面向生物信息數(shù)據(jù)分析的語義Web服務組合研究.pdf

1、隨著人類基因組計劃的完成，生命科學進入了后基因組時代，各種功能基因組計劃紛紛啟動，基因組學、轉錄組學和代謝組學等各種組學數(shù)據(jù)不斷增長，由此產生了大量的生物信息數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析工具。復雜生物信息數(shù)據(jù)分析任務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)成為生物信息領域的迫切需求。生物信息Web服務組合技術可以為解決這一問題提供有效途徑。
　　面向服務的體系架構(Service-Oriented Arc

2、hitecture，SOA)與面向服務的計算(Service-Oriented Computing，SOC)近年來在生物信息領域內得到廣泛應用。Web服務作為SOA和SOC的一種具體實現(xiàn)方式，已經(jīng)被越來越多的生物信息領域研究者所采納，用以訪問生物信息數(shù)據(jù)庫和調用數(shù)據(jù)分析工具。單一的Web服務往往結構簡單、功能有限，無法滿足復雜應用需求。如何有效組合互聯(lián)網(wǎng)中功能各異的生物信息Web服務，實現(xiàn)生物信息數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析工具服務之間的無縫集成，

3、形成功能強大的復合服務來滿足用戶需求，已經(jīng)成為生物信息領域的熱點、難點問題。
　　本文針對生物信息領域的迫切需求和服務組合的研究問題，提出語義Web服務發(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服務組合系統(tǒng)。生物信息領域Web服務組合存在如下問題：已有的組合方法沒有對生物信息Web服務包含的豐富語義信息進行有效利用，針對大規(guī)模的服務注冊庫發(fā)現(xiàn)效率低下，服務組合缺乏自學習能力無法重用已有的組合方案，針對這些問題，本文重點研

4、究以下幾個方面的內容：
　　(1)針對語義Web服務發(fā)現(xiàn)問題，提出基于語義Web服務功能關聯(lián)網(wǎng)絡的服務發(fā)現(xiàn)方法。該方法主要由兩個部分組成：服務資源組織預處理和服務匹配。服務資源組織預處理是指，通過計算Web服務功能關聯(lián)度，構建Web服務功能關聯(lián)網(wǎng)絡。旨在對服務注冊庫中的服務資源進行有效組織，減少服務匹配階段的服務搜索空間，提高服務發(fā)現(xiàn)效率。服務匹配是指，通過服務內容匹配以及服務接口匹配，能夠高效、準確地發(fā)現(xiàn)符合用戶需求的服務。實驗

5、表明，通過構造Web服務功能關聯(lián)網(wǎng)絡，在保證服務發(fā)現(xiàn)召回率的前提下，服務發(fā)現(xiàn)的效率得到明顯提高。
　　(2)研究語義Web服務自動組合問題，提出基于服務過程接口匹配的服務組合方法。該方法以基于OWL-S描述的語義Web服務內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組合方案。提出的組合方法建立了相應的優(yōu)化搜索機制：利用后繼服務搜索策略既能保證滿足用戶需求，又可以進行高效的服務組合；采用反向檢查復合服務過程的方式，

6、去除對產生用戶需求沒有貢獻的冗余服務過程，達到優(yōu)化服務組合方案的目的。通過一系列實驗驗證服務組合的成功率和效率，結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組合方案。
　　(3)為了有效地利用已有服務組合方案，使組合方法具備自學習能力，本文將基于案例的推理應用到語義Web服務組合領域，提出基于案例推理的語義Web服務組合方法。該方法構建基于案例推理的語義Web服務組合框架。針對案例檢索問題，提出服務請求與服務過程

7、相似度的計算方法；針對案例庫組織問題，提出利用PAM算法進行服務過程聚類并建立索引的方法；針對案例重用與調整問題，對檢索出的只能滿足用戶部分需求的服務組合方案以及滿足用戶需求的冗余服務組合方案進行調整，并提出相應的調整算法。在案例重用與調整失效時，通過融入基于語義Web服務內部過程接口匹配的自動服務組合方法，服務組合框架能夠進一步滿足用戶需求，解決更多的問題。通過實驗，證實了該方法可有效地利用已有組合方案，滿足用戶需求。
　　本文