語義Web發(fā)展很重要的目的就是要建立人與機器都可以理解的知識系統(tǒng)，將信息用語義Web本體論的思想來表達可以部分解決機器無法理解人類所描述知識的問題。在語義Web本體論的基礎(chǔ)上建立機器進行自動推理的方法，將所描述的知識進行推理并重新組織加工。目前，具有通用性的推理系統(tǒng)主要是系統(tǒng)，在系統(tǒng)中所使用的知識呈現(xiàn)多元化，其中包含語義網(wǎng)絡(luò)、框架、法則、邏輯等。雖然這些知識的表示方法各有其優(yōu)點，但在建立推理系統(tǒng)時都存在各種各樣的缺點和不足。傳統(tǒng)的框架表示知識無法表現(xiàn)的交集、合集等概念；語意網(wǎng)絡(luò)表示的知識由于表現(xiàn)方式不是結(jié)構(gòu)化，所以帶來了運算不便的問題；法則表示知識通常很難表現(xiàn)類的層次關(guān)系，存在知識表現(xiàn)不緊湊的問題；邏輯的方式表示知識存在的問題是無法將類別與實例分開，使得在推理時無法單獨從類別中推導(dǎo)公理性的知識，使推理的效率難以提高。

　　語義Web本體層能夠解決機器推理存在的知識表示問題，并且基于本體描述的知識可以多次重復(fù)利用于相關(guān)領(lǐng)域的推理，充分利用所建立的知識庫。本文主要就是依據(jù)這兩點來探究關(guān)于語義Web本體論應(yīng)用于傳統(tǒng)的系統(tǒng)進行推理時需要解決的問題。

　　1 語義Web的技術(shù)

　　為了實現(xiàn)語義Web信息服務(wù)智能化與自動化的目的，語義Web研究者們開發(fā)了許多新技術(shù)并提出了一系列的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Web是一種典型的分布式應(yīng)用結(jié)構(gòu)。Web應(yīng)用中的每信息交換都要涉及客戶端和服務(wù)端。因此，Web開發(fā)技術(shù)大體上也可以被分為客戶端技術(shù)和服務(wù)端技術(shù)兩大類。與Web客戶端技術(shù)從靜態(tài)向動態(tài)的演進過程類似，Web服務(wù)端的開發(fā)技術(shù)也是由靜態(tài)向動態(tài)逐漸發(fā)展、完善起來的。Web服務(wù)器技術(shù)主要包括服務(wù)器、CGI、PHP、ASP、ASP。NET、Servlet和JSP技術(shù)。這里對這些技術(shù)作簡要介紹，以使讀者對Web技術(shù)有一個總體的認(rèn)識。從某種程度上講，語義Web的發(fā)展就是建立在一定邏輯基礎(chǔ)上的信息表示語言和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。由于語義Web的知識表示具有創(chuàng)建上的分散性；同時又具有應(yīng)用上的通用性，所以需要一個統(tǒng)一的框架，這個框架應(yīng)該能夠滿足這種分散性，以滿足知識跨應(yīng)用、跨領(lǐng)域的可互操作性。Berners Lee在XML2000大會上描述了這個體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

　　在這個層式結(jié)構(gòu)中，上層將下層的語言機制作為本層的支撐語言，如表1所示。通過分析器，從合法有效的下層描述中抽取出本層所能理解的模型，實現(xiàn)更多的語義處理功能。因此，語義Web是向下兼容的，比如，當(dāng)用RDF/XML表達OWL時，如果只有RDF分析器，雖然僅僅可以部分解釋該本體內(nèi)的類結(jié)構(gòu)，但能完全解釋該本體內(nèi)的所有實例。因為這只與RDF（S）語法相關(guān)。由于Web的海量信息不可能在短時間內(nèi)全部建立語義標(biāo)記，而且語義的標(biāo)記方法也將不斷發(fā)展，將會提供更廣泛的語義支持能力。這種上層兼容下層的方式，為語義Web的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。RDF（Resource Description Framework）， 一種用于描述Web資源的標(biāo)記語言。RDF是一個處理元數(shù)據(jù)的XML應(yīng)用，所謂元數(shù)據(jù)，就是“描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”或者“描述信息的信息”。也許這樣解釋元數(shù)據(jù)有些令人難以理解，舉個簡單的例子，書的內(nèi)容是書的數(shù)據(jù)，而作者的名字、出版社的地址或版權(quán)信息就是書的元數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)的劃分不是的，有些數(shù)據(jù)既可以作為數(shù)據(jù)處理，也可以作為元數(shù)據(jù)處理，例如可以將作者的名字作為數(shù)據(jù)而不是元數(shù)據(jù)處理。

