戴海偉張亞琦

非形式化下適用于醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)管理的模型設(shè)計(jì)

戴海偉①?gòu)垇嗙?/p>

為滿足醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)管理的要求，需要在傳統(tǒng)的構(gòu)件模型中增加分類及檢索類屬性，從用戶對(duì)醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)的常用操作出發(fā)，采用多種非形式化方法對(duì)構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析和建模，提出了一種能夠滿足醫(yī)學(xué)用戶對(duì)構(gòu)件庫(kù)多種操作需求的構(gòu)件模型。

醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)；構(gòu)件模型；框架；人工智能

基于構(gòu)件的軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)實(shí)踐證明已成為現(xiàn)代軟件工程的必然趨勢(shì)，構(gòu)件庫(kù)則成為基于構(gòu)件復(fù)用的大規(guī)模軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施[1]。用戶通過(guò)構(gòu)件庫(kù)管理系統(tǒng)可方便地檢索、辨別、下載軟構(gòu)件并組裝成應(yīng)用系統(tǒng)；或利用構(gòu)件提供的二次開(kāi)發(fā)接口進(jìn)行新的軟件開(kāi)發(fā)。利用已有的構(gòu)件資源可大大提高軟件生產(chǎn)率，也為系統(tǒng)的維護(hù)與修改帶來(lái)方便。要建立優(yōu)秀的構(gòu)件庫(kù)，構(gòu)建合適的構(gòu)件模型是第一步。因?yàn)獒t(yī)學(xué)軟件工程開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性，所以本文采用非形式化方法對(duì)構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行建模，在此基礎(chǔ)上提出適用于醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)管理系統(tǒng)的構(gòu)件模型，并分析其可用性[2]。

1 典型構(gòu)件模型簡(jiǎn)介與分析

構(gòu)件模型是構(gòu)件本質(zhì)特征及構(gòu)件間關(guān)系的抽象描述。它規(guī)定了構(gòu)件接口的定義、構(gòu)件與構(gòu)件之間的交互機(jī)制及構(gòu)件的運(yùn)行管理屬性；構(gòu)件模型通常還提供創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的指導(dǎo)原則。依據(jù)用戶對(duì)構(gòu)件的信息需求差異及構(gòu)件模型不同的應(yīng)用場(chǎng)景，可分為三種典型模型。

1.1 構(gòu)件基本及分類屬性模型

基本及分類屬性模型試圖以一種綜合、宏觀的方式來(lái)描述構(gòu)件，使得構(gòu)件易于被用戶所理解或辨別，易于在庫(kù)中被有效高效地分類、存儲(chǔ)和檢索。著名的REBOOT(Reuse Based Object-Oriented Techniques)模型就是其中之一[3]，它通過(guò)刻面的方法從各個(gè)角度刻劃軟構(gòu)件屬性，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的分類和檢索，如該構(gòu)件所提供的操作、操作對(duì)象以及與其它構(gòu)件間的關(guān)系等。

1.2 構(gòu)件聯(lián)系及配合屬性模型

構(gòu)件聯(lián)系及配合屬性模型主要從構(gòu)件交互的角度出發(fā)，重點(diǎn)描述構(gòu)件的規(guī)約與組裝方法。著名的3C模型就是用來(lái)刻畫構(gòu)件規(guī)約和組裝的，它從概念、內(nèi)容、語(yǔ)境三個(gè)部分來(lái)描述構(gòu)件，通過(guò)抽象描述給出構(gòu)件的內(nèi)部屬性；通過(guò)接口描述及操作語(yǔ)義描述刻畫構(gòu)件的功能；通過(guò)顯式定義描述軟構(gòu)件相互之間接口和語(yǔ)義關(guān)系、構(gòu)件之間的運(yùn)行及依賴關(guān)系，給出軟構(gòu)件的外部屬性。

1.3 構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)模型

構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)模型用于幫助人們決定如何用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言或以某種可執(zhí)行單元的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件。有代表性的實(shí)現(xiàn)級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模型有CORBA、DCOM／COM和Enterpise JavaBean，三種模型各具特色，形成構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)與互操作并存的格局。

