TFDL與OWL轉換研究

昌霞++陳俊紅++魏翔

摘要：基于時間區間的模糊描述邏輯TFDL是在已有的模糊邏輯的基礎上，加上對時間區間的刻畫，構建新的描述邏輯。本文在語義Web的基礎上，給出TFDL與本體語言OWL的轉換關系； 并給出基于TFDL的天氣預報示例。

關鍵詞：時間區間 OWL OWL構造器

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0105-02

描述邏輯是一種基于對象知識的形式表示，它是一階謂詞邏輯的可判定子集，用于描述及推理概念知識。它是對Web進行語義描述的OWL語言的邏輯基礎[1]。OWL（Web Ontology Language）是W3C開發的一種網絡本體語言，用于對本體進行語義描述。基于時間區間的模糊描述邏輯TFDL有其完整的語法、語義及知識庫表示，我們將討論其與OWL的轉換關系。

1 Web本體語言OWL

1.1 OWL的設計目標

根據W3C標準的研究草案[ZhouZhihong， 2003]，Web本體語言OWL經歷了許多版本，比如說2002年提出的OWL1[3]，2003年改進了W3C OWL2[3]，在2004年陸續提出的W3C OWL3[3]，W3C OWL4[5]，W3C OWL5[6]，W3C OWL6[6]，W3C OWL7[7]，W3C OWL8[8]，它們都是為下面的目標而設計的：

（1）本體共享： Ontology中體現的是共同認可的知識， 反映的是相關領域中公認的概念集[5]，不同的Web資源允許被同一個本體共享。

（2）本體的互操作性： 互操作說明本體建立了在不同的建模方法以實現不同系統之間集成[4]。

（3）一致性檢測：OWL對本體的描述是形式化的，形式化的表達使得自動的一致性檢查成為可能，從而可以很好地提高系統的可靠性。

（4）平衡性：為了表達各種知識，OWL語言具有較強的表達能力，同時也提供非常有效的推理方法。

（5）大眾化：OWL語言能夠很好地支持不同語言描述的本體，并且還能夠提供適合不同的文化層次的不同本體的觀點。

1.2 OWL語言

OWL由三個子語言OWLLite/OWLDL/OWLFull組成。OWLLite用于執行簡單任務， 并且提供給用戶一個功能性子集使他們在初次使用OWL時就能輕易上手[7]。OWLDL提供令人滿足的語言子集用以支持推理系統實現其計算性能[3]。OWLFULL適當放寬了對OWLDL的限制，目的是為了突出其某些特點使其對數據庫及知識表示系統發揮作用。

OWL從定義上而言是類和屬性方面來描述一個領域的結構，與其相類似的描述方法是面向對象。下面是OWL抽象語法，能用來解釋本體結構[5]。

2 TFDL與OWL語言轉換

跟DAML+OIL一樣，OWL也是以描述邏輯作為基礎。一個OWL本體被看作為一個DL術語集[3]。

2.1 TFDL與OWL構造器對映

前面提到過通過OWL提供的構造器能夠較好的體現某種描述邏輯的表達能力。下面給出表1，該表總結了OWL支持的構造器與TFDL相對應的語法和語義。

通過表1，可以看到：（1）ComplementOf，IntersectionOf和UnionOf這三個構造器是意義上的標準運算；它們是能夠通過類的否定，類與類的交還有并來構造的，與TFDL語法中的，，是相對應的。（2）AllValuesFrom 和SomeValuesFrom這兩個構造器是通過屬性R與類C中的實例相關，與TFDL語法中的和相對應，只是在TFDL語法中加以了時間屬性和隸屬度。（3）OneOf構造器是允許通過枚舉類的成員來定義類[9]，在這里與TFDL中實例組成的集合相對應。

2.2 TFDL描述OWL中部分公式

在OWL中，構造器的任意復雜嵌套都是可能的。另一個決定語言表達能力的因素是支持的各種公理。這些公理可以斷言類或者屬性間的包含關系或者相等關系，類之間的交，個體實例（資源）間的相等或不相等[6]。

本體語言OWL的重要特性就是SubClassOf和SameClassAs公理可以用于多類表達，在TFDL語法上SubClassOf表示為，例如；SameClassAs表示為，例如.DisjointWith，SameIndividualAs，DifferentFrom這些構造器在TFDL中均可表示。但OWL還可以構造屬性的唯一性，明確性，反屬性，對稱性，傳遞性。這些是TFDL表達不出來的。

