Kết hợp khai phá dữ liệu và phương pháp hình thức cho bài toán tổ hợp và kiểm chứng dịch vụ web (tt)

CHƢƠNG 1.1 GIỚI THIỆU Bối cảnh nghiên cứu Tái sử dụng thành phần xem phương pháp phát triển nhanh phần mềm có nhiều ưu điểm sử dụng rộng rãi Kiến trúc hướng dịch vụ (SOA) kiến trúc phần mềm giúp xây dựng hệ thống CNTT thơng qua thành phần đóng gói dạng dịch vụ Do vậy, nói phương pháp phát triển phần mềm dựa tái sử dụng áp dụng SOA Dịch vụ Web dịch vụ mà chúng hoạt động giao tiếp thông qua môi trường mạng, sử dụng giao thức Web Một dịch vụ Web cung cấp hoàn chỉnh chức Tuy nhiên, dịch vụ đơn lẻ khó đáp ứng yêu cầu người dùng Do đó, tổ hợp dịch vụ Web (Web Services Composition – WSC) vấn đề quan trọng SOA Ngoài ràng buộc chức năng, người dùng quan tâm đến ràng buộc chất lượng dịch vụ (Quality of Service – QoS) thứ tự kết hợp dịch vụ, gọi ràng buộc quan hệ thời gian Bài toán tổ hợp nói chung tổ hợp dịch vụ Web nói riêng tốn có độ phức tạp hàm mũ, làm bùng nổ không gian trạng thái tổ hợp, điều đặc biệt nghiêm trọng kích thước kho liệu tăng lên Để giảm độ phức tạp tính tốn, cần sàng lọc dịch vụ ứng viên bước tổ hợp kỹ thuật khai phá liệu gom cụm liệu Ngoài ra, để tổ hợp thỏa loại ràng buộc khác phương pháp hình thức, mà cụ thể kiểm tra mơ hình cần áp dụng, phương pháp truyền thống lập kế hoạch kiểm tra ràng buộc 1.2 Phát biểu vấn đề Luận án nêu lên toán cần phải giải phát triển phương pháp kết hợp việc sử dụng phương pháp hình thức với kỹ thuật khai phá liệu để giải toán tổ hợp kiểm chứng kết tổ hợp dịch vụ Web 1.3 Câu hỏi nghiên cứu Để thực nghiên cứu này, luận án phải giải trả lời câu hỏi sau: [RQ1] Đã có khung thức hay công cụ tổng quát cho việc tổ hợp thành phần phần mềm nói chung tổ hợp dịch vụ Web nói riêng hay chưa? Khung thức phải bao hàm bước: đặc tả thành phần, tổ hợp đáp ứng loại ràng buộc khác làm việc tốt với kho thành phần quy mô lớn [RQ2] Làm để đặc tả hình thức cho dịch vụ Web? Việc đặc tả hình thức giúp cho trình tổ hợp thực phương pháp kiểm tra mơ hình Đồng thời đặc tả hình thức giúp đảm bảo tính đầy đủ áp dụng kỹ thuật khai phá liệu để truy xuất dịch vụ [RQ3] Tổ hợp xem toán NP-hard làm bùng nổ không gian trạng thái Vậy làm cách để kiểm soát vấn đề bùng nổ khơng gian trạng thái đảm bảo tính đầy đủ kết tổ hợp? 1.4 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận án giải ba câu hỏi nghiên cứu đề ra, cụ thể là: [OB1] Đưa khung thức tổng quát cho việc tổ hợp thành phần phần mềm nói chung tổ hợp dịch vụ Web nói riêng [OB2] Đưa phương pháp đặc tả hình thức cho dịch vụ Web xây dựng mơ hình cho thư viện dịch vụ Đặc tả phải phù hợp với kỹ thuật kiểm tra mơ hình biến đổi để áp dụng khai phá liệu [OB3] Kiểm sốt vấn đề bùng nổ khơng gian trạng thái toán tổ hợp Để đạt mục tiêu này, phải kết hợp phương pháp gom cụm liệu áp dụng tìm kiếm heuristic trình tổ hợp 1.5 Những đóng góp nghiên cứu Các đóng góp luận án tóm tắt sau: i Luận án đề xuất khung thức