计算机与现代化2012年第1期JISUANJI YU XIANDAIHUA总第197期文章编号：1006-2475（2012）01-0044-05收稿日期：2011-07-27作者简介：杨斌（1980-），男，山东烟台人，海军航空工程学院兵器科学与技术系讲师，研究方向：语义网，软件工程，概念建模；齐玉东（1974-），男，副教授，博士研究生，研究方向：语义网，知识管理，软件工程，描述逻辑。
概念建模研究综述杨斌1，齐玉东1，孟凡磊2（1．海军航空工程学院兵器科学与技术系，山东烟台264001；2．海军航空工程学院飞行器工程系，山东烟台264001）摘要：概念建模是指创建概念模型的行为，这些模型用来描述问题，与具体用于解决问题的技术和策略独立无关。
在过去数十年中，大量概念建模方法和工具纷纷涌现，许多理论如本体论、语言学和认知学的引入，增强了概念建模的理论基础。
基于本体的概念建模研究得到了充分的重视。
本文对概念建模的发展、概念建模语言、基于本体的概念建模以及概念模型的质量评估进行系统的阐述。
关键词：概念建模；概念建模语言；本体；模型转换；质量评估中图分类号：TP399文献标识码：Adoi ：10．3969/j．issn．1006-2475．2012．01．012Overview of Conceptual ModelingYANG Bin 1，QI Yu-dong 1，MENG Fan-lei 2（1．Department of Ordnance Science and Technology ，Naval Aeronautical and Astronautical University ，Yantai 264001，China ；2．Department of Airborne Vehicle Engineering ，Naval Aeronautical and Astronautical University ，Yantai 264001，China ）Abstract ：Conceptual modeling is the activity of creating models．Models that describe problems are independently from the tech-nology and strategy used to solve the problem．In the past few decades ，a large number of conceptual modeling methods and toolshave emerged．Many theories such as ontology linguistics and cognitive science enhance the concept modeling theoretical basis．Ontology based conceptual modeling got full attention．The development of conceptual modeling ，conceptual model language ，on-tology-based conceptual modeling and quality evaluation of the conceptual model have been studied．Key words ：conceptual modeling ；CML ；ontology ；model transformation ；quality evaluation0引言Mylopoulos ［1］将概念建模（Conceptual Modeling ，CM ）定义为形式化地描述我们周围的客观和社会世界的某些方面的活动，其目的是提供领域的理解和交流。
概念建模在信息系统设计、人工智能中的知识表达、组织环境建模、业务处理、软件开发过程、软件需求等计算机科学的不同领域都扮演着重要的角色。
因此，对概念建模研究的意义愈显重要。
1概念建模发展历程在形成领域中的概念时，人们并不考虑模型在计算机内部是如何表达的。
概念建模是一种抽象的形式，在计算机科学领域久负盛名。
本节探讨概念建模在不同阶段，不同领域中所取得的成就。
另外，构成某一应用域的模型不仅有静态对象也有动态的事件和行为。
因此，在探讨概念建模技术的同时也会涉及这些方面。
概念建模的产生源于20世纪70年代早期。
数据库领域之外技术的发展为概念建模奠定了夯实的基础。
首先，抽象化被用于软件开发。
Parnas 的研究［2］对数据抽象提供十分准确和完善的说明，使得软件片段能够相互作用；提出数据抽象的概念，并将实现细节从用户角度隐藏。
编程语言Simula 是建模领域发展的另一个重要标记。
Simula 提出了一组新的概念，如对象、类、方法，特别是子类支持一般化抽象的概念［3］。
Simula 被认为是第一个面向对象程序设计语言，是面向对象技术的基石。
AI 方面，Quillian 在文献［4］中提出了语义网络，使用图形知识表示语言，用节点表示概念，用边表示关系，将继承作为推理的机制，这成为以后的概念建模技术的一个特点。
Ross 在70年代中期所提出的结构化分析与设计技2012年第1期杨斌等：概念建模研究综述45术［5］是需求规格说明领域中早期的最为重要一步，在它的不同特征中着重强调数据的建模和行为的表达。
