CN116304225B - 一种基于mas系统的构件检索及评价方法 - Google Patents

一种基于mas系统的构件检索及评价方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于MAS系统的构件检索及评价方法。本方法首先基于构件的不同刻面建立构件描述模型；获取各个构件的构件信息，并通过所述构件描述模型对各个构件的构件信息进行规范化描述，并将规范化描述后的各个构件保存至构件本体库中；然后获取待检索构件，检索待检索构件的关键字，得到联系词集；最后依据所述联系词集检索构件本体库进行构件下载，得到构件检索结果。本发明可以提高构件的查全率和查准率，赋予构件语义能力，智能化实现了软件复用过程。

Description

一种基于MAS系统的构件检索及评价方法
技术领域
本发明涉及软件工程技术领域，特别涉及一种基于MAS系统的构件检索及评价方法。
背景技术
构件是指在软件系统中具可独立部署、接口由契约指定且多由第三方提供的可组装软件实体，它具有相对独立功能，可以明确辨识，和语境有明显依赖关系。目前，由于软件构件库规模的日益增长，如何快速地从现有软件构件库中检索出需要的源代码构件，成为了当前各软件公司、构件库平台亟待解决的问题。
现有的构件检索技术均是基于单一索引方法实现的，然而这种方式是不完备的，不能精确刻画构件源代码与需求查询之间的相似性。
发明内容
基于此，本申请实施例提供了一种基于MAS系统的构件检索及评价方法，不仅使构件检索过程具有高查全率和查准率，而且使构件检索过程更加智能，符合组装需求。
本申请提供了一种基于MAS系统的构件检索及评价方法，该方法包括：
基于构件的不同刻面建立构件描述模型；
获取各个构件的构件信息，并通过所述构件描述模型对各个构件的构件信息进行规范化描述，并将规范化描述后的各个构件保存至构件本体库中；其中，所述构件本体库中还包括各个构件的构件标识和构件路径；
获取待检索构件，检索待检索构件的关键字，得到联系词集；
依据所述联系词集检索构件本体库进行构件下载，得到构件检索结果。
可选地，所述方法还包括：
将构件检索结果进行接口名匹配、接口参数个数匹配、布尔型参数匹配、集合型参数匹配分别得到不同维度的词形匹配度，根据不同维度的词形匹配度得到综合匹配度；
根据所述综合匹配度对构件检索结果进行评价提取出目标构件。
可选地，将构件检索结果进行接口名匹配，包括：
根据接口名IN1和IN2，得到第一词形匹配度S1
其中，SameWC(IN1，IN2)表示IN1和IN2中相同单词的个数，len(IN1)表示IN1的长度，len(IN2)表示IN2的长度。
可选地，将构件检索结果进行接口参数个数匹配，包括：
根据
确定第二词形匹配度S2，其中，接口I1有m个输入参数I1p＝(Ip1，Ip2，……，Ipm)，接口I2有n个输入参数I2q＝(Iq1，Iq2，……，Iqn)，函数pSim(Ipi，Iqj)计算I1p中输入参数Ipi和I2q中输入参数Iqj之间的匹配度；
变量xij为
可选地，将构件检索结果进行布尔型参数匹配，包括：
根据
确定第三词形匹配度S3，p1和p2表示布尔型参数。
可选地，将构件检索结果进行集合型参数匹配，包括：
根据
确定第四词形匹配度S4，其中，number(Sp1)表示Sp1所代表的值，number(Sp2)表示Sp2所代表的值。
可选地，根据不同维度的词形匹配度得到综合匹配度，包括：
根据
确定综合匹配度e，其中，W0表示设定权重，Wi为权重因子，Si表示词形匹配度，Rel为语义相似度。
可选地，所述基于构件的不同刻面建立构件描述模型，包括：
基于构件基本信息刻面、构件分类信息刻面、构件环境需求刻面、构件质量刻面和构件功能刻面建立构件本体库。
可选地，依据所述联系词集检索构件本体库进行构件下载，包括：
根据待检索构件的标识获得待检索构件的存储地址；
根据所述存储地址到构件库中映射实体构件进行构件下载。
可选地，所述将规范化描述后的各个构件保存至构件本体库中，包括：
