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2022-04-15
摘要翻译:
本文提出了一个基于语义网络的通用计算模型。提出的概念适用于任何语义网络表示。然而,由于专门用于语义Web工作的标准和技术基础结构,本文是从这个角度提出的。在所提出的计算模型中,应用程序接口、运行时程序和计算虚拟机的状态都用资源描述框架(RDF)来表示。这些概念的实现提供了一个实用的计算范例,利用了语义Web的高度分布式和标准化的表示层。
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英文标题:
《General-Purpose Computing on a Semantic Network Substrate》
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作者:
Marko A. Rodriguez
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最新提交年份:
2010
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分类信息:

一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Artificial Intelligence        人工智能
分类描述:Covers all areas of AI except Vision, Robotics, Machine Learning, Multiagent Systems, and Computation and Language (Natural Language Processing), which have separate subject areas. In particular, includes Expert Systems, Theorem Proving (although this may overlap with Logic in Computer Science), Knowledge Representation, Planning, and Uncertainty in AI. Roughly includes material in ACM Subject Classes I.2.0, I.2.1, I.2.3, I.2.4, I.2.8, and I.2.11.
涵盖了人工智能的所有领域,除了视觉、机器人、机器学习、多智能体系统以及计算和语言(自然语言处理),这些领域有独立的学科领域。特别地,包括专家系统,定理证明(尽管这可能与计算机科学中的逻辑重叠),知识表示,规划,和人工智能中的不确定性。大致包括ACM学科类I.2.0、I.2.1、I.2.3、I.2.4、I.2.8和I.2.11中的材料。
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一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Programming Languages        程序设计语言
分类描述:Covers programming language semantics, language features, programming approaches (such as object-oriented programming, functional programming, logic programming). Also includes material on compilers oriented towards programming languages; other material on compilers may be more appropriate in Architecture (AR). Roughly includes material in ACM Subject Classes D.1 and D.3.
涵盖程序设计语言语义,语言特性,程序设计方法(如面向对象程序设计,函数式程序设计,逻辑程序设计)。还包括面向编程语言的编译器的材料;关于编译器的其他材料可能在体系结构(AR)中更合适。大致包括ACM主题课程D.1和D.3中的材料。
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英文摘要:
  This article presents a model of general-purpose computing on a semantic network substrate. The concepts presented are applicable to any semantic network representation. However, due to the standards and technological infrastructure devoted to the Semantic Web effort, this article is presented from this point of view. In the proposed model of computing, the application programming interface, the run-time program, and the state of the computing virtual machine are all represented in the Resource Description Framework (RDF). The implementation of the concepts presented provides a practical computing paradigm that leverages the highly-distributed and standardized representational-layer of the Semantic Web.
