应用模型表示

应用模型表示

3.1　应用模型表示

模型建立的过程是问题抽象与表达的过程,建模的方法不同模型的表示方法亦不同。不管模型采用何种语言描述,模型表示通常应遵循如下要求（刘东苏,1997）:应独立于数据而存在；应留接口便于参数的传递；应独立于算法而存在；应便于生成新的、更高层次的模型。依据Dolk（1993）与王桥（1999）,模型表示方法可分为程序方式、数据方式、逻辑方式、图形文法可视化构模四种方式。

（1）程序方式。包括输入、输出格式和算法在内的完整程序就可以表示一个模型。通常一个模型是以子程序存贮的,每个子程序往往带有通用的程序结构。程序方式主要适用于描述结构化的计算模型。采用程序方式表达模型包括宏命令方法、子程序方法等。采用程序方式只能表示模型运行实体,模型描述实体不能表达。

（2）数据方式。数据方式即把模型视为从输入集到输出集的映射,用模型参数集合确定这种映射关系。这样,模型可描述为一组参数集合与表示模型结构特征的数据集合的框架,输入数据集在关系框架下进行若干关系运算,得出输出数据集,模型运算可转换为关系运算。数据方式包括各种代数建模方法AMPL、GAMS、MODLER、Modelica、AIMMS、STELLA、DEMOS等（Geoffrion,1991；Kalland Mayer,1996；Batres,2002）,结构建模SM表示方法（Geoffrion,1987,1989,1992a,1992b）,扩展结构建模ESM表示方法（Lenard,1993）,抽象模型类型表示方法（Dolk,1984）,面向对象的模型表示方法等（Lenard,1993；Muhanna,1993；Ma,1995；Huh,1993；周宽九,1996；洪一帆,2002）。

（3）逻辑方式。它是一种基于人工智能的表示方式,主要有谓词逻辑、语义网络、逻辑树和关系框架等几种方法（Yee Leung,1997）,用于表达知识,适用于半结构化、非结构化的决策模型（王桥,1999）。

（4）图形文法可视化构模。图形文法以图形这种灵活的可视化隐喻方式作为表示模型的手段,比较典型的是Jones提出的属性图（Jones,1993）、结构建模的非循环有向图以及改进的ER图（张洁,2000）、统一建模语言UML的各种类图以及结构模型的图模型等。图形文法可视化构模使模型描述和模型处理更加直观,便于用户操作处理。可视化构模必须以传统构模为基础与依托。图形文法与可视化构模特别适合于过程建模与表达。图形文法与可视化构模具有表达力强、可操作性好、可扩展性强等优点,但统一标准较困难。

在上述四种表示方式中,程序方式是模型表示初期的主要方式,这种方式只把模型表示成一个软件体,不描述模型的其他信息,因此很难实现模型抽取与集成。数据方式与逻辑方式突出了模型语义表达,表示了模型结构特性,支持模型抽取与集成等。而图形文法与可视化建模是突出建模与表示的结合,操作方便,便于理解,但必须以模型数据表示或逻辑表示为基础。

GIS应用模型表示将基于RM-ODP的认知方法,采用基于数据方式的模型表示方法,在面向对象结构建模的基础上,建立应用模型表示体系（于海龙,2005c）。

应用模型表示包含四个方面的内容:①模型定义。模型定义包括建模方法定义与模型语言定义。建模方法定义旨在通过统一的认知方法定义模型元素、元素之间的关系及操作。模型语言定义,可实现对模型逻辑结构描述上的一致。针对同一建模方法（领域内各种建模思想相同或建模方法相似）,如AMPL与GAMS,由于模型描述语言的语法不同,元素的命名不同,不同的模型之间难以实现交互,统一模型语言定义将解决模型定义描述一致性问题；②模型元数据定义。模型元数据包括模型陈述元数据（模型分类与编码、模型使用条件与范围、模型方法与功能描述等）与模型服务元数据（模型服务操作与参数、模型提供者信息等）,是应用模型描述的辅助信息。模型元数据定义包括元数据结构定义,元数据描述语言定义等；③模型组件描述信息定义。模型组件描述信息是模型基本运行实体组件的相关属性信息,用于支持模型组件抽取与集成。模型组件描述信息定义包括模型组件描述信息内容定义,以及组件信息描述语言定义；④模型服务描述信息定义。模型服务描述信息是模型外部运行实体模型服务的相关属性信息,用于服务集成应用。模型服务描述信息定义包括模型服务描述内容定义,以及服务描述语言定义（模型服务描述信息内容与描述语言定义可采用WSDL规范,本书不再作详细定义）。本节主要对应用模型逻辑结构、元数据内容与结构、模型组件字典内容与结构进行定义,相关描述语言将在第5章中给出。