将规范化描述后的各个构件所对应的构件标识和构件路径保存至构件本体库中。
本申请实施例提供的技术方案中首先基于构件的不同刻面建立构件描述模型；获取各个构件的构件信息，并通过所述构件描述模型对各个构件的构件信息进行规范化描述，并将规范化描述后的各个构件保存至构件本体库中；然后获取待检索构件，检索待检索构件的关键字，得到联系词集；最后依据所述联系词集检索构件本体库进行构件下载，得到构件检索结果。可以看出，本发明可以提高构件的查全率和查准率，赋予构件语义能力，智能化实现了软件复用过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于MAS系统的构件检索及评价方法流程图；
图2为本申请实施例中基于本体的构件描述模型图；
图3为本申请实施例中构件本体库形成过程图；
图4为本申请实施例中领域字典部分结构图；
图5为本申请实施例中fileUpload实体构件与构件本体的映射关系图；
图6为本申请实施例中系统框架图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本发明的描述中，除非另有说明“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。
此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。
基于构件的软件开发是软件复用关注的重点。为了提高软件复用效率，本申请提出了基于MAS系统的智能构件检索与评价方法，该方法为了便于搜索和匹配，需对现行构件库中的实体构件进行本体化描述，生成构件本体库。借助领域字典使待查询的构件和构件本体库之间形成一定的语义映射，再通过构件本体库定位实体构件，完成构件的查询。为了实现构件的装配还建立了一个MAS系统，对候选的构件通过适应性评价，实现构件的准确检索。最终依据构件查询信息明确了检索目标，扩展了待查询构件的语义范围，实现了智能化检索构件。结果表明，该方法不仅使构件检索过程具有高查全率和查准率，而且使构件检索过程更加智能，符合组装需求。
基于构件的软件开发是控制软件复用过程复杂性、提高复用效率的有效途径。国内外均取得不菲研究成果。国外已有多种构件模型，比如CORBA和CCM。尽管如此，软件复用过程并不顺利，具体存在以下三个问题：(1)系统需要哪些构件；(2)构件以何种形式存在，提供了什么功能和接口；(3)如何建立映射关系，查找匹配构件。现有工作中，在(1)(2)明确的情况下，对于问题(3)，如何查找匹配构件，往往直接影响着软件复用的效率。目前本体理论为建立构件描述模型提供了明确的方法。同时Agent系统为系统框架的搭建提供了良好途径，将任务分配给各个自治Agent，智能化地实现构件检索和评价。
本申请提出了一种基于MAS系统的智能构件检索与评价方法。首先对构件库中的实体构件进行本体化描述，建立构件本体库；其次结合领域字典对待查找的构件进行语义扩展，依据提取目标检索构件本体库从而定位实体构件；最后在此基础上使用匹配指标衡量检索到的构件的准确性。实验结果表明，该方法能够准确得到符合要求的构件。
具体地，请参考图1，其示出了本申请实施例提供的一种基于MAS系统的构件检索及评价方法的流程图，该方法可以包括以下步骤：
步骤101，基于构件的不同刻面建立构件描述模型；
其中，一般构件的内涵包含如下三部分：
(1)构件实体：包括代码、服务和系统三方面内容；
(2)构件文档：包括需求规约、系统构架、设计文档和测试案例等各种具有复用价值的软件资源；
(3)对软件构件的要求：分为对外部接口、内部封装(支持复用)的要求，可以提供技术文档的支持。
步骤102，获取各个构件的构件信息，并通过构件描述模型对各个构件的构件信息进行规范化描述，并将规范化描述后的各个构件保存至构件本体库中。
其中，构件本体库中还包括各个构件的构件标识和构件路径；
