本發(fā)明涉及量綱分析領(lǐng)域，特別是涉及一種基于本體的量綱齊次性判斷方法。

背景技術(shù)：

本體是共享的特定領(lǐng)域之概念化的一個(gè)形式化的顯示說明。構(gòu)造本體的目的是為了實(shí)現(xiàn)某種程度的知識共享和重用。它的主要作用有三個(gè)方面：(1)提供了一種新的知識獲取手段，規(guī)范化的描述有利于確定知識系統(tǒng)的需求，澄清領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)。(2)采用形式化描述的本體作為核心，能提高知識系統(tǒng)的重用和可靠性，為知識的更新和演化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(3)采用統(tǒng)一的術(shù)語和概念，使得不同的系統(tǒng)間的知識共享成為可能。

在工程應(yīng)用和科學(xué)研究中，通過量綱分析可以檢查反映物理現(xiàn)象規(guī)律的方程在計(jì)量方面是否正確，即量綱的齊次性檢查。當(dāng)物理方程過于復(fù)雜時(shí)，量綱齊次性檢查同樣會(huì)顯得復(fù)雜且耗時(shí)，而且量綱齊次性檢查的過程通常需要進(jìn)行重復(fù)的計(jì)算工作，比如檢查另一個(gè)方程的量綱齊次性，已經(jīng)出現(xiàn)過的物理量要重復(fù)計(jì)算。為了簡化量綱分析的過程，減少不必要的重復(fù)計(jì)算，將本體應(yīng)用于量綱分析，建立量綱的本體，定義量綱的結(jié)構(gòu)，可以提高量綱知識的重用性和可靠性。利用本體的SPARQL查詢技術(shù)，只要查詢物理方程兩端的各個(gè)量綱的名稱，就可以判斷方程的量綱齊次性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于本體的量綱齊次性檢查方法，該方法通過構(gòu)建量綱本體，只需要查詢物理方程兩端各物理量的量綱名稱，就能快速地判斷物理方程兩端在計(jì)量方面是否正確，實(shí)現(xiàn)量綱齊次性的檢查。構(gòu)建的量綱本體，可以擴(kuò)展補(bǔ)充，并能重復(fù)使用，能直接應(yīng)用于相同領(lǐng)域物理方程的量綱齊次性檢查。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于本體的量綱齊次性檢查方法，步驟如下：

步驟1：收集物理方程涉及的物理量。

步驟2：根據(jù)步驟1得到的物理量的物理意義，確定基本量綱。

步驟3：根據(jù)步驟2得到的基本量綱推導(dǎo)方程涉及的物理量的量綱并設(shè)置量綱向量，計(jì)算量綱向量的大小。定義量綱向量的形式，需要包含所有的基本量，而基本量的量綱向量，其對應(yīng)元素的值為1。

步驟4：采用統(tǒng)一的命名規(guī)則命名量綱。采用統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)，可以方便本體的重用和補(bǔ)充，有利于知識的共享和互操作。統(tǒng)一的命名規(guī)則，量綱名稱包含三個(gè)部分：(1)國際單位制名SI。(2)按照步驟3定義的量綱向量形式，按順序列舉各維的基本量的量綱。(3)量綱向量所對應(yīng)得各維指數(shù)。

步驟5：通過RDF三元組描述量綱并添加屬性。基本量由屬性baseElement描述。每個(gè)基本量都有一個(gè)量綱向量，大小由vectorMagnitude描述(其值是浮點(diǎn)數(shù)，因?yàn)榇嬖诜謹(jǐn)?shù)指數(shù)的情形)。

步驟6：根據(jù)步驟5得到的RDF三元組描述，利用Protégé本體編輯器軟件構(gòu)建量綱本體。

步驟7：對步驟6得到的本體進(jìn)行SPARQL查詢，判斷物理方程的量綱齊次性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

(1)以本體作為核心，能提高知識系統(tǒng)的重用性。創(chuàng)建的量綱本體可重復(fù)使用，也可擴(kuò)展補(bǔ)充，可以直接應(yīng)用于相同領(lǐng)域物理方程的量綱齊次性檢查。

(1)更可靠。通過建立量綱的本體，定義基本量綱和導(dǎo)出量綱，確定量綱之間的關(guān)系，在進(jìn)行量綱齊次性檢查時(shí)，就可以有效的避免人為計(jì)算的錯(cuò)誤，使得量綱齊次性檢查的結(jié)果更加可靠。

(2)更方便。只要確定方程兩端各個(gè)物理量的量綱名稱，通過本體的SPARQL查詢技術(shù)，就可以查詢對應(yīng)量綱向量的大小，繼而比較方程兩端的向量大小的總和，即可實(shí)現(xiàn)量綱的齊次性檢查。

(3)更快速。直接查詢已經(jīng)創(chuàng)建好的量綱本體，避免了具體的量綱齊次性檢查的計(jì)算過程，查詢速度更快。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是線性加速度量綱的分解示例圖；

圖3是量綱本體的量綱結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明首先收集物理方程所涉及的物理量，并根據(jù)其物理意義確定基本量綱，然后通過基本量綱推導(dǎo)出物理量的量綱，再利用RDF三元組來描述量綱并添加屬性，得到量綱本體。最后，通過SPARQL查詢技術(shù)實(shí)現(xiàn)量綱齊次性檢查。下面就具體步驟詳細(xì)說明：