　　2 基于語義Web的推理系統(tǒng)設(shè)計

　　傳統(tǒng)的語義Web推理形式本身雖然具有很多優(yōu)點，但其自身也存在相應(yīng)不足，主要是由描述邏輯本身的不足造成的，因此采用描述邏輯結(jié)合SWRL規(guī)則來表示知識和規(guī)則。本設(shè)計中采用的推理方式包括2種：（1）基于描述邏輯的本體推理，應(yīng)用描述邏輯產(chǎn)生推理的目的是為了使建立的本體有更好的層次結(jié)構(gòu)，同時不產(chǎn)生沖突定義，（2）基于系統(tǒng)的推理，主要目的是實現(xiàn)本體與基于本體的規(guī)則相結(jié)合產(chǎn)生推理。

　　在語義Web中，目前對于本體的表示多采用OWL DL進行描述，采用OWL DL建立起來的本體完全具有描述邏輯的推理能力，OWL（Web Ontology Language）是W3C開發(fā)的一種網(wǎng)絡(luò)本體語言，用于對本體進行語義描述。由于OWL是針對各方面的需求在DAML+0IL 的基礎(chǔ)上改進而開發(fā)的，所以一方面要保持對DAML+0IL/RDFS的兼容性，另一方面又要保證更加強大的語義表達能力，同時還要保證描述邏輯（DL，Description Logic）的可判定推理，因此，W3C的設(shè)計人員針對各類特征的需求制定了三種相應(yīng)的OWL的子語言，即OWL Lite、OWL DL和OWL Full，而且各子語言的表達能力遞增。 因此可以采用Tableaux算法推理機對所建立的本體進行推理，發(fā)現(xiàn)其隱藏知識，并且發(fā)現(xiàn)知識中的矛盾之處，方便對本體進行修改和完善；另外從語義Web引入本體論的目的來看，采用本體論的觀點，可以使人與機器都完全理解人類所建立起來的本體知識，便于知識的共享和再次利用。以O(shè)WL DL建立起來的本體具有豐富的表達能力，所以在此基礎(chǔ)上尋找相應(yīng)的規(guī)則表示方法來進行基于系統(tǒng)的推理，本文采用的規(guī)則表示方法是語義Web規(guī)則描述語言SWRL，其優(yōu)點是SWRL能夠很好地結(jié)合OWL DL本體知識。因為SWRL自身的建立就是基于OWL本體之上，在定義規(guī)則時，可以充分結(jié)合OWL本體中豐富的表達能力達到推理目的。在用OWL DL建立本體基礎(chǔ)上，采用Tableaux算法推理機對所建立的本體進行推理。，將轉(zhuǎn)換后的Jess格式的知識和規(guī)則導(dǎo)入到Jess推理引擎進行基于系統(tǒng)的推理。

　　根據(jù)以上分析，建立一種基于語義Web的推理系統(tǒng)模型，如圖2所示。其中，“推理1”使用RACER，表示具有描述邏輯推理功能的推理機。因為基于Tableaux算法的RACER不僅可以與Protégé很好地進行描述邏輯的推理，而且可以使用系統(tǒng)Jess通常的推理引擎，很方便地進行以O(shè)WL DL描述的本體推理。推理系統(tǒng)中的知識庫使用語義Web的本體描述語言O(shè)WL DL進行表示；使用語義Web規(guī)則語言SWRL進行定義。圖2中，“本體1”表示根據(jù)領(lǐng)域知識建立起來的本體；“本體2”經(jīng)過“推理1”進行基于描述邏輯的推理后建立的層次化更加良好，并且滿足一致性要求，沒有沖突發(fā)生的本體。其中，SWRL規(guī)則的定義使用“本體2”中的TBox和ABox，也就是“本體2”的概念、屬性或者實例，在這些OWL DL基本元素的基礎(chǔ)上，根據(jù)相應(yīng)的推理要求結(jié)合SWRL語法格式可以產(chǎn)生與本體具有良好結(jié)合的SWRL規(guī)則。

　　將該推理系統(tǒng)分為3個步驟進行設(shè)計：

　　（1）采用OWL進行領(lǐng)域本體的設(shè)計以及在領(lǐng)域本體基礎(chǔ)上的SWRL規(guī)則設(shè)計。

　　本體的建立可以結(jié)合應(yīng)用，根據(jù)具體的本體論工程模型進行本體的設(shè)計，通常使用的工具是Protégé。Protégé是一個開放的開發(fā)環(huán)境，可提供多種插件進行功能的擴充。建立SWRL規(guī)則時要充分考慮并且結(jié)合已經(jīng)設(shè)計好的本體進行相關(guān)規(guī)則的設(shè)計，避免出現(xiàn)規(guī)則沖突。SWRL（Semantic WebRule Language）是以語意的方式呈現(xiàn)規(guī)則的一種語言，SWRL規(guī)則部分的概念是由RuleML演變而來，再結(jié)合OWL本體形成，目前SWRL已經(jīng)成為W3C的規(guī)范之一。SWRL在OWL DL 和 OWL Lite 子語言中包括類Horn規(guī)則的高層次的抽象語法。它提出一個語義理論模型給OWL本體提供正式的意義，其中包括利用抽象的語法寫成的規(guī)則。領(lǐng)域本體建立后，通過將本體知識導(dǎo)入到描述邏輯推理機上進行推理，可以對本體進行分類整理，發(fā)現(xiàn)其中的隱含知識，建立一套基于語義Web本體論的知識庫和規(guī)則。OWL DL知識庫具有描述邏輯的特性，可以更好地表現(xiàn)知識、進行推理。SWRL規(guī)則可以充分地結(jié)合本體進行規(guī)則設(shè)計，使得在設(shè)計規(guī)則的時候更方便。

