语义web服务匹配中的概念相似度算法

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1、http://www.paper.edu.cn1语义Web服务匹配中的概念相似度算法刘倩，双锴，陈炜北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京(100876)E-mail：liuqian@gmail.com，shuangk@bupt.edu.cn，chenwei@gmail.com摘要：本文提出了在语义web服务匹配过程中两个概念之间相似度的计算方法，在考虑继承关系和二元关系的前提下，采用基于权重的语义距离的方法进行衡量，并提出了根据该语义距离计算相似度的计算公式，且通过仿真实验获取了合适的参数。实验数据证明，采用本方法计算出来的相似度和领域专家的判

2、断极其相近，可应用于web服务匹配中单个概念之间的匹配。关键词：语义Web服务；服务匹配；语义相似度1.引言互联网的创始人TimBerners-Lee在2000年提出了语义Web的概念和体系结构：“语义Web是现有Web的扩展，信息被赋予定义良好的含义，更便于计算机和人的协同”[1]。语义Web提供了一个通用的框架，主要基于XML和RDF/RDFS[2]，并在此之上构建本体和逻辑推理规则，以完成基于语义的知识表示和推理，从而能够为计算机所理解和处理。语义Web服务是语义Web和Web服务的结合,可为Web服务的发现、执行、解释组合的自动化提供有效的支持。

3、为了实现这一目标，语义Web服务的主要方法是利用Ontology来描述Web服务，然后通过这些带有语义信息的描述实现Web服务来实现服务的自动发现、调用和组合。语义web服务匹配是其中一个重要的研究方向，目的是根据用户对服务接口的描述去寻找能够满足要求的服务。在web服务使用OWL-S[3]描述的前提下，服务匹配其实是基于本体概念的匹配，而两个概念之间的匹配过程本质上是通过某种方式来选取最接近的概念：[4]提出了有限等级的匹配算法，将匹配程度分成了四个等级；[5]在[4]的基础上扩充了匹配的等级，并引入了属性的匹配；[6]通过对概念分配不同的权重来计算概

4、念间的相似度；[7]认为概念的特性是由其具有的属性共同决定的，因而采用属性的个数来计算相似度；[8]通过基于权重的语义距离和相似度函数来计算相似度。然而在两个概念的匹配过程中，不仅需要考虑概念之间存在的继承关系或二元关系，也要考虑概念深度对相似度的影响，且尽量细化概念之间的匹配程度也有助于待匹配概念的排序和选择，因此综合上述因素的评价方式可以更好地体现出概念之间的匹配度差别，本文在这种综合考虑之下，提出了一种新的基于语义距离的相似度算法，并通过实验对比选取了合适的参数，使得通过本算法计算得出的结果更为合理，与领域专家给出的判断结果基本一致。2.算法的基本

5、思想本算法综合考虑了概念之间的继承关系和二元关系，以及概念所处深度对匹配度的影响[8]，通过语义相似度DoM(DegreeofMatch)来度量两个概念之间的匹配程度。本算法可分为如下步骤：（1）分配权重：为概念之间的关系分配权重。（2）生成节点路径表：记录每一个节点到根节点的所有路径。（3）计算语义距离：根据节点路径表计算语义距离。语义距离指的是基于继承关系1本课题由国家自然科学基金项目(60672121)，国家高技术研究发展计划(863)(2006AA01Z164)，国家基础研究与开发程序(973)(2003CB314806)资助。-1-http:/

6、/www.paper.edu.cn和二元关系来计算概念的加权关系长度。（4）计算相似度：构造相似度函数基于语义距离计算概念间的相似度。在具体介绍算法步骤前，作如下定义：定义1：给任意一对概念C1和C2，定义它们之间的语义距离为Dis(C1,C2)。定义2：两个概念C1和C2之间的继承关系用sub(C1，C2)表示，代表C1是C2的子概念；二元关系用prop(C1，C2)表示；代表C1具有属性C2。定义3：关系r包括继承关系sub和二元关系prop。定义4：节点路径表中的记录表示为path(C1,C2….Cn)，其中Cn为根节点。定义5：如果在概念C1或者

7、C2的路由表中两个概念相邻，则概念C1和C2存在直接路径关系。定义6：如果在概念C1或者C2的路由表中两个概念存在路径相连，且不相邻，则C1和C2存在间接路径关系。2.1权重分配为了使得概念之间的距离随着深度的增加而减小，且二元关系要比继承关系的语义距离远，权重分配应满足上述原则。由于要同时考虑二元关系和继承关系，因而不适宜采用文献[6]的方法将权重分配在概念节点上，而是分配在两个概念C1和C2之间的关系上，也即本体图中的“边”。本算法的权重分配公式如下所示。1继承关系权重：W[sub(C1,C2)]＝1＋------------公式1fdep((c))

8、21二元关系权重：W[prop(C1,C2)]＝m（1＋），(m>1)-----