tổng quát cho toán tổ hợp tái sử dụng thành phần phần mềm nói chung dịch vụ Web nói riêng cách tự động Các cơng bố liên quan đến đóng góp [CT4], [CT6] [CT10] ii Luận án đề xuất cách đặc tả hình thức cho dịch vụ Web mơ hình hóa thư viện dịch vụ dạng mơ hình LTS4WS Do đó, việc tổ hợp kiểm chứng thực theo phương pháp kiểm tra mơ hình Đóng góp trình bày [CT5], [CT7] iii Luận án đưa giải pháp kiểm sốt vấn đề bùng nổ khơng gian trạng thái toán tổ hợp cách áp dụng phương pháp tìm kiếm heuristic lập mục dựa bit Các cơng trình liên quan gồm [CT1], [CT7], [CT9], [CT12] iv Luận án đưa phương pháp gom cụm dịch vụ Web dựa luận lý nhằm hỗ trợ truy xuất dịch vụ cần cho q trình tổ hợp Đóng góp trình bày cơng trình [CT2], [CT3], [CT11] v Cuối cùng, luận án xây dựng công cụ hoàn chỉnh tên WSCOVER cho việc tổ hợp kiểm chứng dịch vụ Web tự động Công bố liên quan đến công cụ WSCOVER [CT8], [CT10] 1.6 Bố cục luận án Luận án chia thành chương Chƣơng trình bày bối cảnh nghiên cứu, đặt vấn đề, câu hỏi nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, đóng góp chính, bố luận án Chƣơng trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu kiến thức tảng làm tiền đề cho công việc luận án Chƣơng trình bày khung thức tổng qt cho tốn tổ hợp thành phần phần mềm cách tự động Chƣơng trình bày phương pháp tổ hợp kiểm chứng việc tổ hợp dịch vụ Web phương pháp kiểm tra mơ hình thơng qua việc đặc tả hình thức cho dịch vụ mơ hình hóa thư viện dịch vụ dạng mơ hình LTS4WS Chƣơng trình bày phương pháp kiểm sốt vấn đề bùng nổ không gian trạng thái tốn tổ hợp, gồm có phương pháp tìm kiếm dựa heuristic kỹ thuật lập mục dựa bit nhị phân Chƣơng trình bày phương pháp gom cụm dịch vụ Web dựa luận lý Chương đưa cách tính độ tương tự dịch vụ dựa độ tương tự biểu thức luận lý phương pháp gom cụm kiểm sốt chất lượng Chƣơng trình bày cơng cụ WSCOVER Đây cơng cụ thực hóa tất lý thuyết trình bày luận án Chƣơng trình bày kết luận định hướng nghiên cứu mở rộng luận án CHƢƠNG 2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KIẾN THỨC NỀN TẢNG Tình hình nghiên cứu 2.1.1 Tổ hợp dịch vụ Web Rostami phân phương pháp tổ hợp dịch vụ Web thành bốn nhóm sau: Phương pháp tổ hợp tĩnh thủ công: W Dong cộng sử dụng lưu đồ công việc để tổ hợp dịch vụ Web Hamadi Benatallah đề xuất cấu trúc đại số dựa Petri Net việc tổ hợp thực Petri Net Phương pháp tổ hợp tĩnh bán tự động: R Wang cộng trình bày chế đề xuất dịch vụ cho tác vụ L A Cotfas cộng đưa cách tiếp cận phân đoạn, chia nhỏ yêu cầu tổ hợp chọn dịch vụ cho tác vụ sau phân chia Phương pháp tổ hợp tĩnh tự động: PORSCE II khung thức tổ hợp dịch vụ Web tự động sử dụng kỹ thuật lập kế hoạch M AllamehAmiri cộng đề xuất cách tiếp cận tổ hợp dịch vụ Web tự động cách áp dụng giải thuật di truyền Phương pháp tổ hợp tự động thực động lúc chạy: T H Tan cộng đề xuất cách khôi phục tổ hợp dịch vụ Web động dựa lược đồ cách tổ hợp mô tả ngôn ngữ BPEL A K Tripathy cộng đề xuất