沈德刚+汪铭东
摘 要： 这里系统、全面的给出了能力需求领域知识复用方法。首先简要介绍基于能力概念框架的需求获取方法，然后定义了领域知识复用的层次，提出领域知识复用的方法，并提出一种综合语义相似度计算方法，以提高本体映射的通用性、适应性和相似度计算方法的全面性，设计了基于该方法的本体映射和本体合并方法。该方法是“基于能力概念框架的需求获取、分析方法”的重要组成部分，为提高需求获取质量提供重要的理论和方法上的支撑。
关键词： 电子信息系统； 能力需求； 知识复用； 本体复用
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）04?0042?04
0 引 言
专用电子信息系统是一种典型的大规模复杂系统。该系统是一种由无线和有线通信网构成的大规模分布式系统。每个网络节点都是一个人机交互系统，从技术角度看就是以软件为核心的信息处理系统。这类系统的研制往往涉及周期较长的应用开发和系统集成，需要良好顶层分析和设计方法和技术，才能实现各分系统（子系统）的互操作，避免“烟囱式系统”的现象。目前，国际上流行的方法是引入体系结构框架标准，统一需求设计的过程和产品，如美军的《国防部体系结构框架（DoD AF1.0）》[1]、英军的《国防部体系结构框架（MOD AF1.0）》[2]以及我国的《电子信息系统体系结构开发指南》等。但是，如何获取这种复杂系统的需求仍然是一个难题。其主要问题为，客户（使用方和管理方）关心的是信息系统能否提高武器装备系统的能力（功能和效能），能否帮助他们完成使命任务，很少提出准确、细致的系统需求。而开发商由于缺乏部队经验，对系统的应用背景了解甚少，难以真正理解和把握项目需求的目标，时常出现系统研制偏离应用需求。
目前，西方发达国家普遍认为，这类系统的策划和研制必须与部队的使命任务紧密联系，从充分发挥武器装备的功能和效能、提高部队作战能力出发，才能获得满足用户需要的系统需求。比如，美国防部在2004年颁布了参联会主席令《联合能力集成与开发系统》等法规，英国国防部在2005年颁布的《国防部体系结构框架（MOD AF1.0）》明确要求在需求获取过程中开发能力视图产品。因此，基于能力的需求分析与获取方法将成为新一代电子信息系统研制的重要支撑手段。
在吸取DoDAF和MODAF的思想方法基础上，提出一套能力需求获取框架以及与之相适应的方法，用于有效地引导用户提出能力需求。本文侧重于需求获取过程中的领域知识复用方法。
1 领域知识复用
能力需求可以在不同的层次上进行抽象。这里采用三层概念抽象，构成一个完整的需求体系，使得能力需求的获取可以在不同抽象层次上进行描述。如图 1所示。
基于能力概念框架的需求获取方法是从作战的使命任务出发，围绕电子信息系统的能力需要构建的需求模型。领域概念和领域概念模型其实就是领域专家在特定领域内的知识和经验的积累，有效地复用这些知识，对于提高需求获取的质量具有决定性作用。然而由于能力需求模型是半形式化的，缺乏形式化的语义，无法进行概念的抽取合并，所以在进行概念复用之前，首先要将半形式化的能力需求模型转换为能力需求本体。为此提出采用OWL?DL语言形式化描述能力需求模型的方法，由于篇幅原因，具体转换方法本文不再详细讨论。
需求模型转换为需求本体后，能力概念本体复用的方法如图2所示。
1.1 领域知识复用的层次
图 2中，本体复用分为两个层次：基于应用概念的领域本体抽取与合并以及领域本体复用。前者指得是从相关的应用模型出发，抽取、合并相关的领域本体，从而丰富领域知识库，为领域知识复用奠定基础；后者指得是从已有的领域知识库出发，抽取出领域相关的领域本体，合并这些领域本体，生成新的领域模型，指导新的应用开发，从而实现领域知识的复用。
1.2 基于应用概念的领域本体抽取与合并
主要任务是从已有的应用模型中抽取出共同特性，抽象成领域本体，并与已有的领域本体合并，进而丰富领域知识库。这是领域知识复用的基础。领域知识库总是从小到大，通过一次一次的案例积累，一次一次地应用模型抽取，不断丰富壮大的。这里的关键问题是如何计算应用模型中相关概念的相似度，确定两个或多个概念的相似性。如图 3所示， “军校”和“大学”就可以认为是相同的概念，在领域层就可以合并。
1.3 领域知识复用方法
主要任务是在实际建模时，从领域知识库中检索出相关领域本体，然后根据概念的相关性，合并多个领域本体，生成新的领域模型，然后通过该领域模型，构造出用户问卷，通过用户问卷，引导最终用户给出具体的需求，即实例化领域模型，最终生成应用需求模型，完成基于领域本体复用的应用需求模型获取。其核心问题同应用模型抽象一样，都是本体映射及本体合并。