“本体论”(Ontology)研究客观事物存在的本质和组成。本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明，将现实世界中某个领域抽象为一组概念以及概念之间的关系，用以表达对领域概念的共同理解。本体由概念类(class)，关系(relations)，函数(functions)，公理(axioms)，实例(instances)5种元素组成。普遍认为OWL(Web Ontology Language，Web本体语言)是目前综合性能最好的本体描述语言，包括本体推理层、智能体标记等，有着很好的表达能力。
本申请中，使用OWL语言描述构件的基本信息，经过本体化规范提供了明确清晰的构件管理描述。通过构件实体映射为构件本体，提高构件检索的效率。
在本实施例中，建立了一种基于本体的构件描述模型，从五个刻面描述构件：构件基本信息刻面、构件分类信息刻面、构件环境需求刻面、构件质量刻面和构件功能刻面。如图2所示。
构件本体模型从BNF范式语法的角度描述，尖括号“<>”内包含的为必选项，星号“*”表示可以多次使用。如表1所示。
表1构件形式化描述
现需要对文件子系统的文件上传功能的构件进行检索，用OWL语言对构件个体进行本体化描述。创建fileUpload和fileTransfer，分别表示为文件上传构件和文件转换构件，其中文件上传构件依赖于文件转换构件。根据形式化描述为文件上传构件添加构件标识、构件作者、应用领域等信息，分别为10000002、Cloud、fileProcess等。
对已有的构件和需要特定开发的构件进行规范化描述，包含构件标识等，形成构件本体库，再结合构件存储路径使用文件系统来存储构件实体。这样，实体构件依照构件标识、存储路径，经过本体化后放入构件本体库。过程如图3所示。
步骤103，获取待检索构件，检索待检索构件的关键字，得到联系词集；
构件检索是将待检索的构件目标映射到构件本体库。具体是结合一个领域字典扩展词汇，将构件查找信息反馈给检索模块，通过构件本体映射到实体构件。具体包括：建立领域字典语义扩展：
领域字典用以扩展构件的含义。字典是语义理解的知识库，通过扩展名称含义，扩大查找范围。根据SWEBOK分类模型，将软件工程知识分为软件需求、软件设计、软件构造、软件测试、软件维护和相关学科知识域，并设计process、method、tool、develop、technology、software和related等一级词汇。字典部分结构如图4所示，fileUpload词汇与fileShow、fileTranser、getFileUrl联系。
检索待检索构件的关键字，得到联系词集。检索fileUpload的子类有fileUpload的扩展词汇为fileShow、fileTransfer、getFileUrl。至此得到fileUpload的扩展词(包括本身)为{fileUpload、fileShow、fileTransfer、getFileUrl}。
步骤104，依据联系词集检索构件本体库进行构件下载，得到构件检索结果。
在上述基础上依据构件词汇检索构件本体库。检索的具体过程是，按照构件的功能类型(文件处理、数据库相关、网络相关等)建立子文件夹，如将fileUpload构件的源代码已经打包成名为“10000002”文件存储在FileProcess文件夹下，如图5，当用户查找构件库fileUpload词汇时，依据该构件的标识10000002在构件基本信息表中获得该构件的存储地址Component Repository/FileProcess/10000002，再到构件库中映射实体构件进行构件下载。
结果作为fileUpload待查找构件的候选构件集。若依据领域字典扩展词汇在构件库中查找不到实体构件，就要开发所需构件，经构件本体化描述后放入构件库，并及时扩充领域字典词汇。结合领域字典和构件库的不断更新，丰富构件的语义信息，为以后构件的复用带来方便。
在本申请可选的实施例中，方法还包括：将构件检索结果进行接口名匹配、接口参数个数匹配、布尔型参数匹配、集合型参数匹配分别得到不同维度的词形匹配度，根据不同维度的词形匹配度得到综合匹配度。