1.4 典型構(gòu)件模型分析

3C和REBOOT是兩個(gè)通用軟構(gòu)件抽象描述模型，它們?yōu)檐洏?gòu)件描述提供了一個(gè)抽象模板，沒(méi)有給出特定應(yīng)用領(lǐng)域中的軟構(gòu)件的特定屬性；實(shí)際的工業(yè)或醫(yī)學(xué)構(gòu)件模型則側(cè)重于滿足用戶開(kāi)發(fā)和使用需求，缺乏對(duì)構(gòu)件語(yǔ)義的深入支持；現(xiàn)有的構(gòu)件模型多從用戶使用角度設(shè)計(jì)，缺少對(duì)構(gòu)件庫(kù)管理系統(tǒng)的滿足。

2 構(gòu)件庫(kù)管理系統(tǒng)構(gòu)件模型的分析

典型的構(gòu)件庫(kù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，需滿足用戶入庫(kù)、學(xué)習(xí)、檢索、演化、組裝和構(gòu)件運(yùn)行維護(hù)管理等需求[4]。由此出發(fā)，按層次分析構(gòu)件模型屬性。

圖1 典型構(gòu)件庫(kù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 支持用戶入庫(kù)、學(xué)習(xí)操作的構(gòu)件屬性

對(duì)于封裝好的可執(zhí)行級(jí)別構(gòu)件，用戶使用時(shí)必須明確構(gòu)件的基本屬性特征，以及要使用構(gòu)件時(shí)需與之配合使用，構(gòu)件模型中應(yīng)該具有下列基本特性：

2.1.1 構(gòu)件標(biāo)識(shí)（ID）: 構(gòu)件唯一標(biāo)識(shí)，字母數(shù)字組合；

2.1.2 構(gòu)件名稱（NAME）: 構(gòu)件中文名稱；

2.1.3 功能描述（FUNCTION）: 構(gòu)件中文描述；2.1.4 制作者（PRODUCER）: 構(gòu)件的制作單位名稱；

2.1.5 制作時(shí)間（FUNCTION）: 構(gòu)件的制作時(shí)間；

2.1.6 版本號(hào)（VERSION）: 構(gòu)件版本號(hào)；

2.1.7 適用操作系統(tǒng)（OPERATION-SYSTEM）: 構(gòu)件運(yùn)行的操作系統(tǒng)；

2.1.8 構(gòu)件規(guī)模（SIZE）: 用構(gòu)件代碼行數(shù)量表示。

2.2 支持醫(yī)學(xué)用戶檢索的構(gòu)件庫(kù)模型及構(gòu)件屬性

2.2.1 醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)建模分析

采用人工智能的知識(shí)表示方法對(duì)于醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行分面刻畫[5]。這里借用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示方法，以節(jié)點(diǎn)表示軟構(gòu)件，連線表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系，生成構(gòu)件庫(kù)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，采用環(huán)形顯示方式，如圖2所示。

圖2 醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)拓?fù)鋱D

框架表示法是一種結(jié)構(gòu)化的知識(shí)表示方法，框架是一種集事物各方面屬性的描述為一體，并反映相關(guān)事物間各種關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。規(guī)則是已知的最好知識(shí)表示機(jī)制，關(guān)鍵詞則為檢索與分類提供必要條件。在構(gòu)件庫(kù)全集的語(yǔ)義網(wǎng)中，將構(gòu)件依照某種共同特征(分面)進(jìn)行組織與劃分為以規(guī)則和關(guān)鍵詞為標(biāo)識(shí)的框架。

例如建立如下規(guī)則組：

規(guī)則1：該類構(gòu)件用于構(gòu)建系統(tǒng)運(yùn)行的基本軟件環(huán)境，覆蓋從構(gòu)件提交、組裝、部署、更新的全過(guò)程中使用的醫(yī)學(xué)工具構(gòu)件。關(guān)鍵詞：封裝、提交、組裝、部署、構(gòu)架、集成等。

規(guī)則2：該類構(gòu)件用于醫(yī)學(xué)用戶的日常辦公，包括撰寫格式化文書、作業(yè)和發(fā)送接收郵件等。關(guān)鍵詞：文書、作業(yè)、擬制、標(biāo)繪、傳送、流轉(zhuǎn)、通信錄等。

規(guī)則3：該類構(gòu)件為醫(yī)學(xué)系統(tǒng)提供適用于不同格式、大小、實(shí)效性要求的文件的各類傳輸服務(wù)。關(guān)鍵詞：長(zhǎng)報(bào)文、短報(bào)文、斷點(diǎn)續(xù)傳、視頻、實(shí)時(shí)等。