對于方程：F＝ma進(jìn)行量綱齊次性檢查。其中F代表力，m代表質(zhì)量，a代表線性加速度。

步驟1：收集物理方程涉及的物理量。該方程一共涉及三個(gè)物理量，它們分別為力、質(zhì)量和線性加速度。

步驟2：根據(jù)步驟1得到的物理量的物理意義，確定基本量綱。待驗(yàn)證方程涉及力、質(zhì)量和線性加速度三個(gè)物理量。力可以表示成ml/t^2(質(zhì)量乘以長度除以時(shí)間的平方)，線性加速度可以表示成l/t^2(長度除以時(shí)間的平方)，皆可以用長度、質(zhì)量和時(shí)間推導(dǎo)出來，所以根據(jù)其物理意義，可以確定基本量為長度、質(zhì)量和時(shí)間。它們是國際單位制SI的基本量，基本量綱分別用L、M和T來表示。

步驟3：根據(jù)步驟2得到的基本量綱推導(dǎo)方程涉及的物理量的量綱并設(shè)置量綱向量，得到量綱向量的大小。定義量綱向量的形式為[長度，質(zhì)量，時(shí)間]，基本量的量綱向量，其對應(yīng)元素的值為1。力的定義為F＝ml/t^2，則量綱為MLT-2，設(shè)置量綱向量[1，1，-2]；線性加速度的定義為a＝l/t^2，則量綱為LT-2，設(shè)置量綱向量[1，0，-2]；質(zhì)量m的量綱為M，設(shè)置量綱向量[0，1，0]。根據(jù)所得的量綱向量，關(guān)于時(shí)間的向量與質(zhì)量相關(guān)系數(shù)為0，與線性加速度相關(guān)的系數(shù)為-2，與力相關(guān)的系數(shù)為-2，即量綱向量的大小。由基本量推導(dǎo)涉及的物理量的量綱在本體里的具體定義，如圖2所示，是線性加速度的量綱的細(xì)分實(shí)例圖。

步驟4：采用統(tǒng)一的命名規(guī)則命名量綱。統(tǒng)一的命名規(guī)則，量綱名稱包含三個(gè)部分：(1)國際單位制名SI。(2)按照步驟3定義的量綱向量形式，按順序列舉各維的基本量的量綱。(3)量綱向量所對應(yīng)得各維指數(shù)。

按照該命名規(guī)則，根據(jù)步驟3定義的量綱向量的形式[長度，質(zhì)量，時(shí)間]，得到質(zhì)量：Dimension_SI_M、速度(長度除以時(shí)間的平方)：Dimension_SI_LT-2、線性加速度(長度乘以質(zhì)量除以時(shí)間的平方)：Dimension_SI_LMT-2。

步驟5：通過RDF三元組描述量綱并添加屬性。量綱名稱由屬性systemDimension描述，基本量“長度、質(zhì)量、時(shí)間”由屬性baseElement描述。每個(gè)基本量都有一個(gè)量綱向量，量綱向量由屬性dimensionVector描述，量綱向量的大小由屬性vectorMagnitude描述(其值是浮點(diǎn)數(shù)，因?yàn)榇嬖诜謹(jǐn)?shù)指數(shù)的情形)。部分RDF三元組描述如下所示：

quantity:SystemOfQuantities_SI qudt:systemDimension dim:Dimension_SI_M.

dim:Dimension_SI_M qudt:referenceQuantity quantity:Mass.

dim:Dimension_SI_M qudt:dimensionVector dim:Vector_T0.

dim:Vector_T0qudt:vectorMagnitude“0.0”^^xsd:float.

dim:Vector_T0qudt:baseElement quantity:Time.

第一行表述：表明描述的是國際標(biāo)準(zhǔn)單位制SI的基本量之一質(zhì)量的量綱Dimension_SI_M。

第二行表述：表明描述的量綱Dimension_SI_M是質(zhì)量Mass的量綱。

第三行表述：表明描述的是量綱Dimension_SI_M的量綱向量是Vector_T0。

第四行表述：表明描述的是量綱向量Vector_T0的大小為“0.0”，數(shù)據(jù)類型為浮點(diǎn)型float。

第五行表述：表明量綱向量Vector_T0涉及的基本量是時(shí)間Time。

其它量綱及屬性的RDF三元組描述方法同上所述。

步驟6：根據(jù)步驟5得到的RDF三元組描述，利用Protégé本體編輯器軟件構(gòu)建量綱本體。如圖3所示，即量綱本體的量綱結(jié)構(gòu)。

步驟7：對步驟6得到的本體進(jìn)行SPARQL查詢，判斷物理方程的量綱齊次性。查詢示例如下所示：

分別對物理方程兩端的力Force、質(zhì)量Mass和線性加速度Acceleration，進(jìn)行SPARQL查詢，將得到的量綱向量的大小相加，當(dāng)公式F＝ma的量綱正確時(shí)，查詢結(jié)果返回true。以上查詢，如果用Time更換Mass，或者用Energy更換Force，查詢結(jié)果將返回false。