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中小学教育资源语义网系统原型的研究与设计

作　者: 薛小平
导　师: 吴国仕
学　校: 北京邮电大学
专　业: 软件工程
关键词: 学习对象元数据本体描述逻辑查询学习对象语义网
分类号: TP391.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本项目的研究内容是探讨如何建立学习对象元数据本体(Ontology for Learning Object Metadata),简称为OntLOM,并在此基础上以中小学教育资源为例,研制如何创建《学习对象语义网》(Semantic Web for LOM),简称为SWLOM。20世纪90年代以来,互联网已经成为人们进行信息交流的重要工具,它通过统一资源标识符(Uniform Resource Identifier,URI)对互联网上的信息进行标识,使人们可以迅速地对互联网信息资源进行定位。然而,互联网在处理信息时只是按照URI来定位信息,对于人们真正关心的信息内容,计算机的处理能力却非常有限。为了改变这一状况,互联网研究者正在努力寻求新技术,新突破,其中最令人瞩目的就是语义网(Semantic Web)。语义网通过构建知识领域的本体(Ontology)以及本体内在的关系来描述和导航信息,借助于推理机对本体所做的形式逻辑推理,从而使网络搜索不仅可以按关键字进行,更能够使计算机按人的关注点进行“语义”搜索,为网络搜索注入“智能化”功能。所谓按语义搜索就是使搜索引擎能查找到两个(或数个)文字符号不同但逻辑内涵相相容的网络资源。具体来说就是可进行DL个体实例查询和DL类(概念的包含或概念的等价)查询(举例说明见1.1节)。按语义对互联网信息定位,是人们对互联网的理想化追求,在目前技术水平下尚无一个完美的解决方案,但经过近10年的发展,人们发现,通过对某一知识领域建立该领域知识库(knowledge base)——本体(Ontology),并进而在此知识领域建立语义网(SemanticWeb),从而实现这一知识领域的语义搜索,理论上来说是可行的。本课题的研究目的就是尝试以IEEE发布的学习对象的元数据为知识领域,先建立学习对本体(OntLOM),在此基础上探讨构建学习对象语义网(SWLOM)的方案。本项目的研究内容就是以中小学教育资源为实例,以IEEE制订的《Draft Standard for Learning Object Metadata(简称LOM)》为教育资源知识领域,以国际互联网联盟(W3C)制订的本体语言(OWL)规范为技术标准,以斯坦福大学研制的本体开发平台Protege-2000为本体开发工具,以RacePro或FACT++为推理机,建立知识领域本体OntoLOM;在此基础之上,以Java-Eclipse软件为Web Application的开发平台,以Google Web Toolkit为Web开发工具,研制《中小学教育资源语义网SWLOM系统原型》。通过本项目的研究可得出一个结论,在目前技术水平前提下,虽然全面建立语义网还不现实,但如果尝试对某一知识领域建立本体进而建立领域内语义网是可行的。本人在此项研究中主要做的工作有：①分析并简化研究对象LOM；②建立学习对象元数据本体OntoLOM;③运用推理机对OntoLOM的合理性(Soundness)、可满足性(satisfaibility)、等价性(equivalence)、推理的复杂度(Complexity of reasoning)等项进行验证；④调用DL Query插件对OntoLOM进行DL个体实例查询和DL类(概念包含或概念等价)查询；⑤探讨建立学习对象语义网(SWLOM)的方案；

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章引言  11-16
  1.1 课题背景  11-13
  1.2 课题任务  13-14
  1.3 论文结构  14-15
  1.4 本章小结  15-16
第二章相关的技术规范及本体编辑工具简介  16-21
  2.1 研究对象——学习对象元数据(LOM)简介  16-18
  2.2 语义WEB中的元数据和本体  18
  2.3 OWL本体语言的综述  18-19
  2.4 OWL-DL本体语言与PROTEGE  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章学习对象元数据本体的构成分析  21-29
  3.1 学习对象元数据本体的系统架构  21-24
    3.1.1 LOM核心层  21-22
    3.1.2 可选元数据层  22
    3.1.3 教育资源层  22-24
  3.2 系统的构成需求分析  24-26
    3.2.1 系统必须具备原始概念  24
    3.2.2 系统应具备语义描述概念  24
    3.2.3 系统要有与原始概念相关的属性  24-26
  3.3 系统的功能需求分析  26-28
  3.4 系统的非功能需求分析  28
  3.5 本章小结  28-29
第四章关系数据库与本体模型的映射——语义WEB设计原理  29-38
  4.1 本体(ONTOLOGY)简介  29
  4.2 本体与关系数据库  29-30
  4.3 关系模型与本体的映射  30
  4.4 映射结构及规则  30-36
    4.4.1 映射原理  30-31
    4.4.2 映射规则1  31-32
    4.4.3 映射规则2  32-35
    4.4.4 映射规则3  35
    4.4.5 映射规则4  35
    4.4.6 映射规则5  35-36
  4.5 本章小结  36-38
第五章 ONTOLOM本体设计实现—建立OWL语义描述  38-58
  5.1 OWL中的类—原子类、基本类、定义类  38-40
    5.1.1 定义  38-39
    5.1.2 原子类、基本类和定义类的说明  39-40
  5.2 OWL中的类——枚举类、值分区类和不交类  40-47
    5.2.1 枚举类(ENUMERATED CLASSES)  40-41
    5.2.2 值分区类(VALUE PARTITION CLASSES)  41-42
    5.2.3 不交类(DISJOINT CLASSES)  42-43
    5.2.4 OWL中的个体(INDIVIDUALS)  43-44
    5.2.5 OWL中的公理(AXIOMS)  44-47
  5.3 ONTOLOM设计框图  47-48
  5.4 ONTOLOM类的设计实现  48-49
  5.5 ONTOLOM的属性  49-51
  5.6 建立ONTOLOM的语义描述  51-57
    5.6.1 题库_ITEMBANK类的OWL语义描述  51-53
    5.6.2 小学数学试题类的OWL语义描述  53-54
    5.6.3 小学数学试题类成员——个体的OWL语义描述  54-57
  5.7 本章小结  57-58
第六章推理方法与描述逻辑查询研究——ONTOLOM本体设计效果测试  58-67
  6.1 推理机简介(FACT++)[12]  58-59
  6.2 描述逻辑查询(DL QUERY)  59-66
    6.2.1 个体查询(INDIVIDUAL QUERY)  60-62
    6.2.2 语义搜索(SEMANTIC SEARCHING)  62-66
  6.3 本章小结  66-67
第七章 SWLOM语义网建设方案的探讨  67-75
  7.1 创建SWLOM WEB APPLICATION项目  68-69
  7.2 SWLOM语义WEB架构分析  69-72
    7.2.1 语义WEB主页(HTML HOST PAGE)设计  69-70
    7.2.2 SWLOM项目的目录和包布局(STANDARD DIRECTORY AND PACKAGE LAYOUT)  70
    7.2.3 SRC目录  70-71
    7.2.4 WAR目录  71
    7.2.5 GWT的编辑输出  71-72
  7.3 项目模块——配置单元  72-73
    7.3.1 入口点类  72
    7.3.2 入口点类源程序路径  72
    7.3.3 公共路径  72-73
  7.4 定义一个模块——模块的XML文件格式  73-74
    7.4.1 装载模块  73
    7.4.2 重命名模块  73
    7.4.3 控制编辑器输出  73-74
  7.5 本章小结  74-75
第八章结束语  75-76
  8.1 论文工作总结  75
  8.2 工作展望  75-76
参考文献  76-77
致谢  77

中小学教育资源语义网系统原型的研究与设计

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