面对检索出的实体构件数目众多的问题，我们参照综合匹配度指标评价提取出合适的构件，即用综合匹配度e从构件的接口名匹配S1、接口参数个数匹配S2、布尔型参数匹配S3、集合型参数匹配S4方面分别进行衡量。
(1)构件接口名匹配S1
接口名IN1和IN2之间的词形匹配度
其中，SameWC(IN1，IN2)表示IN1和IN2中相同单词的个数，当一个单词在IN1和IN2中出现的次数不同时以出现次数少的计数。len(IN1)表示IN1的长度，len(IN2)表示IN2的长度。
例如对待查找构件fileUpload计算FileShow实体构件的词形匹配度时，File在二者中出现一次，S1(FileUpload，FileShow)＝2/(2+2)＝0.5。
(2)构件环境匹配S2
假定接口I1有m个输入参数I1p＝(Ip1，Ip2，……，Ipm)，接口I2有n个输入参数I2q＝(Iq1，Iq2，……，Iqn)，函数pSim(Ipi，Iqj)计算I1p中输入参数Ipi和I2q中输入参数Iqj之间的匹配度。引入变量
输入参数匹配度计算表示如公式(2)。
AP中第一个约束表示I1p中第i个参数Ipi只能和I2q中的参数匹配一次，AP中第二个约束表示I2q中第j个参数Iqj只能和I1p中的参数匹配一次。简而言之，即为两构件间的各个参数匹配度和的最大值。
例如构件1有接口A(id，name)，构件2有接口B(id1，name1，path1)，则计算构件2的环境匹配为(1×1+1×1+1×0)/2＝1。
(3)构件布尔型参数匹配S3
构件属性的布尔型参数匹配是指构件中存在一类属性，其特点是匹配度只有两个取值，要么是0，要么是1，不存在第三种情况。
例如待查找构件fileUpload的运行环境要求是Windows和Linux，联系的实体构件FileUpload(2)只能在Windows下运行，这时的布尔型参数匹配度为0。
(4)构件集合型参数匹配S4
number(Sp1)表示Sp1所代表的值，number(Sp2)表示Sp2所代表的值。
例如待查找构件FileUpload要求为高级(上传、格式转换、文件查看、获取文件路径)，其集合型参数匹配度1，联系的实体构件FileUpload(1)除格式转换外都能实现，其集合参数匹配度是3/4＝0.75。
最后，引入权重因子Wi计算语义相似度Rel与匹配指标的加权平均，作为构件的综合匹配度e，如公式(5)所示。
设构件FileUpload、FileShow、FileTransfer、GetFileUrl功能分别是1、2、3、4。计算待查找构件FileUpload的候选实体构件的各个匹配度，特别地，取W0＝0.5，W1＝W2＝W3＝W4＝0.125，得到表2：
表2候选构件的功能及匹配度
可看出，实体构件FileUpload(2)与待查找构件fileUpload的综合匹配度最大，功能较全面，符合了待查找构件fileUpload的需求，成为待检索构件的理想目标。
通过一个具有自治性、认知性的MAS，(多Agent系统，Multi-Agent System)，将构件检索和评价任务分配给Agent实体。Agent是“智能代理”，可看作用户自定义行为的公共积累。同时每个Agent的任务是并行执行的，自动管理行为的调度。其特点是以任务调度为核心实现接口和编码规范。MAS系统，分配具有独立功能的Agent来筛选构件，使得系统组装过程更加快速、准确。
在本申请实施例中，MAS系统运行在JADE平台上，包含交互Agent，扩展Agent，检索Agent，组装Agent，评价Agent。框架如图6，步骤如下：
(1)用户通过界面请求构件检索条件，传给交互Agent，交互Agent把构件请求封装成相应请求服务的ACL消息，发送给扩展Agent；
(2)扩展Agent接收到ACL消息后，检索领域字典进行推理扩展，将扩展结果反馈给检索Agent；
(3)检索Agent根据用户请求及扩展Agent得到的构件信息，访问构件库，映射实体构件，再将结果传递给评价Agent，完成检索任务；
(4)评价Agent对构件的匹配度进行衡量，并与组装Agent通信；