3 基于TFDL的天氣預報示例

3.1 知識庫及其語義推導

關于天氣預報，涉及到的影響因素較多，在此示例中，僅討論四種天氣情況，分別為晴（sunshine），雨（rain），陰（cloudy），雪（snow），其中雨天又細分為陣雨（shower），大雨（downfall）和冰雨（sleet）三種情況；影響天氣的因素在這里給出如下幾種：云（cloud），風（wind），霧（fog），雷電（thurder），陽光（sun），降雨量（rainfall）；在上，假設有，則.下面給出其知識庫KB={FAB，FTB}，FAB為其斷言公式集合，FTB為其術語公理集合。對于知識庫的構建初始化為：

根據日常天氣規律及相關專家提供的參考，對于FAB中的概念隸屬度區間差異，得到的結論各不相同。

3.2 天氣預報示例的OWL描述

首先構建一個天氣本體， 通過本體可以得到一個類的實例所具有的屬性，以及類與類之間的關系。在這里定義該天氣本體具有四個子類，分別為晴，雨，雪，陰；在”雨”這個類下面又定義三個子類，分別為大雨，陣雨，冰雨（雨加雪）。一般而言，如果不同的類之間不存在任何相同的實例，那些類之間是具有互斥性的；在這里定義的rain，snow和sunshine是互相排斥的。圖1給出的是關系圖.

上述片段主要描述weahter本體下有四個子類，分別為cloudy， rain，sunshine，snow；在這幾種子類中，rain，snow和sunshine是互相排斥的。其他片段我們在此不一一累述。

用TFDL也可把上面的本體描述出來，其具體形式如下：

概念：Weather

4 結語

本文給出時態模糊描述邏輯TFDL與Web本體語言OWL構造器的對映關系，并給出TFDL知識推理的相關應用示例。在TFDL到OWL構造器的對應過程中，從TFDL到OWL的轉換是完全的，反之，用TFDL只能描述部分OWL公式。

參考文獻

[1]王永慶編著.人工智能原理與方法[M].西安：西安交通大學出版社，1998.

[2]胡鶴，劉大有，王生生.Web本體語言OWL[J].計算機工程，2007，30（12）：73-78.

[3]Jiang YC，Tang Y， Wang J.Fuzzy ER modeling with description logics.Journal of Software，2006，17（1）：20-30.

[4]文斌.基于描述邏輯的語義Web知識推理研究[碩士學位論文].

[5]Li YH，Xu BW， Lu JJ， Kang DZ.On the computational complexity of the extended fuzzy description logic with numericalconstraints.Journal of Software，2006，17（5）：968-975.

[6]OWL Web Ontology Language Guide.http：//www.w3.org/TR/owl-guide/.

[7]OWL Web Ontology Language Reference.http：//www.w3.org/TR/owl-ref/.endprint

摘要：基于時間區間的模糊描述邏輯TFDL是在已有的模糊邏輯的基礎上，加上對時間區間的刻畫，構建新的描述邏輯。本文在語義Web的基礎上，給出TFDL與本體語言OWL的轉換關系； 并給出基于TFDL的天氣預報示例。

關鍵詞：時間區間 OWL OWL構造器

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0105-02

描述邏輯是一種基于對象知識的形式表示，它是一階謂詞邏輯的可判定子集，用于描述及推理概念知識。它是對Web進行語義描述的OWL語言的邏輯基礎[1]。OWL（Web Ontology Language）是W3C開發的一種網絡本體語言，用于對本體進行語義描述?；跁r間區間的模糊描述邏輯TFDL有其完整的語法、語義及知識庫表示，我們將討論其與OWL的轉換關系。

1 Web本體語言OWL

1.1 OWL的設計目標

根據W3C標準的研究草案[ZhouZhihong， 2003]，Web本體語言OWL經歷了許多版本，比如說2002年提出的OWL1[3]，2003年改進了W3C OWL2[3]，在2004年陸續提出的W3C OWL3[3]，W3C OWL4[5]，W3C OWL5[6]，W3C OWL6[6]，W3C OWL7[7]，W3C OWL8[8]，它們都是為下面的目標而設計的：