20世纪70年代中期，数据库、概念建模和语义数据模型产生。
起初大部分数据库设计依赖于对数据结构的建模，把模型存储在实际的文件系统中。
具有代表性的Hierarchical和Network模型［6］关注于模型的物理层面。
Codd将逻辑数据结构与物理数据组织相分离［7］，捕获了更多的需求语义，为概念建模奠定了基础。
Abrial将数据抽象引入知识表达技术［8］，建议通过存取过程定义类的语义。
Roussopoulos和Mylopoulos［9］为目标系统使用语义网络生成关系模式，同时为保持数据库的一致性定义了一组语义操作。
Chen所提出的实体-联系（ER）模型［10］由于其简单性，事实上成为数据建模和数据库设计的标准。
文献［11］对语义数据模型进行了调查研究。
语义数据模型允许在一个更高的层次设计模型，使得数据库从业者能够自然、直接地将一大部分数据的语义合并到模式。
文献［12］将抽象和一般化的概念引入到数据库研究中，将一般化和聚合合并为一种结构化方法。
然而在ER模式中，聚合仍然不能被容易地使用，而主要被用于面向对象数据库中。
聚合的优势在于能够提供对复杂模型的易理解性和对数据库设计提供一个更加系统化的方法。
它主要支持开发高度结构化的模型，而不缺失模型的智能的易管理性。
第一个用来定义概念模式的高层数据定义语言，如CSL （Conceptual Schema Language）是在上世纪70年代末出现，包含了描述语言和程序语言的基础。
其标准类型、对象类型和联系类型可以帮助描述数据的静态属性和动态行为。
Taxis作为一个突出的数据库设计语言，覆盖了前述概念［13］。
它提供关系数据库管理功能，意味着指定了语义完整性约束与事务集成的方法和异常处理机制。
Taxis将类、属性、ISA关系等概念应用到了程序设计的各个方面。
20世纪80年代是概念建模快速发展的时代，概念建模这个术语被提出，AI、数据库管理和编程语言这些学科的边界逐渐被打破。
各种面向对象分析技术得到了发展。
Booch方法和Rumbaugh的对象建模技术（OMT）是它们之中的重要代表。
前者主要关注于面向对象设计（OOD），而Rumbaugh方法则关注于面向对象分析（OOA）。
1994年，Booch和Rumbaugh 决定合并、统一他们的面向对象建模方法，实现了统一建模语言UML［14］。
通过OMG（Object Management Group）的努力支持，UML迅速被采纳为事实上的标准。
UML的重要优势在于它能够同时被用于软件建模和问题的领域建模。
另一个突出成就是知识表达语言Telos，被特别设计用于信息系统应用开发。
Te-los的创新在于第一次将属性作为类来处理，对时态知识进行特别的表达和推理，这些概念为处理软件的演化特性提供了手段。
上世纪90年代末，业内认为信息系统需要更好地与它们运行的组织环境相匹配。
因此，需求详述不仅需要覆盖软件详述，而且需要覆盖业务模型和其它描述系统功能上下文的信息。
UML强调了需求阶段的后期建模和分析，通常关注于完整性、一致性和功能需求的自动验证。
后来提出的基于组织建模框架的一种开发方法Tropos［15］，支持需求捕获的早期阶段；提出了在软件开发过程阶段，应该使用代理范例和有关精神方面的观念。
随着因特网和万维网的快速发展，整合异构信息资源的需求不断提出。
软件程序通过Web进行存取和执行，并通过因特网进行分布式计算。
不同组织转向于一个面向服务的体系结构（SOA）研究。
但是，只有当Web服务具有商业水准的实现，SOA才会发挥它真正的优势。
因此，需要针对分析与设计过程之间的缺口进行完善。
BPMN（Business Process Modelling Notation）首次对工业级的商业过程建模标准进行综合集成，从而使得模型能够被输出到BPEL中执行，并允许直接将商业过程与Web服务集成。
但是，现有的自动服务识别、服务配置和整合、服务比较和自动化协商的方法仍然需要增强和标准化。
现有的研究主要关注于支持SOA部署的技术和基于服务的平台的技术。
文献［16］详细阐述基于扩展UML的Web服务建模和基于WSDL标准的Web服务描述自动生成机制。
另外的问题，如缺乏服务声誉判定机制，即提供服务质量的级别，解决服务之间相互信任问题在文献［17］中进行了讨论，但仍没有最终的解决方案。
语义网是因特网范围内互操作问题的一个更为全面的解决方案。
其中Web资源的内容无论是服务或数据都被用形式化的领域本体所描述，这也使得服务和数据可以进行比较和匹配。
W3C认可的RDFS 和OWL是当前支持此规则的主要语言，后者的形式化基础是描述逻辑，其重要特征具有很强的表达能力和可判定性。
目前支持描述逻辑的推理系统，如FACT、RACER、LOOM等已具备成熟的逻辑框架和推理算法。
2概念建模研究现状概念建模技术相关的研究内容主要包括建模语46计算机与现代化2012年第1期言的形式化基础及其语义表达能力、与其他建模语言之间的模型转换、概念模型转换为本体描述的方法、概念模型查询语言、概念建模方法等问题。
下面就目前概念建模研究热点选择如下4个方面进行讨论。
2．1概念建模语言概念建模语言（Conceptual Modelling Language，CML）是关于概念模型的语言表示，是对概念模型的描述，也是概念建模的核心。