基于多材料本体的语义查询扩展机制的研究

摘要

随着材料信息学的不断发展，出现越来越多的金属材料数据源，在这些数据源中包含着大量的金属材料知识和丰富的结构。然而，这些材料数据源中的存储结构和命名方式都存在一定的差异，使用传统的关键字查询方法在这些数据源中进行查询，其效果不是非常理想。为了提高其检索性能，本文提出了一种基于多材料本体的语义查询扩展方法，即需要对用户输入的种子查询概念在多个材料本体中进行语义扩展，然后在材料数据源中进行查询，使其查询结果中能够包含更多更加准确的相关结果。本课题所做的主要研究工作如下:
　　1)基于多材料本体的概念扩展。首先，根据多个材料本体提出了一种相似性概念扩展策略S-SMOA，该策略采用基于字符串的SMOA算法以及材料本体的上下位结构在多个材料本体中对用户输入的种子查询概念进行相似性概念扩展。然后，利用基于集合的Jaccard算法设计出一种相关概念扩展策略P-Jaccard，该策略利用材料本体中的对象属性以及Jaccard算法获取相关概念。
　　2)扩展概念的过滤和补充。首先，为了提高概念扩展的准确率，提出了一种基于Leacock-Chodorow算法的概念过滤策略，对扩展概念集合中的概念进行过滤。其次，为了保证其概念扩展的召回率和完整性，需要对扩展过滤后的概念进行一次概念补充，利用基于结构的Leacock-Chodorow算法对种子查询概念进行扩展，将扩展后的概念与过滤后的概念进行合并补充，保证概念扩展的完整性。
　　3)扩展概念在数据源中的查询处理。首先，利用基于字符串算法SMOA的匹配策略，对扩展概念在数据源中进行概念定位，得到匹配概念集合。然后设计出了一种基于多本体的语义查询处理方案，该方案根据RDF数据的三元组结构的特点以及用户所选的不同的查询模式动态的生成SPARQL语句，并在数据源中进行查询，其查询结果可以以文本和可视化两种方式展示给材料数据用户。
　　基于多材料本体的语义查询扩展机制，不仅使用SMOA和Jaccard算法进行概念扩展，还充分利用了材料本体的上下位结构以及本体中概念的属性，扩展到更多相关概念。同时还使用了Leacock-Chodorow方法对扩展概念进行过滤和补充，提高了概念扩展的准确性和完整性。为材料领域用户和专家提供了一种语义查询扩展方法，并提供了一个基于多材料本体的语义查询扩展系统。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景与意义

1．1．1 论文来源与研究背景

1．1．2 论文研究意义

1．2 研究内容

1．3 论文的组织结构

第2章 相关研究综述

2．1 查询扩展技术

2．2 基于本体的查询扩展方法

2．3 基于本体的语义相似度计算策略

2．4 材料本体介绍

2．5 本章小结

第3章 基于多材料本体的概念扩展

3．1 问题描述

3．2 利用S-SMOA扩展策略获取相似概念

3．2．1 相似性概念扩展的过程

3．2．2 相似性概念扩展算法(S-SMOA)描述

3．2．3 基于本体匹配结果的概念扩展策略

3．3 利用P-Jaceard扩展策略获取相关概念

3．3．1 查询模式的设计

3．3．2 相关性概念扩展的过程

3．3．3 相关性概念扩展算法(P-Jaccard)描述

3．4 实验分析及评价

3．4．1 定义基于S-SMOA方法的概念扩展阈值

3．4．2 与单本体在不同概念扩展策略下比较

3．4．3 与单本体在同种概念扩展策略下比较

3．4．4 评价多本体概念扩展时间性能

3．4．5 与基于Leacock-Chodorow算法的扩展策略对比

3．4．6 与基于Leacock-Chodorow算法的扩展策略时间性能对比

3．4．7 与基于本体映射结果的扩展策略对比

3．4．8 评价抽取相关概念的时间性能

3．5 本章小结

第4章 扩展概念的过滤和补充

4．1 方法概述

4．2 扩展概念的过滤

4．2．1 扩展概念过滤的具体过程

4．2．2 扩展概念过滤的算法描述

4．3 扩展概念的补充

4．3．1 概念补充的具体过程

4．3．2 概念补充的算法描述

4．4 实验分析及评价

4．4．1 概念过滤

4．4．2 与使用其他算法进行概念过滤对比

4．4．3 概念补充

4．4．4 评价概念过滤和补充的时间性能

4．5 本章小结

第5章 扩展概念在数据源中的查询

5．1 问题描述

5．2 匹配数据源中的概念

5．2．1 匹配数据源中概念的具体过程

5．2．2 匹配数据源中概念的算法描述

5．2．3 匹配数据源中概念的实例分析

5．3 匹配概念在数据源中的查询处理

5．3．1 扩展概念查询

5．3．2 相关概念查询

5．4 查询处理实例分析

5．5 查询处理时间性能分析

5．6 本章小结

第6章 系统设计与实现

6．1 查询模式的设计

6．2 关键字查询结果展示

6．3 四面体查询结果展示

6．4 相关信息查询结果展示

6．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