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1、分类号UDC密级屋叨多哥歹又学硕士学位论文基于本体的领域分析研究生姓名指导教师姓名、职称杜英国丁志强教授学科专业计算机应用技术研究论文方向工作软件工程起止日期! ! ! ! 生! 旦二! ! ! ! 生! 旦论文提交日期2005 年3 月基于本体的领域分析摘要软件复用被认为是改善软件质量和提高软件生产力最有希望的技术。为了支持复用，软件开发过程必须考虑两个方面的问题：为复用开发和用复用开发。本体逐渐成为构建信息系统、提供知识共享和复用的重要机制。领域分析是软件复用工程中摄重要的工作。本课题利用本体的概念，讨论了领域分析技术中的领域本体的概念、领域本体的形式化描述，本体模型到U M L 模型的映
2、射，并给出基于本体的领域分析过程，以期对软件复用工程的领域分析过程有所改进。关键字：本体，领域模型，U M L ，O C L兰幽堡堑A b s t r a c tS o f t w a r er e u s eh a sb e e np o i n t e da so n eo ft h em o s tp r o m i s i n gt e c h n i q u et oe n b a n c eq u a l i t ya n dp r o d u c t i v i t yo fs o f t w a r e T os u p p o r tr e u s e ，s o f t w
3、a r ep r o c e s s e sh a v et o。n S e d 。t w os i d e s ：d e v e l o p i n gf o rT e u s ea n dd e v e l o p i n gw i t hr e u s e ，O u t 0 1 0 9 yi sb 8 。o ”g8 n1 ”p o r t a n tm e c h a n i s mf o rb u i l d i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mp r o v i d i n gk n o w l e d g es h a r ea n dr e
4、u s e D o m a i na n a l y s i si sm o s ti m p o r t a n tw o r ki ns o f t w a r er e u s e T h i st h e s i sr e s e a r c h e dt h ed o m a i no n t o l o g yc o n c e p t i o na n di t sf o r m a ld e s c r i p t i o n ，a n dt h em a p p i n gt e c h n i q u ef r o mo n t o l o g ym o d e lt oU
5、 M Lm o d e l a n dp r e s e n t e dt h eo n t o l o g y b a s e dd o m a i na n a l y s i sp r o c e s s ，i no r d e rt oi m p r o v et h ed o m a i na n a l y s i si ns o f t w a r er e u s ee n g i n e e r i n g K e yw o r d s ：o n t o l o g y ，d o m a i nm o d e l ，U M L ，O C LI I昆明理工大学学位论文原创性声明
6、本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下( 或我个人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：本兰萸期日期：2 0 。5 年3 月j 5 日关于论文使用授权的说明本人完金了解昆明理工大学有关保留、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，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。( 保密论文在解密后应遵守)导师签名：兰查瑾论文作者签
7、名：桫鼬羁日期：丝! ! 生生月塑旦注：此页放在封面后，目录前。基于本体的顿域分析1 1 引言第一章绪论面对日益复杂的软件系统，软件复用被认为是解决“软件危机”、提高软件开发效率和改善软件产品质量、实现软件产业化生产方式的重要途径。软件复用的研究和实践表明，特定领域的软件复用活动相对容易取得成功。这里的领域是指一组具有相似和相近软件需求的应用系统所覆盖的功能区域。领域的内聚性( 领域知识逻辑上的紧密相关性) 和稳定性( 在一定时间内，领域知识不会发生剧烈的变化) 为软件复用活动提供了开发可复用资产的可能性和潜在的经济利益，也使得特定领域的软件复用相对容易获得成功。软件复用包含两个重要阶段：可复
8、用资产的开发( d e v e l o p i n gf o rr e u s e )和基于可复用资产的应用系统开发( d e v e l o p i n gw i t hr e u s e ) 2 3 。可复用资产的获取是成功实施软件复用的关键因素。只有拥有了足够的可复用资产，才有可能基于这些资产进行新应用系统的开发。领域工程是目前可复用资产基础设施建设的一种重要的技术手段，包含领域分析、领域设计、领域实现三个重要的活动。领域分析在对领域中若干典型成员系统的需求进行分析的基础上，考虑预期的需求变化、技术演义、限制条件等因素，确定恰当的领域范围，识别领域的共性特征和变化性特征，获取一组具有足够