（1）本體共享： Ontology中體現的是共同認可的知識， 反映的是相關領域中公認的概念集[5]，不同的Web資源允許被同一個本體共享。

（2）本體的互操作性： 互操作說明本體建立了在不同的建模方法以實現不同系統之間集成[4]。

（3）一致性檢測：OWL對本體的描述是形式化的，形式化的表達使得自動的一致性檢查成為可能，從而可以很好地提高系統的可靠性。

（4）平衡性：為了表達各種知識，OWL語言具有較強的表達能力，同時也提供非常有效的推理方法。

（5）大眾化：OWL語言能夠很好地支持不同語言描述的本體，并且還能夠提供適合不同的文化層次的不同本體的觀點。

1.2 OWL語言

OWL由三個子語言OWLLite/OWLDL/OWLFull組成。OWLLite用于執行簡單任務， 并且提供給用戶一個功能性子集使他們在初次使用OWL時就能輕易上手[7]。OWLDL提供令人滿足的語言子集用以支持推理系統實現其計算性能[3]。OWLFULL適當放寬了對OWLDL的限制，目的是為了突出其某些特點使其對數據庫及知識表示系統發揮作用。

OWL從定義上而言是類和屬性方面來描述一個領域的結構，與其相類似的描述方法是面向對象。下面是OWL抽象語法，能用來解釋本體結構[5]。

2 TFDL與OWL語言轉換

跟DAML+OIL一樣，OWL也是以描述邏輯作為基礎。一個OWL本體被看作為一個DL術語集[3]。

2.1 TFDL與OWL構造器對映

前面提到過通過OWL提供的構造器能夠較好的體現某種描述邏輯的表達能力。下面給出表1，該表總結了OWL支持的構造器與TFDL相對應的語法和語義。

通過表1，可以看到：（1）ComplementOf，IntersectionOf和UnionOf這三個構造器是意義上的標準運算；它們是能夠通過類的否定，類與類的交還有并來構造的，與TFDL語法中的，，是相對應的。（2）AllValuesFrom 和SomeValuesFrom這兩個構造器是通過屬性R與類C中的實例相關，與TFDL語法中的和相對應，只是在TFDL語法中加以了時間屬性和隸屬度。（3）OneOf構造器是允許通過枚舉類的成員來定義類[9]，在這里與TFDL中實例組成的集合相對應。

2.2 TFDL描述OWL中部分公式

在OWL中，構造器的任意復雜嵌套都是可能的。另一個決定語言表達能力的因素是支持的各種公理。這些公理可以斷言類或者屬性間的包含關系或者相等關系，類之間的交，個體實例（資源）間的相等或不相等[6]。

本體語言OWL的重要特性就是SubClassOf和SameClassAs公理可以用于多類表達，在TFDL語法上SubClassOf表示為，例如；SameClassAs表示為，例如.DisjointWith，SameIndividualAs，DifferentFrom這些構造器在TFDL中均可表示。但OWL還可以構造屬性的唯一性，明確性，反屬性，對稱性，傳遞性。這些是TFDL表達不出來的。

3 基于TFDL的天氣預報示例

3.1 知識庫及其語義推導

關于天氣預報，涉及到的影響因素較多，在此示例中，僅討論四種天氣情況，分別為晴（sunshine），雨（rain），陰（cloudy），雪（snow），其中雨天又細分為陣雨（shower），大雨（downfall）和冰雨（sleet）三種情況；影響天氣的因素在這里給出如下幾種：云（cloud），風（wind），霧（fog），雷電（thurder），陽光（sun），降雨量（rainfall）；在上，假設有，則.下面給出其知識庫KB={FAB，FTB}，FAB為其斷言公式集合，FTB為其術語公理集合。對于知識庫的構建初始化為：

根據日常天氣規律及相關專家提供的參考，對于FAB中的概念隸屬度區間差異，得到的結論各不相同。

3.2 天氣預報示例的OWL描述

首先構建一個天氣本體， 通過本體可以得到一個類的實例所具有的屬性，以及類與類之間的關系。在這里定義該天氣本體具有四個子類，分別為晴，雨，雪，陰；在”雨”這個類下面又定義三個子類，分別為大雨，陣雨，冰雨（雨加雪）。一般而言，如果不同的類之間不存在任何相同的實例，那些類之間是具有互斥性的；在這里定義的rain，snow和sunshine是互相排斥的。圖1給出的是關系圖.

