云计算。

Restlet项目提供了一个为映射REST概念到Java类的轻量级而且全面的框架。它可以用来实现任何一种REST风格系统，也不局限于REST风格Web服务，自在2005年出现以来，一直都被证明是一个可靠的软件。Restlet项目受到其他主要的Web应用程序开发的技术的影响，如Servlet，JSP等。

Restlet主要目标是提供相同的水平的功能，并且要尽量的遵循RoyFielding博士在论文中阐述的REST的设计原则。另一个关键的目标就是提供一个统一的Web视图，这个视图均适用于客户端和服务器端应用程序。Restlet通过使用其独立的应用程序架构和Web容器模块可被插入到任何Java Web容器作为Servlet容器扩展，来提供对REST的支持。

Restlet框架用一个简单而统一的方法来支持所有形式的Web应用。Restlet框架可以暴露和使用Web资源。Restlet支持HTTP的所有功能，如有条件的方法，内容范围和内容协商等。其思想是以架构的角度来看，客户端与服务器之间存在差异性是不重要的，一个单一的软件应兼容客户端和服务器端角色。

对于任何Web服务，Web客户端和服务器是通过预先定义的URIs来交换形式化表示的。在一个Restlet项目中，Restlet Web服务器将转发请求到Restlet层。在这一层，Restlet应用代表HTTP请求对应的具体的Restlet资源。

步骤S502、REST与Ajax结合

在基于REST风格系统的客户端实现上，主要使用了Ajax异步调用技术来实现客户端和服务器端之间的异步通信。

Ajax(Asynchronous Javascript And XML)是Javascript、CSS和XML等技术的结合。它改进了传统的Web应用中交互体验。采用了Ajax技术后，用户向服务器发送请求，在等待请求完全响应时用户也可以正常的浏览页面，也可以不必等待请求被响应再次去发送请求。这种异步请求的方式，浏览器不必重新加载页面，只需要加载局部更新的数据，这样减轻了服务器的负载，减少了响应时间，给浏览器用户一种连续的体验。

Ajax技术是在客户端和服务器之间引入了用JavaScript语言编写的Ajax引擎，使得用户的请求不是直接向服务器提交。Ajax引擎的核心是JavaScript对象XMLHttpRequest。虽然XMLHttpRequest对象不是标准，但是目前很多浏览器都已经支持XMLHttpRequest。引入Ajax的Web应用中，服务器和客户端的交互过程如图10所示。

REST式风格的Web系统的特点是实施统一的接口。在典型的HTTP协议交互过程中，绑定客户端可以通过一组基本HTTP方法与服务器交互：这些基本的HTTP方法是：GET、POST、PUT和DELETE。这种方法极大地简化了服务器端应用程序的设计。在传统的Web应用中，用户请求后，会彻底的刷新整个页面，会导致用户无法获得良好的体验，应用系统无法充分的利用到强大的REST风格架构。另一方面，这意味着要考虑负载均衡的问题，将整体的一部分功能移植到客户端。

Ajax的出现对实现基于REST风格式的Web应用起到了很重要的作用。它提供了一个基本框架，这个框架通过HTTP常见的接口来为开发与服务器端资源的复制的交互。此外，异步交互大大的提升了系统的性能。在用户体验、高响应性和扩展性等性能指标上，结合了Ajax技术的REST式风格Web服务都优于传统的Web应用。

在REST风格应用系统中，结合Ajax技术后，整个系统的通信流程如图10所示。

(1)构造XMLHttpRequest对象。

(2)设置请求报头中的参数，如设置缓存机制Cache-Control、设置用于向服务器端指明请求实体的MIME类型Content-Type、设置文档的编码方式Content-Encoding等。

(3)将相关的请求参数，置入到XmlHttpRequest对象的open()方法中，此方法如下：

xmlHttpRequest.open(method,url,async,username,password)

其中method参数是用于指示HTTP请求方法；URL是REST风格架构中资源的URI；参数async为true，表示是异步执行；username和password参数用于鉴权。

(4)使用xmlHttpRequest.onreadystatechange来设置回调函数，用于接受并处理JSON/XML类型的响应数据。

(5)最后，使用xmlHttpRequest.send()将HTTP请求发送到服务端。

Claims (4)