9、可复用性的领域需求，并对其抽象形成领域模型；领域设计以领域需求模型为基础，考虑成员系统可能具有的质量属性要求和外部环境约束，建立符合领域需求、适应领域变化性的软件体系结构；领域实现则以领域模型和软件体系结构为基础，进行可复用构件的识别、生产和管理。这样一来，基于领域工程的成果，新应用系统的开发不再是从零开始，而是建立在对分析、设计、实现等阶段的软件资产大量复用的基础上。1 2 背景学术界对领域工程的系统化研究开始于八十年代初期。经过二十多年的发展，目前对于领域具有代表性的研究和实践工作包括：卡耐基梅隆大学软件工程研究所早期提出的面向特征的领域分析方法( F e a t u r e O r i
10、e n t e dD o m a i nA n a l y s iS ，墨量查笪塑塑堡坌塑F O D A ) 和现阶段的软件产品线( S o f t w a r eP r o d u c tL i n e ) 方法，乔治梅森大学提出的演化的领域生命周期模型( E v o l u t i o n a r yD o m a i nL i f eC y e l eM o d e l ，E D L C ) 。贝尔实验室提出的面向家族的抽象、规约和翻译( F a m i l y O r i e n t e dA h s t r a e t i o n S p e c i f i c a t i o n
11、，a n dT r a n s l a t o n ，F A S T ) 的领域工程方法，韩国清项科学与技术大学在F O D A 方法基础上提出的面向特征的复用方法( F e a t u r e O r i e n t e dR e u s eM e t h o d ，F O R M ) ，惠普实验室综合F O D A 方法和R S E B ( R e u s e D r i v e nS o f t w a r eE n g i n e e r i n gB u s i n e s s ) 方法提出的F e a t u R S E B 方法，德国F r a u n h o f e rI n
12、s t i t u t ef o rE x p e r i m e n t a lS o f t w a r eE n g i n e e r i n g ( I E S E ) 的产品线软件工程方法( P r o d u c tL i n eS o f t w a r eE n g i n e e r i n g ，P U L S E ) ，以及北京大学提出的青鸟工程( 面向对象的领域工程方法) 等。产业界对软件复用的实践活动在系统化的领域工程方法出现以前就已经开始了。但这些早期的软件复用活动仅仅出现在少数发展十分成熟的领域内。在现阶段，软件复用相关技术的发展为软件复用活动提供了基本的技术支
13、持。国外一些企业，如，朗讯、惠普、飞利浦、诺基亚等，均设有专门的机构进行软件复用及其相关技术的研究，并积极在本企业内推行软件复用的生产模式。应该看到，即使在软件技术较先进的国家，对领域工程的研究和实践也还没有达到成熟的阶段。一方面，作为一种新的生产模式，软件复用要求对现有的软件开发方式做出相当的变革，这需要企业的高层决策者对软件复用有深刻的认识和坚定的支持。另一方面，现有的领域工程方法本身还不够成熟完善，在实臆过程中还存在较大的风险。这些因素在很大程度上阻碍了软件复用在产业界的广泛应用。从上文我们可以看到，领域工程的最终结果决定了软件复用的成败，而领域工程的结果取决于三个活动( 领域分析、领域
14、设计、领域实现) 的工作质量。领域分析是领域工程三个活动中最基础、最重要的工作。领域分析活动的参与者包括领域分析人员、领域专家和具有该领域需求的用户。领域分析活动是软件复用的基础活动，因此它必须对领域知识进行较高层次的抽象。在这种背景下，本体具有重要的作用。本体能够促进开发人员之间的共同理解，并且可作为软件归约( s p e c i f i c a t i o n ) 和开发的基础；本体也可以改善信息获取 2 。本体( O n t 0 1 0 9 y ) 原是一个哲学名词。在哲学意义上，本体是解释哲学理论的术语，是指存在及其本质规律的学说，是物质存在N - - + g N 的解释，这个解释不依
15、赖于任何特定的语言，因而，在哲学上所要求的本体是语言中性的，不依2基于本体的领域分析赖于描述它的自然语种或其它表示形式。近年来，o n t o l o g y 开始在人工智能界引起愈来愈多的研究人员的兴趣。个重要原因是当前对知识共享和知识交换的巨大需求。随着各种已有的和将要研制的知识库和基于知识的系统的不断增多，人们期望已有的知识能够在后面的基于知识的系统中继续使用，也希望不同的基于知识的系统能够共享某个共同的知识库，因为这样会极大减少研究开发的工作量，利于对系统的模块化，对知识工程的建设具有巨大的促进作用。而普遍认为本体理论研究和体系结构是实现这些B标的重要基础，因为任何一个基于知识的系统都
16、是基于对世界的某种概念化( C o n c e p t u a l iz a t i o n ) ，而本体正是种概念化的规范说明系统，又独立于具体的符号层表示方式，因而是具有不同知识表示的智能系统( 或者说其中的智能主体) 之闯进行知识交换和知识共享的基础结构 3 。九十年代初期，美国国防高级研究计划署( D A R P A ) 、国家自然科学基金( N S F )等四个政府部门联合提出了知识共享计划( K n o w l e d g eS h a r i n gE f f o r t ) ，以研究一种便于知识库和基于知识的系统共享和重用的途径。包括斯坦福大学、A T & T 、卡耐基梅隆大学在内的十多个研究中心参加了这个计划。对o n t o l o g y 的研究是这一计划的重要组成部分。1 3 研究的方法与技术路线概述我们把本体引入领域分析。是想利用本体的基本构成原理来表达领域知识，获得基于本体的领域模型。利用本体的概念，讨论领域分析技术中的领域本体概念、领域本体的形式化描述，给出基于本体的