上述片段主要描述weahter本體下有四個子類，分別為cloudy， rain，sunshine，snow；在這幾種子類中，rain，snow和sunshine是互相排斥的。其他片段我們在此不一一累述。

用TFDL也可把上面的本體描述出來，其具體形式如下：

概念：Weather

4 結語

本文給出時態模糊描述邏輯TFDL與Web本體語言OWL構造器的對映關系，并給出TFDL知識推理的相關應用示例。在TFDL到OWL構造器的對應過程中，從TFDL到OWL的轉換是完全的，反之，用TFDL只能描述部分OWL公式。

參考文獻

[1]王永慶編著.人工智能原理與方法[M].西安：西安交通大學出版社，1998.

[2]胡鶴，劉大有，王生生.Web本體語言OWL[J].計算機工程，2007，30（12）：73-78.

[3]Jiang YC，Tang Y， Wang J.Fuzzy ER modeling with description logics.Journal of Software，2006，17（1）：20-30.

[4]文斌.基于描述邏輯的語義Web知識推理研究[碩士學位論文].

[5]Li YH，Xu BW， Lu JJ， Kang DZ.On the computational complexity of the extended fuzzy description logic with numericalconstraints.Journal of Software，2006，17（5）：968-975.

[6]OWL Web Ontology Language Guide.http：//www.w3.org/TR/owl-guide/.

[7]OWL Web Ontology Language Reference.http：//www.w3.org/TR/owl-ref/.endprint

摘要：基于時間區間的模糊描述邏輯TFDL是在已有的模糊邏輯的基礎上，加上對時間區間的刻畫，構建新的描述邏輯。本文在語義Web的基礎上，給出TFDL與本體語言OWL的轉換關系； 并給出基于TFDL的天氣預報示例。

關鍵詞：時間區間 OWL OWL構造器

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0105-02

描述邏輯是一種基于對象知識的形式表示，它是一階謂詞邏輯的可判定子集，用于描述及推理概念知識。它是對Web進行語義描述的OWL語言的邏輯基礎[1]。OWL（Web Ontology Language）是W3C開發的一種網絡本體語言，用于對本體進行語義描述?；跁r間區間的模糊描述邏輯TFDL有其完整的語法、語義及知識庫表示，我們將討論其與OWL的轉換關系。

1 Web本體語言OWL

1.1 OWL的設計目標

根據W3C標準的研究草案[ZhouZhihong， 2003]，Web本體語言OWL經歷了許多版本，比如說2002年提出的OWL1[3]，2003年改進了W3C OWL2[3]，在2004年陸續提出的W3C OWL3[3]，W3C OWL4[5]，W3C OWL5[6]，W3C OWL6[6]，W3C OWL7[7]，W3C OWL8[8]，它們都是為下面的目標而設計的：

（1）本體共享： Ontology中體現的是共同認可的知識， 反映的是相關領域中公認的概念集[5]，不同的Web資源允許被同一個本體共享。

（2）本體的互操作性： 互操作說明本體建立了在不同的建模方法以實現不同系統之間集成[4]。

（3）一致性檢測：OWL對本體的描述是形式化的，形式化的表達使得自動的一致性檢查成為可能，從而可以很好地提高系統的可靠性。

（4）平衡性：為了表達各種知識，OWL語言具有較強的表達能力，同時也提供非常有效的推理方法。

（5）大眾化：OWL語言能夠很好地支持不同語言描述的本體，并且還能夠提供適合不同的文化層次的不同本體的觀點。

1.2 OWL語言

OWL由三個子語言OWLLite/OWLDL/OWLFull組成。OWLLite用于執行簡單任務， 并且提供給用戶一個功能性子集使他們在初次使用OWL時就能輕易上手[7]。OWLDL提供令人滿足的語言子集用以支持推理系統實現其計算性能[3]。OWLFULL適當放寬了對OWLDL的限制，目的是為了突出其某些特點使其對數據庫及知識表示系統發揮作用。