規(guī)則4：該類構(gòu)件提供醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的專用功能。

依據(jù)以上規(guī)則及關(guān)鍵詞對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分類，可得到如圖3所示構(gòu)件庫(kù)的框架視圖。不同的規(guī)則組可對(duì)應(yīng)不同的構(gòu)件庫(kù)框架視圖。

圖3 醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)的框架視圖

一個(gè)框架內(nèi)部由若干個(gè)被稱作“槽”的結(jié)構(gòu)組成，每個(gè)槽又可被劃分為多個(gè)側(cè)面?？蚣艿囊话惚硎拘问饺缦拢?/p>

{框架名}

槽名1 側(cè)面名1 值1，值2，值3 ……

側(cè)面名2 值1，值2，值3 ……

……

槽名2 側(cè)面名1 值1，值2，值3 ……

側(cè)面名2 值1，值2，值3 ……

……

每個(gè)框架中的槽值可以是另一個(gè)框架的名字；同一級(jí)框架間也可能存在相互關(guān)系,因此形成了框架網(wǎng)絡(luò)。例如：

框架名：{構(gòu)件基礎(chǔ)環(huán)境框架}

構(gòu)件封裝類：

構(gòu)件打包： COMNPACK(構(gòu)件標(biāo)識(shí))構(gòu)件幫助制作： HELPMAKE(構(gòu)件標(biāo)識(shí))構(gòu)件交互類：

消息隊(duì)列服務(wù)： MESSAGESVR(構(gòu)件標(biāo)識(shí))

通知、公告類服務(wù)：ALERT、BULLETIN(構(gòu)件標(biāo)識(shí))

構(gòu)件組裝類：

應(yīng)用系統(tǒng)組裝： ASSEMBLEAP(構(gòu)件標(biāo)識(shí))

2.2.2 適用于醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)的構(gòu)件屬性

為適應(yīng)以上構(gòu)件庫(kù)模型需要，對(duì)醫(yī)學(xué)構(gòu)件分類屬性模型擴(kuò)充如下：

（1）關(guān)鍵詞（KEYWORD）：用于檢索和分類

（2）應(yīng)用范圍（SCOPE）：共用服務(wù)；醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)通用；醫(yī)學(xué)專業(yè)軟件。

（3）構(gòu)件類別（TYPE）：客戶端構(gòu)件；服務(wù)類構(gòu)件；醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)；醫(yī)學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)。

（4）功能類別（CATEGORY）：文書處理；傳輸；圖形顯示。

（5）其它規(guī)則對(duì)應(yīng)屬性類別（OTHERS）。2.3 支持醫(yī)學(xué)構(gòu)件演化的構(gòu)件屬性

使用方式（U S A G E）：是否提供可二次開(kāi)發(fā)接口，若有則展開(kāi)二次開(kāi)發(fā)接口列表（INTERFACELIST）

（1）INTERFACE1：接口名稱；接口功能說(shuō)明。

（2）INTERFACE2：……

2.4 支持醫(yī)學(xué)構(gòu)件組裝的構(gòu)件聯(lián)系屬性

（1）父子屬性（CHILD-FATHER：有A，才有B；沒(méi)有A，必?zé)oB）：父親構(gòu)件的標(biāo)識(shí)。

（2）本機(jī)強(qiáng)依賴（HOST-HARDDEPEND：該構(gòu)件安裝或運(yùn)行的本機(jī)環(huán)境必須依托另一構(gòu)件的運(yùn)行）：本機(jī)強(qiáng)依賴的構(gòu)件的標(biāo)識(shí)。

（3）本機(jī)弱依賴（HOST-WEEKDEPEND：該構(gòu)件運(yùn)行的本機(jī)環(huán)境若存在某一構(gòu)件則具有某項(xiàng)功能；若不存在則該項(xiàng)功能缺失）：本機(jī)弱依賴的構(gòu)件的標(biāo)識(shí)。

（4）網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)依賴（NET-HARDDEPEND：該構(gòu)件安裝或運(yùn)行必須依托分布式環(huán)境下另一構(gòu)件的運(yùn)行）：網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)依賴的構(gòu)件的標(biāo)識(shí)。

