面向生物信息數(shù)據(jù)分析的語義Web服務(wù)組合研究.pdf

1、隨著人類基因組計(jì)劃的完成，生命科學(xué)進(jìn)入了后基因組時(shí)代，各種功能基因組計(jì)劃紛紛啟動(dòng)，基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)等各種組學(xué)數(shù)據(jù)不斷增長，由此產(chǎn)生了大量的生物信息數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析工具。復(fù)雜生物信息數(shù)據(jù)分析任務(wù)通常需要綜合利用若干由不同組織開發(fā)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析工具，有效集成這些資源已經(jīng)成為生物信息領(lǐng)域的迫切需求。生物信息Web服務(wù)組合技術(shù)可以為解決這一問題提供有效途徑。
　　面向服務(wù)的體系架構(gòu)(Service-Oriented Arc

2、hitecture，SOA)與面向服務(wù)的計(jì)算(Service-Oriented Computing，SOC)近年來在生物信息領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。Web服務(wù)作為SOA和SOC的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，已經(jīng)被越來越多的生物信息領(lǐng)域研究者所采納，用以訪問生物信息數(shù)據(jù)庫和調(diào)用數(shù)據(jù)分析工具。單一的Web服務(wù)往往結(jié)構(gòu)簡單、功能有限，無法滿足復(fù)雜應(yīng)用需求。如何有效組合互聯(lián)網(wǎng)中功能各異的生物信息Web服務(wù)，實(shí)現(xiàn)生物信息數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析工具服務(wù)之間的無縫集成，

3、形成功能強(qiáng)大的復(fù)合服務(wù)來滿足用戶需求，已經(jīng)成為生物信息領(lǐng)域的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題。
　　本文針對生物信息領(lǐng)域的迫切需求和服務(wù)組合的研究問題，提出語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)與組合方法，研發(fā)面向生物信息數(shù)據(jù)分析的語義Web服務(wù)組合系統(tǒng)。生物信息領(lǐng)域Web服務(wù)組合存在如下問題：已有的組合方法沒有對生物信息Web服務(wù)包含的豐富語義信息進(jìn)行有效利用，針對大規(guī)模的服務(wù)注冊庫發(fā)現(xiàn)效率低下，服務(wù)組合缺乏自學(xué)習(xí)能力無法重用已有的組合方案，針對這些問題，本文重點(diǎn)研

4、究以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　(1)針對語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)問題，提出基于語義Web服務(wù)功能關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法。該方法主要由兩個(gè)部分組成：服務(wù)資源組織預(yù)處理和服務(wù)匹配。服務(wù)資源組織預(yù)處理是指，通過計(jì)算Web服務(wù)功能關(guān)聯(lián)度，構(gòu)建Web服務(wù)功能關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。旨在對服務(wù)注冊庫中的服務(wù)資源進(jìn)行有效組織，減少服務(wù)匹配階段的服務(wù)搜索空間，提高服務(wù)發(fā)現(xiàn)效率。服務(wù)匹配是指，通過服務(wù)內(nèi)容匹配以及服務(wù)接口匹配，能夠高效、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)符合用戶需求的服務(wù)。實(shí)驗(yàn)

5、表明，通過構(gòu)造Web服務(wù)功能關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在保證服務(wù)發(fā)現(xiàn)召回率的前提下，服務(wù)發(fā)現(xiàn)的效率得到明顯提高。
　　(2)研究語義Web服務(wù)自動(dòng)組合問題，提出基于服務(wù)過程接口匹配的服務(wù)組合方法。該方法以基于OWL-S描述的語義Web服務(wù)內(nèi)部過程作為組合操作對象，旨在有效地發(fā)現(xiàn)滿足用戶需求的潛在服務(wù)組合方案。提出的組合方法建立了相應(yīng)的優(yōu)化搜索機(jī)制：利用后繼服務(wù)搜索策略既能保證滿足用戶需求，又可以進(jìn)行高效的服務(wù)組合；采用反向檢查復(fù)合服務(wù)過程的方式，

6、去除對產(chǎn)生用戶需求沒有貢獻(xiàn)的冗余服務(wù)過程，達(dá)到優(yōu)化服務(wù)組合方案的目的。通過一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證服務(wù)組合的成功率和效率，結(jié)果表明該方法是合理的、有效的，能夠快速提供滿足用戶需求的服務(wù)組合方案。
　　(3)為了有效地利用已有服務(wù)組合方案，使組合方法具備自學(xué)習(xí)能力，本文將基于案例的推理應(yīng)用到語義Web服務(wù)組合領(lǐng)域，提出基于案例推理的語義Web服務(wù)組合方法。該方法構(gòu)建基于案例推理的語義Web服務(wù)組合框架。針對案例檢索問題，提出服務(wù)請求與服務(wù)過程

7、相似度的計(jì)算方法；針對案例庫組織問題，提出利用PAM算法進(jìn)行服務(wù)過程聚類并建立索引的方法；針對案例重用與調(diào)整問題，對檢索出的只能滿足用戶部分需求的服務(wù)組合方案以及滿足用戶需求的冗余服務(wù)組合方案進(jìn)行調(diào)整，并提出相應(yīng)的調(diào)整算法。在案例重用與調(diào)整失效時(shí)，通過融入基于語義Web服務(wù)內(nèi)部過程接口匹配的自動(dòng)服務(wù)組合方法，服務(wù)組合框架能夠進(jìn)一步滿足用戶需求，解決更多的問題。通過實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了該方法可有效地利用已有組合方案，滿足用戶需求。
　　本文