OWL從定義上而言是類和屬性方面來描述一個領域的結構，與其相類似的描述方法是面向對象。下面是OWL抽象語法，能用來解釋本體結構[5]。

2 TFDL與OWL語言轉換

跟DAML+OIL一樣，OWL也是以描述邏輯作為基礎。一個OWL本體被看作為一個DL術語集[3]。

2.1 TFDL與OWL構造器對映

前面提到過通過OWL提供的構造器能夠較好的體現某種描述邏輯的表達能力。下面給出表1，該表總結了OWL支持的構造器與TFDL相對應的語法和語義。

通過表1，可以看到：（1）ComplementOf，IntersectionOf和UnionOf這三個構造器是意義上的標準運算；它們是能夠通過類的否定，類與類的交還有并來構造的，與TFDL語法中的，，是相對應的。（2）AllValuesFrom 和SomeValuesFrom這兩個構造器是通過屬性R與類C中的實例相關，與TFDL語法中的和相對應，只是在TFDL語法中加以了時間屬性和隸屬度。（3）OneOf構造器是允許通過枚舉類的成員來定義類[9]，在這里與TFDL中實例組成的集合相對應。

2.2 TFDL描述OWL中部分公式

在OWL中，構造器的任意復雜嵌套都是可能的。另一個決定語言表達能力的因素是支持的各種公理。這些公理可以斷言類或者屬性間的包含關系或者相等關系，類之間的交，個體實例（資源）間的相等或不相等[6]。

本體語言OWL的重要特性就是SubClassOf和SameClassAs公理可以用于多類表達，在TFDL語法上SubClassOf表示為，例如；SameClassAs表示為，例如.DisjointWith，SameIndividualAs，DifferentFrom這些構造器在TFDL中均可表示。但OWL還可以構造屬性的唯一性，明確性，反屬性，對稱性，傳遞性。這些是TFDL表達不出來的。

3 基于TFDL的天氣預報示例

3.1 知識庫及其語義推導

關于天氣預報，涉及到的影響因素較多，在此示例中，僅討論四種天氣情況，分別為晴（sunshine），雨（rain），陰（cloudy），雪（snow），其中雨天又細分為陣雨（shower），大雨（downfall）和冰雨（sleet）三種情況；影響天氣的因素在這里給出如下幾種：云（cloud），風（wind），霧（fog），雷電（thurder），陽光（sun），降雨量（rainfall）；在上，假設有，則.下面給出其知識庫KB={FAB，FTB}，FAB為其斷言公式集合，FTB為其術語公理集合。對于知識庫的構建初始化為：

根據日常天氣規律及相關專家提供的參考，對于FAB中的概念隸屬度區間差異，得到的結論各不相同。

3.2 天氣預報示例的OWL描述

首先構建一個天氣本體， 通過本體可以得到一個類的實例所具有的屬性，以及類與類之間的關系。在這里定義該天氣本體具有四個子類，分別為晴，雨，雪，陰；在”雨”這個類下面又定義三個子類，分別為大雨，陣雨，冰雨（雨加雪）。一般而言，如果不同的類之間不存在任何相同的實例，那些類之間是具有互斥性的；在這里定義的rain，snow和sunshine是互相排斥的。圖1給出的是關系圖.

上述片段主要描述weahter本體下有四個子類，分別為cloudy， rain，sunshine，snow；在這幾種子類中，rain，snow和sunshine是互相排斥的。其他片段我們在此不一一累述。

用TFDL也可把上面的本體描述出來，其具體形式如下：

概念：Weather

4 結語

本文給出時態模糊描述邏輯TFDL與Web本體語言OWL構造器的對映關系，并給出TFDL知識推理的相關應用示例。在TFDL到OWL構造器的對應過程中，從TFDL到OWL的轉換是完全的，反之，用TFDL只能描述部分OWL公式。

參考文獻

[1]王永慶編著.人工智能原理與方法[M].西安：西安交通大學出版社，1998.

[2]胡鶴，劉大有，王生生.Web本體語言OWL[J].計算機工程，2007，30（12）：73-78.

[3]Jiang YC，Tang Y， Wang J.Fuzzy ER modeling with description logics.Journal of Software，2006，17（1）：20-30.

[4]文斌.基于描述邏輯的語義Web知識推理研究[碩士學位論文].

[5]Li YH，Xu BW， Lu JJ， Kang DZ.On the computational complexity of the extended fuzzy description logic with numericalconstraints.Journal of Software，2006，17（5）：968-975.

[6]OWL Web Ontology Language Guide.http：//www.w3.org/TR/owl-guide/.

[7]OWL Web Ontology Language Reference.http：//www.w3.org/TR/owl-ref/.endprint