（5）網(wǎng)絡(luò)弱依賴（NET-WEEKDEPEND：該構(gòu)件運(yùn)行的分布式環(huán)境中若存在另一構(gòu)件則具有某項(xiàng)功能；若不存在則該項(xiàng)功能缺失）：網(wǎng)絡(luò)弱依賴的構(gòu)件的標(biāo)識(shí)。

（6）安裝沖突（SETUP-CONFLICT：若本機(jī)已安裝另一構(gòu)件，則該構(gòu)件無(wú)法安裝）：安裝沖突的構(gòu)件標(biāo)識(shí)。

（7）運(yùn)行沖突（RUN-CONFLICT：若本機(jī)已運(yùn)行另一構(gòu)件，則該構(gòu)件無(wú)法同時(shí)運(yùn)行）：運(yùn)行沖突的構(gòu)件標(biāo)識(shí)。

2.5 支持醫(yī)學(xué)構(gòu)件運(yùn)行管理的構(gòu)件管理屬性

（1）構(gòu)件使用協(xié)議種類（PROTOCOL）；

（2）構(gòu)件使用端口號(hào)（PORT）；

（3）安裝后加載服務(wù)名稱（SERVICESNAME）；

（4）運(yùn)行后的日志路徑（LOG-PATH）；

（5）構(gòu)件運(yùn)行時(shí)對(duì)機(jī)器資源占用級(jí)別（OCCUPANCY）：高、中、低。

3 醫(yī)學(xué)構(gòu)件模型的應(yīng)用

3.1 基于構(gòu)件的語(yǔ)義檢索

在用戶對(duì)所需醫(yī)學(xué)構(gòu)件功能名稱較清楚的情況下，可直接輸入關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，通過(guò)模糊查找可定位到相關(guān)醫(yī)學(xué)構(gòu)件集；當(dāng)用戶對(duì)構(gòu)件功能并不明晰時(shí)，可從醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)的框架劃分出發(fā)，逐步縮小檢索范圍，結(jié)合框架內(nèi)部槽值進(jìn)行檢索或?yàn)g覽，選取醫(yī)學(xué)構(gòu)件。

3.2 基于聯(lián)系的組裝和演化

用戶在選定某一構(gòu)件后，通過(guò)構(gòu)件的聯(lián)系屬性自動(dòng)關(guān)聯(lián)獲取與之相關(guān)的強(qiáng)、弱依賴構(gòu)件，通過(guò)組裝工具組裝成為醫(yī)學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，并自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部構(gòu)件的沖突性檢測(cè)，保證組裝系統(tǒng)的可部署、可運(yùn)行。同樣，用戶也可通過(guò)定位到具有二次開(kāi)發(fā)接口的醫(yī)學(xué)構(gòu)件框架，在醫(yī)學(xué)構(gòu)件上進(jìn)行演化。

4 結(jié)論

文章總結(jié)的醫(yī)學(xué)構(gòu)件描述內(nèi)容大部分已在實(shí)踐中得到認(rèn)可，能夠滿足醫(yī)學(xué)構(gòu)件庫(kù)管理系統(tǒng)的需求。但從系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)角度來(lái)講，該模型有待豐盈。例如考慮系統(tǒng)可靠性保證因素，構(gòu)件的關(guān)鍵度、復(fù)用度及復(fù)雜度等參數(shù)屬性未能在上述模型中涉及，可作為下一步研究方向。

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Design of component model for management of medical component library by informal means

Dai Haiwei, Zhang Yaqi

To meet the needs for management of medical component, we need to add some attributes to traditional component model for classification and searches. The paper starts with the users’ common operations, adopts several informal means to analyze and modeling component warehouse into framework. Finally, we put forward a component model to meet the needs of the users.

Medical component library; Component model; Framework; Artificial intelligence

1672-8270(2010)01-0004-04

TH 772

B

戴海偉,女,(1964- ),大學(xué)本科學(xué)歷，畢業(yè)于北京大學(xué)分校應(yīng)用數(shù)學(xué)系數(shù)理統(tǒng)計(jì)與軟件專業(yè)，高級(jí)工程師。現(xiàn)就職于中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院設(shè)備處，從事計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。

2009-11-15

①中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院設(shè)備處 北京 100021

②中國(guó)電子設(shè)備系統(tǒng)工程公司研究所軟件中心 北京 100141

China Medical Equipment, 2010,7(1):04-07.

[First-author's address]Tumor Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100021, China.