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2022-4-15 10:00:05
无辐射网络基础上的通用计算*Marko a.RodriguezDigital Library Research and Protoding TeamLos Alamos National LaboratoryLos Alamos,新墨西哥州87545原始版本:2007年4月16日修订版本:2007年10月7日本文提出了一个语义网络基础上的通用计算模型。本文所提出的概念适用于任何语义网络表示,但是,由于语义Web E-ORT的标准和技术基础,本文是从这个角度出发的。在所提出的计算模型中,应用程序接口、运行时程序和计算虚拟机的状态都用资源描述框架(RDF)来表示。这些概念的实现提供了一个实用的计算范例,利用了语义网的高度分布式和标准化的表示层。关键字:资源描述框架,Web本体语言,虚拟机,面向对象程序设计,语义网计算1引言本文讨论了语义网中的计算。语义网络是一个直接标记图(Sowa,1991)。本文认为计算机的状态、底层指令和执行程序都可以用语义网络来表示。所给出的计算模型可以使用任何语义网络表示来实例化。然而,鉴于资源描述框架(RDF)(Manola&Miller,2004)和流行的Web本体语言(OWL)(McGuinness&Harmelen,2004)的存在,本文介绍了这些结构的理论和应用。本文讨论了广泛的概念,包括来自计算机体系结构、语义Web和面向对象编程的概念。为了容纳所有感兴趣的读者,EachDiscrime的概念将在本导言中以教程级别介绍。本文的其余部分将介绍所提出的模型的更深入的实际应用。实际应用包括一个称为Fhat的RDF虚拟机体系结构(RVM)的规范(发音为F AT,类似于“FAT”)和一个称为Neno的RDF编程语言(发音为N.EN.O,类似于“kney-know”)。本文的介绍分为三个小节。§1.1简要介绍了计算机体系结构的基本概念,以便阐明下列概念:Rodriguez,M.a.,“语义网络基础上的通用计算”,紧急Web智能:高级语义技术,高级信息和知识处理系列,编辑。R.Chbeir,A.Hassanien,A.Abraham和Y.Badr,Springer-Verlag,第57-104页,ISBN:978-1-84996-076-2,2010年6月2日。Marko A.Rodriguez-2007 2将在本文后面的文章中引起主要兴趣。§1.2讨论了语义网和theRDF语义网络数据模型。最后,§1.3概述了面向对象编程及其与OWL.1.1通用计算的关系,虚拟机通用计算机是支持任何已知计算的计算机。可计算性的意义和计算所需的内容是艾伦·特宁在20世纪30年代末提出的(Turing,1937)。从那时起,随着计算机工程的巨大进步,今天的大多数计算机都是通用计算机。计算机的两个主要部件是中央处理器(CPU)和主存储器(RAM)。CPU的目的是执行计算(即对数据执行算法)。通常,CPU从RAM中读取指令和数据,执行计算,并将其结果重新插入RAM。
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2022-4-15 10:00:11
大多数CPU维护它们可以执行的相对较小的一组指令(Hennessy&Patterson,2002)。例如,指令包括add、sub、load、store、branch和goto等。然而,这些基本指令可以变成执行程序员所希望的任何计算任务。目前,数字计算机中最小的信息单位是比特。位可以是0也可以是1。位组合成字节(8位)和字(机器架构相关)。大多数日常使用的台式机都有一个32位字,被称为32位机。32位可以用来表示2个“事物”。例如,无符号32位整数可以表示数字0到4,294,967,295。虽然指令和数据一样,是用一系列的0s和1s表示的,但是可以用一种更人性化的可读性的形式来表示指令。二进制机器语言上面的抽象称为汇编语言(Britton,2003)。例如,以下三个汇编指令Load 2,3 Load 1,2add 1,2,3store 3,2指令CPU:1)读取内存地址2的内存单元中的字并将其存储在CPU寄存器3中;2)读取内存地址1的字并将其存储在寄存器2中;3)添加寄存器1和2的内容并将结果存储在寄存器3中;4)将寄存器3中的字存储在RAM的内存地址2中。现代计算机语言的抽象层次比机器语言和汇编语言都高得多。例如,以前的指令可以用一个语句asz=y+x,其中寄存器1保存变量y的值,寄存器2保存变量x的值,内存地址3保存变量Z的值。语言编译器的目的是将人类可读/可写的源代码翻译成CPU的计算机代码。简单地说,编译器是将一种语言编写的信息转换为另一种语言的计算机程序(Aho,Sethi&Ullman,1986)。在实践中,编译器将人类代码转换为存储在RAM中的CPU指令列表,并由CPU按照ECPU的程序计数器(PC)指示的顺序执行。在某些情况下,编译器会将humancode转换为CPU的本地语言(CPU的指令集)。在其他情况下,编译器将把人类代码翻译成另一种语言,供虚拟机进行计算(Craig,2005)。虚拟机语言称为字节码。一个虚拟机器,在所有实际用途中,是一个用软件而不是硬件来表示的CPU。然而,根据实现的复杂度,虚拟机可以执行Hard实现(其中硬件的精确软件副本被实例化)或asoft实现(其中更多的硬件组件被黑盒装在软件中)。Marko a.Rodriguez-2007 3虚拟机通过使用底层HardwareCPU的指令集计算其字节码指令。最后,为了完成计算堆栈,CPU依赖于底层的自然物理定律来计算它的指令。物理定律驱动ECPU从一个州到另一个州。世界上的国家和事物的演化是计算的,最流行的虚拟机可能是Java编程语言(Eckel,2002)的Java虚拟机(JVM)(Lindholm&Yellin,1999)。JVM是一个在物理机器上运行的软件。JVM有自己的指令集,就像硬件CPU有自己的指令集一样。JVM驻留在RAM中,需要物理CPU来计算其演化。因此,JVM将其指令转换为本机CPU的指令集。该模型的优点是,不管底层硬件CPU,为该CPU体系结构设计的JVM可以读取和处理任何Java软件(即任何Java字节码)。