1.一种构造REST风格的本体标注可视化系统的方法，其特征在于，包括：

S100、系统以本体作为处理的基本对象，由于本体所自带的语义信息，通过本体分析工具解析，使得机器能明白数据本身的逻辑含义；

S200、利用关系数据库来持久存储解析后的本体数据，以便能快速、便捷地访问、操作本体数据；

S300、利用本体数据对获取的信息进行REST风格服务的自动语义标注，以对REST风格中的服务进行扩展，提取本体数据；

S400、将本体可视化呈现，提供针对一般用户与专家用户的不同策略；

S500、采用REST架构风格建立支持异构的、跨浏览器平台的本体可视化的Web工程，使用户能方便地访问、服务器能更高效地工作。

2.根据权利要求1所述构造REST风格的本体标注可视化系统的方法，其特征在于所述步骤S300中利用本体数据对获取的信息进行REST风格服务的自动语义标注，具体包括以下步骤：

S301、调用和注册：用户先输入某个Web应用，或所需服务的APIs，或者一个可用的REST风格的服务URL，这些信息将作为服务URLs的一部分。系统将自动获得和每一个提到的REST服务相关的信息，把REST风格服务调用转换为对一个具体服务的查询(具体的服务请求中包含了URL和相关的参数)。系统调用REST风格服务，并分析响应结果来获得参数集的一个基本的语法表述；

S302、依照语法结合输入输出参数去描述REST风格服务、确定关键词的集合；通过分词、提取页面可能成为关键词的名词；

S303、判断这些名词是否是简单类型的概念SC。如果是，则进入步骤S305；如果否，则进入步骤S304；

S304、这些名词是复合概念CC，对其进行分析和分解，将处理结果作为新的名词，转步骤S303以继续判断是否是简单类型的概念SC；

S305、将简单类型的概念SC与已经构建好的领域本体中的概念OC根据以下规则机制进行匹配：

Sim(IC,OC)＝k₁*Sim_CN(IC,OC)+k₂*Sim_CA(IC,OC)+k₃*Sim_CRE(IC,OC)

其中，Sim_CN，Sim_CA，Sim_CRE分别为基于名称的相似度计算规则，基于属性的相似度计算规则以及基于正则表达式的特征相似度计算规则；

k_(1，2，3)是算法的权重。

S306、如果匹配成功，则转步骤S308；

如果匹配不成功，且不超过匹配限定次数，则转步骤S307；

如果匹配不成功，且超过匹配限定次数，则结束；

S307、根据拼写建议词库和同义词词库，找到类似的概念LS，并继续判断是否是简单概念，转步骤S303；

S308、根据SPARQL查询OC的语义信息，生成标注结果，结束。

3.根据权利要求1所述构造REST风格的本体标注可视化系统的方法，其特征在于：所述步骤S400中将本体可视化呈现，提供针对一般用户与专家用户的不同策略，具体包括以下步骤：

S401、针对专家用户的方案：将本体中的类、实例及实例的相关属性以本体的专用词汇结合图片、视频、音频的可视化效果呈现给专家用户；

S402、针对普通用户的方案：采用Prefuse可视化工具将本体中的概念及语义关系展示给用户。

4.根据权利要求1所述构造REST风格的本体标注可视化系统的方法，其特征在于：以本体文件作为输入，通过对本体的验证、推理与解析，实现本体的持久化存储和语义标注器；然后规划本体中的数据集合划分其中的资源，对资源进行规范的URI定义，并统一接口；同时，结合自动化语义标注方法，实现基于REST风格的本体可视化Web服务的服务端。所述步骤S500中，采用REST架构风格建立支持异构的、跨浏览器平台的本体可视化的Web工程，使用户能方便地访问、服务器能更高效地工作，具体包括以下步骤：

S501、划分资源和资源设计：在本体可视化的应用系统中，资源集包括类、实例、属性及属性约束和属性特征；

S502、REST风格接口的实现，REST统一风格接口使用HTTP协议标准方法来实现对各种资源的请求操作，首先是将HTTP方法GET、POST、PUT和DELETE映射到REST接口中，然后去调用对应资源类中的方法来操作资源，最后通过Ajax异步调用技术来实现客户端和服务器端之间的异步通信。