2 领域知识复用算法
近年来，本体作为一种领域知识结构化描述和推理的基础己经获得广泛认可。目前，本体的应用领域越来越多，应用本体的主要目的都是为了知识的共享和重用，即希望通过本体对信息的表达实现语义级的共享和重用。同时，本体使得推理规则的出现成为可能。然而，要构建一个包罗万象的顶级本体几乎是不可能的，不仅难以构建，也难以修正和维护。这必然导致不同的用户根据自己的需要构建不同本体。
由于本体自身的分散特性，并且由于本体的创建者不同，建模的观点和方法不同，因而即使对同一个领域内的问题建模，不同的领域专家开发出来的本体必然存在着差别，这样当两个本体协同工作时就会出现语义异构的问题。面对本体的多样性，要想完成信息交流的任务就必须在本体之间架起映射的桥梁。本体映射正是解决不同本体间知识共享和重用问题的方法，它的目的是找出不同本体中实体之间的语义关联，并且将这种语义关系形式化地表达出来。
本文提出一种综合语义相似度计算方法，以提高本体映射的通用性、适应性和相似度计算方法的全面性，并设计了基于该方法的本体映射和本体合并方法。
2.1 本体映射方法
本文的本体映射方法通过综合考虑描述本体的各方面信息，能够比较全面地衡量本体中实体间的相似程度，选出合适的映射对，并进行多次循环，最终选出最佳映射结果提供给用户进行筛选，具体算法如下所示：
算法：映射发现算法
输入：本体O1， O2
输出：映射对集合MAP={（e1， e2）}
2.2 本体合并方法
在第2.1节中，通过本体映射算法，可以初步发现本体O1，O2中的映射实体对。经过用户的筛选，将确定的实体映射对视为实体等价组，即认为映射对中的实体是同一个实体，在此基础上设计本体合并算法，自动合并这些等价的实体，从而达到合并两个本体的最终目的。
本文的本体合并方法以一个本体作为主本体，如将O1作为主本体，首先将本体O2中存在等价关系的部分概念直接并入O1中的等价概念，然后利用广度优先搜索算法将O2中所有上述概念相连的实体添加至新合并的概念，根据属性和实例等价组合并相关实体，最后将O2中剩余本体部分直接并入O1，得到合并后的新本体。具体本体合并算法描述如下所示：
3 结 语
基于能力概念框架的需求获取方法是从作战的使命任务出发，围绕电子信息系统的能力需要构建的需求模型。领域概念和领域概念模型其实就是领域专家在特定领域内的知识和经验的积累，有效地复用这些知识，对于提高需求获取的质量具有决定性作用。本文详细讨论了电子信息系统能力需求的领域知识复用方法，首先通过三层概念抽象，明确了领域知识复用的层次，然后详细讨论本体复用的方法，并给出了详细算法，为提高需求获取质量提供重要的理论和方法上的支撑。
参考文献
[1] Group C4ISR Architecture Working. C4ISR architecture framework version 2.0 [R]. The United States： Department of Defense， 1997.
[2] Board MODAF Project Review. MOD architectural framework 1.0 [EB/OL]. [2014?07?15]. http：// www.happytreeflash.com.
[3] Group Object Management. UML2.0 infrastructure specification [EB/OL]. [2012?10?31]. http：//www. atlandown.com.
[4] Group Object Management. UML 2.0 superstructure final adopted specification [EB/OL]. [2003?08?02]. http：//www. omg.org/docs/ptc.pdf.
[5] 金芝.基于本体的需求自动获取[J].计算机学报，2000（5）：486?492.
[6] 朱卫星.基于领域知识复用的需求建模[J].解放军理工大学学报：自然科学版，2009（1）：30?36.
[7] 卫小伟，殷锋社，焦蕾.基于RDFS的教学资源库的分析与设计[J].现代电子技术，2009，32（19）：195?198.
[8] 张成，石全，刘广宇. 综合电子信息系统毁伤效果评估方法[J].现代电子技术，2012，35（3）：29?33.
[9] 韩熙瑾.一种电子信息系统兼容工作选址分析方法[J].现代电子技术，2013，36（11）：151?154.