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2022-4-15 10:00:17
缺点是计算速度比将指令表示为本机CPU.1.2语义Web和RDF,前一节描述了计算的最基本方面。本节介绍了计算的一个最抽象的层次:语义Web。语义Web的主要目标是为描述资源(物理和概念)及其相互关系提供一个标准化框架(Fensel,Hendler,Lieberman,&Wahlster,2003)。这个框架被称为资源描述框架(RDF)(Manola&Miller,2004)。说明最低的表示单位是通用资源IDENTI(URI)(Berners-Lee,Fielding,Software,Masinter,&Systems,2005)和文字(即字符串、整数、点数等)。当两个资源共享相同的URI时,它们是thesame资源。但是,请注意,当两个资源不共享相同的URI时,这并不一定意味着它们不是相同的资源。在实践中,URI是命名空间的,以确保在不同的组织之间不会发生名称冲突(Bray,Hollander,Layman&Tobin,2006)。例如,URI http://www.newspaper.org/articlecan比http://www.science.net/article,具有更明确的含义或内涵,因为它们来自更明确的命名空间。RDF的第二个原则指出,URI和文字值连接到三元组的另一个集合,表示有向标记图的边。三重是可以断言的关于世界的最小的关系事实(Sowa,1999)。例如,“我是”这个陈述可以用三重形式来表示(我,是,我)。三元组的figurrst元素称为subject,可以是任何URI。第二个元素称为谓词,它也可以是anyuri。最后,第三个元素称为对象,它可以是任何URI或文字。IfU表示所有URI的集合,L表示所有文字的集合,那么一个以G表示的RDF网络可以被定义为G(U×U×(UüL))。RDF引起了商业和学术的兴趣,这不仅是因为它的语义Web视觉,而且因为它提供了一种独特的数据建模方法。这种热情引发了各种三存储应用程序的开发和分发,这些应用程序致力于RDF网络的存储和操作(Lee,2004)。一些三元存储可以支持RDF网络上的10Triples数量级的计算(Aasman,2006)。三元存储类似于关系数据库。但是,三元存储将数据表示为语义网络,而不是在关系表中表示数据。triplestore提供了一个到RDF网络的接口,用于从RDF网络读取和写入RDF网络。实现最多的查询语言是SPARQL协议和RDF查询语言(SPARQL)(Prud\'Hommeaux&Seaborne,2004)。SPARQL大致上是SQL(一种关系数据库语言)和Prolog(一种逻辑编程语言)的混合体(Louden,2003)。作为一个例子,下面的SPARQL查询返回所有URIs,它们都是CognitiveScientist和ComputerScientist,请注意RDF是一个数据模型,而不是语法。RDF有许多独特的语法,如RDF/XML(Manola&Miller,2004)、记号3(N3)(Berners-Lee,1998)、N-TRIPLE格式(Beckett,2001)和TRiX(Carroll&Stickler,2004)。本文将不讨论空白节点,为了简洁起见,通常使用prefixes来代替完整的命名空间。例如,http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#预先设置为rdf:.Marko a.Rodriguez-20074select?xwhere{?x<rdf:type><computerscientis>.?x<rdf:type><ComputerScientist>}示例SPARQL查询将变量?x绑定到所有URI,这些URIs是三元组的主体,谓词为rdf:type,对象为ComputerScientist和ComputerScientist。
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2022-4-15 10:00:24
对于图1所示的示例RDF网络,x将绑定到Marko。因此,上面的查询将返回marko.markoComputerScientistCognitiveScientistrDf:TyperDf:TypeFigure 1:一个示例RDF网络。前面的查询可以用其更多的集合论意义来表示asX={?X(?X,RDF:type,ComputerScientist)∈G(?X,RDF:type,CognitiveScientist)∈G},其中X是绑定到?X的URI集,G是表示为anedge list的RDF网络。上述语法的语义是“x是所有元素的集合?x使得?x是以rdf:type,ComputerScientist为结尾的三元组的头,而以rdf:type,CognitiveScientist为结尾的三元组的头,其中两个三元组都在三元组G中”。直到最近才有人提议扩展SPARQL,以支持在RDF网络中写入和删除三元组。SPARQL/UPDATE(Seaborne&Manjunath,2007)可以用来添加这样一个事实,即Marko也是一个RDF:Type of Human.insert{<Marko><RDF:Type><Human>。}在一个更符合集合论的符号中,这个语句等效于G=Gü(Marko,RDF:Type,Human)。前一个语句的语义是:“将triple list G设置为与triple(Marko,RDF:Type,Human)联合的当前triple listG。最后,可以使用SPARQL/UPDATE移除心房。例如,DELETE{<I><am><I>.}在集合论表示法中,这等效于G=G\\(I,am,I),其中的语义是“将三重列表G设置为当前三重列表G减去三重(I,am,I)”。许多三重存储应用程序支持在查询期间(在运行时)对资源进行推理。