(5)组装Agent给出最优的构件组合方案，并将筛选评价后的构件结果返回给交互Agent；
(6)最后交互Agent将检索结果按照一定的顺序返回给用户界面
通过比较现有构件检索及评价方法，评价本申请的构件检索及评价方法，并验证评价不同方法的有效性。
在构件库查找login构件，本方法为本体法，与关键字法进行对比。实验以查全率r、查准率p进行评估，R代表相关构件集合，A代表实际检出构件集，R∩A代表筛选评价后的相关构件集。
查全率r＝|R∩A|/|R|
查准率p＝|R∩A|/|A|
实验结果如表3所示。
表3方法的查全率和查准率比较
构件库中实际共有200个相关构件(|R|)，运用关键字查全率分别为0.51和查准率0.56；而运用基于本体的本申请所述方法，查全率和查准率分提高0.28和0.27。结果表明本方法能明显提高构件检索的查全率和查准率。
本申请提出了一种基于MAS系统的智能构件检索与评价方法。本申请的工作有，建立一套基于本体的构件描述模型，建立构件本体库实现构件的智能检索；提供了一个领域字典构造方法，用以扩展语义；并用匹配指标对所选构件进行评价，用以筛选出有效的构件；构建了一个自治的Agent系统，完成评价工作。最后，本申请通过实例验证该方法可以提高构件的查全率和查准率，赋予构件语义能力，智能化实现了软件复用过程。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于MAS系统的构件检索及评价方法，其特征在于，所述方法包括：
基于构件的不同刻面建立构件描述模型；
获取各个构件的构件信息，并通过所述构件描述模型对各个构件的构件信息进行规范化描述，并将规范化描述后的各个构件保存至构件本体库中；
获取待检索构件，检索待检索构件的关键字，得到联系词集；
依据所述联系词集检索构件本体库进行构件下载，得到构件检索结果；
所述方法还包括：将构件检索结果进行接口名匹配、接口参数个数匹配、布尔型参数匹配、集合型参数匹配分别得到不同维度的词形匹配度，根据不同维度的词形匹配度得到综合匹配度；根据所述综合匹配度对构件检索结果进行评价提取出目标构件；
将构件检索结果进行接口名匹配，包括：
根据接口名IN1和IN2，得到第一词形匹配度S1
其中，SameWC(IN1，IN2)表示IN1和IN2中相同单词的个数，len(IN1)表示IN1的长度，len(IN2)表示IN2的长度；
将构件检索结果进行接口参数个数匹配，包括：
根据
确定第二词形匹配度S2，其中，接口I1有m个输入参数I1p＝(Ip1，Ip2，……，Ipm)，接口I2有n个输入参数I2q＝(Iq1，Iq2，……，Iqn)，函数pSim(Ipi，Iqj)计算I1p中输入参数Ipi和I2q中输入参数Iqj之间的匹配度；
变量xij为
将构件检索结果进行布尔型参数匹配，包括：
根据
确定第三词形匹配度S3，p1和p2表示布尔型参数；
将构件检索结果进行集合型参数匹配，包括：
根据
确定第四词形匹配度S4，其中，number(Sp1)表示Sp1所代表的值，number(Sp2)表示Sp2所代表的值；
根据不同维度的词形匹配度得到综合匹配度，包括：
根据
确定综合匹配度e，其中，W0表示设定权重，Wi为权重因子，Si表示词形匹配度，Rel为语义相似度。
2.根据权利要求1所述的构件检索及评价方法，其特征在于，所述基于构件的不同刻面建立构件描述模型，包括：
基于构件基本信息刻面、构件分类信息刻面、构件环境需求刻面、构件质量刻面和构件功能刻面建立构件本体库。
3.根据权利要求1所述的构件检索及评价方法，其特征在于，依据所述联系词集检索构件本体库进行构件下载，包括：
根据待检索构件的标识获得待检索构件的存储地址；
根据所述存储地址到构件库中映射实体构件进行构件下载。
4.根据权利要求1所述的构件检索及评价方法，其特征在于，所述将规范化描述后的各个构件保存至构件本体库中，包括：
将规范化描述后的各个构件所对应的构件标识和构件路径保存至构件本体库中。
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