　　（2）將OWL知識和SWRL規(guī)則轉(zhuǎn)化為推理引擎可以接受的格式。

　　現(xiàn)在的系統(tǒng)通常不接受OWL和SWRL表示的規(guī)則，因此需要進行格式的轉(zhuǎn)化。本體知識庫格式的轉(zhuǎn)換，首先將本體導(dǎo)入到描述邏輯的推理機，通過描述邏輯的推理機將本體進行推理。因為ObjectTypeProperty屬性實例是對象關(guān)系的實例，通常需要推理機首先將其客體連接到具體的DataTypeProperty，這樣就可以在推理機中形成具體的三元組，將三元組導(dǎo)入格式轉(zhuǎn)換程序進行格式轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換后的格式推理引擎可以接受。因為SWRL文件本身就是XML文件，并且具有固定的語法格式規(guī)范。所以可以通過XSLT的方式來進行格式的轉(zhuǎn)化，從而使推理引擎可以接受規(guī)則。在計算機科學(xué)中，XSLT是擴展樣式表轉(zhuǎn)換語言（Extensible Stylesheet Language Transformations）的簡稱，這是一種對XML文檔進行轉(zhuǎn)化的語言，XSLT中的T代表英語中的“轉(zhuǎn)換”（transformation）。它是XSL（Extensiblestylesheetlanguage）規(guī)范的一部分。XSLT用于將一種XML文檔轉(zhuǎn)換為另外一種XML文檔，或者可被瀏覽器識別的其他類型的文檔，比如HTML和XHTML。通常，XSLT是通過把每個XML元素轉(zhuǎn)換為（X）HTML元素來  XSLT完成這項工作的。通過XSLT，您可以向或者從輸出文件添加或移除元素和屬性。您也可重新排列元素，執(zhí)行測試并決定隱藏或顯示哪個元素。描述轉(zhuǎn)化過程的一種通常的說法是，XSLT把XML源樹轉(zhuǎn)換為XML結(jié)果樹。

　?。?）系統(tǒng)的推理。

　　將知識和規(guī)則導(dǎo)入到系統(tǒng)的推理引擎，進行模式匹配運算。終將運算的結(jié)果通過系統(tǒng)的API和用戶應(yīng)用程序進行交互。推理引擎的選擇種類很多，可以根據(jù)具體情況進行選擇。

　　語義Web的知識表達形式性，是在傳統(tǒng)的描述邏輯基礎(chǔ)上建立起來的，因此繼承了描述邏輯的一些優(yōu)點。但由于受描述邏輯的限制，也存在一些描述邏輯的自身邏輯缺陷，本文使用OWL DL結(jié)合SWRL可以對相關(guān)推理進行必要的擴充，從而形成一個較完整的推理系統(tǒng)。語義Web作為一項新的信息表達形式，在目前的研究中出現(xiàn)了許多分支，表達方式出發(fā)點是更好地進行信息描述，使人與機器都可以理解信息。而針對目前Web的信息量十分龐大的情況，語義Web的重點是要解決機器對語義理解的問題。

　　該推理系統(tǒng)主要基于OWL本體和SWRL規(guī)則。本體的建立只是在描述邏輯的基礎(chǔ)上建立了一個知識庫，雖然這種知識庫改進了傳統(tǒng)知識表示方法的一些缺點和不足，但這種知識庫并不能充分表達推理層面上的復(fù)雜規(guī)則，這主要是由于描述邏輯的缺陷所造成的，這同樣體現(xiàn)在本體中。所以，在定義一些限制規(guī)則的時候，往往無法完全地應(yīng)用本體表示。為了能夠充分地表達這些規(guī)則，采用SWRL作為規(guī)則的表現(xiàn)形式，因為SWRL規(guī)則的建立是在所建立的本體基礎(chǔ)之上的，所以SWRL作為規(guī)則的表現(xiàn)形式可以充分與本體知識庫結(jié)合。當(dāng)需要對本體所建立的知識進行某種推理的時候，可以根據(jù)本體建立SWRL法則，實現(xiàn)本體的描述和規(guī)則的分離，另外，基于OWL的知識本身采用XML的形式，從而為知識庫的共享和重復(fù)使用帶來了極大的便利。