例如,假设RDF网络中不存在三元组(Marko,RDF:type,ComputerScientist),而是存在三元组(Marko,RDF:type,ComputerEngineer,OWL:Sameas,ComputerScientist)。在OWL推理中,?x仍然绑定到Marko,因为根据OWL语义,ComputerEngineer和ComputerScientist是相同的。本文中介绍的RDF计算概念主要集中在三重模式匹配上,因此,除了直接URI和文字名称匹配之外,没有使用其他语义。Marko A.Rodriguez-2007 51.3面向对象编程和OWLOWL是一种完全用RDF表示的本体建模语言。在OWL中,可以对抽象类及其相互关系进行建模,也可以使用这些模型和OWL的语义对未指定的关系进行推理。在OWLSemantic中,如果Human是一个类,并且存在三元组(Marko,RDF:type,Human),那么Marko被认为是Human的一个实例。URI Human是RDF网络本体级别的一部分,URI Marko是RDF网络实例级别(也称为个体级别)的一部分。在猫头鹰中,可以说所有人都可以有另一个人作为朋友。通过声明一个Owl:ObjectPropertyNamed hasFriend,它具有RDFS:domain of Human和RDFS:range of Human,这是可能的。此外,还可以限制HasFriends属性的基数,从而声明一个人只能有一个朋友。这如图2所示。[0..1]HumanhasFriend RDF:type Markoontology instance Triple StoreFigure 2:ontology和实例在RDF网络中表示。面向对象编程中的类指定称为应用程序编程接口(API)(Sebesta,2005)。OWL本体与objectoriented API有一些相似之处。然而,OWL本体在许多方面也存在缺陷。OWL是一种descriptionlogic语言,它主要关注对RDF数据进行推理的方法。面向对象的API主要关注于具体地定义类以及它们之间的显式关系,因此更符合框架建模范式。
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2022-4-15 10:00:30
个体),允许多重继承,不支持唯一名称假设,也不支持封闭世界假设(Oren,Delbru,Gerke,Haller,&Decker,2007;Wang et al.,2007)。OWL从面向对象API中引入的另一个方面是,面向对象API包含了方法的概念。该方法是一种算法“行为”,它构成了进化过程的基础,驱动这些类的实例从一个状态到另一个状态。本文的主要目的之一是为建模方法及其低级机器指令引入一个OWL本体,而过程信息可以用框架逻辑(即。F-逻辑(F-Logic)(Kifer,Lausen,&Wu.,1995)中,本文主要对建模方法感兴趣,其方式与现代面向对象语言(如Java和C++)中表示方法的方式大致相同,而且涉及到它们的语法、语义和低级表示。在Java和C++中,一个方法被定义为一个类,并用于操作该类实例的属性(称为firefelds)。例如,在本文中,类Human{Human hasfriend;void makeFriend(Human h){this.hasfriend=h;}}中,本体图将不显式表示rdfs:domain、rdfs:range和owl:restrict匿名URI结构。假定这些URI在图中是显而易见的。例如,图2中[0.1]所示的限制由hasFriendproperty的owl:restriction表示,其中maxCardinality为1,而Human是这个owl:restriction的rdfs:子classof。Marko A.Rodriguez-2007 6声明存在一个名为Human的抽象类。一个人有一个名字叫做朋友。hasFriend foundield指的是Human类型的对象。此外,根据类声明,人类有一个名为Makefriend的方法。makeFriendmethod接受一个类型为Human的参数,并将其hasFriend Foundield设置为该参数中提供的Human。this关键字明确表示hasfriend field是为其调用makeFriend方法的对象的field,在许多面向对象的语言中,使用new操作符创建Human的实例。例如,Human Marko=new Human();创建一个名为(引用为)Marko的人。新运算符类似于therdf:type属性。因此,在执行这段代码后,会出现类似的情况,如图2所示。但是,图2上半部分所示的本体模型没有makeFriend方法URI。面向对象编程和OWL之间的关系如表1所示。面向对象OWL exampleclass specification API ontology Humanobject property fhasfriendObject方法method makeFriendinstantiate new操作符rdf:type property new/rdf:typeTable 1:面向对象编程、OWL和section example之间的关系。将方法URI附加到类上并不是很大的概念上的飞跃。目前,没有强烈的动机来提供一个在OWL中表示方法的框架。RDF最初是作为一个数据建模框架开发的,而不是一个编程环境PERSE。然而,以类似的方式,Web Ontology Language for Services(OWL-S)被提出作为Web服务模型来支持语义Web服务的发现、执行和跟踪执行(Martin et al.,2004;Alesso&Smith,2005)。OWL-Sservice公开了一个描述服务执行什么的服务程序、一个描述如何调用服务的服务基础以及一个描述服务如何工作的服务模型。虽然OWL-S确实提供了语义Web上的面向对象方法调用的概念,但OWL-S更多的是面向代理的级别,它的预期用途是更多的“客户机/服务器”类型的问题。
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