phương pháp gom cụm lựa chọn dịch vụ Web để tổ hợp động dựa đồ thị tác vụ 2.1.2 Kiểm chứng việc tổ hợp dịch vụ Web Kiểm chứng yêu cầu chức năng: H Foster cộng kiểm chứng tổ hợp dịch vụ dựa mơ hình LTS Y Qian cộng chuyển tổ hợp dịch vụ thành dạng automat thời gian sử dụng công cụ UPPAAL để kiểm tra Kiểm chứng yêu cầu phi chức năng: S Koizumi K Koyama kiểm tra thuộc tính thời gian mơ hình Timed Petri Net C K Fung cộng đề xuất mơ hình theo dõi thơng điệp để kiểm tra thuộc tính QoS tổ hợp Kiểm chứng kết hợp: H Xiao cộng kiểm chứng tổ hợp dựa việc mô thuộc tính phi chức dịch vụ M Chen cộng thực kiểm chứng dựa mô hình LTS dùng LTL để biểu diễn yêu cầu 2.1.3 Nhận xét nghiên cứu có – Chưa có nghiên cứu thực việc tổ hợp kiểm chứng lúc – Việc kiểm chứng thực từ lược đồ tổ hợp sẳn có khó tích hợp kiểm chứng loại ràng buộc khác – Các nghiên cứu chưa đưa dạng đặc tả tổng quát, phù hợp cho dịch vụ Web mà sử dụng dạng trung gian sẳn có BPEL, LTS, … – Các nghiên cứu nêu phương pháp xử lý cho vấn đề cụ thể mà chưa có kết hợp để tạo thành nghiên cứu toàn diện, tổng thể – Các nghiên cứu chưa giải vấn đề bùng nổ trạng thái toán tổ hợp áp dụng tổ hợp kho dịch vụ có kích thước lớn 2.2 2.2.1 Kiến thức tảng Các phương pháp hình thức Các phương pháp hình thức phương pháp sử dụng cho việc đặc tả kiểm chứng hay kiểm tra (verifying) hệ thống Đặc tả hình thức đặc tả biểu diễn ngơn ngữ hình thức, với từ vựng, cú pháp ngữ nghĩa định nghĩa dựa khái niệm toán học lý thuyết tập hợp, luận lý tốn học đại số Kiểm tra hình thức trình kiểm tra xem thiết kế hệ thống có thoả mãn số ràng buộc thuộc tính hệ thống hay khơng Kiểm tra hình thức chia làm hai nhánh kiểm tra mơ hình chứng minh định lý Kiểm tra mơ hình kỹ thuật kiểm tra xem thuộc tính mong muốn có thỏa mơ hình hệ thống hay khơng Điều kiện cần kiểm tra đặc tả luận lý thời gian luận lý thời gian tuyến tính (LTL) Chứng minh định lý trình tìm chứng minh khẳng định thuộc tính suy luận từ tập tiên đề (thông qua tập luật suy diễn) 2.2.2 Khai phá liệu Giới thiệu khai phá liệu Khai phá liệu phần trình khám phá tri thức, nhằm mục đích trích xuất thông tin từ tập liệu lớn chuyển chúng thành cấu trúc hiểu cho mục đích sử dụng sau Khai phá liệu bao gồm vấn đề phân loại liệu, gom cụm liệu khai phá luật kết hợp Trong đó, gom cụm liệu sử dụng rộng rãi, lĩnh vực Big Data Giới thiệu phân tích gom cụm liệu Phân tích gom cụm (hay gọi đơn giản gom cụm) kỹ thuật phân tích, thăm dò liệu nhằm phân loại đối tượng liệu thành nhóm, hay cụm, khám phá kiến thức tiềm ẩn từ cụm Các phương pháp gom cụm liệu – Phương pháp gom cụm theo cách phân hoạch gồm phương pháp kmeans k-medoids với giải thuật PAM, CLARA – Phương pháp gom cụm theo cách phân cấp có hai cách tiếp cận từ lên từ xuống với giải thuật HAC, CURE, ROCK, Chameleon – Phương pháp gom cụm dựa mật độ gồm giải thuật tiêu biểu DBSCAN, DENCLUE – Các phương pháp khác: gom cụm dựa lưới, dựa mơ hình, dựa mạng nơ ron nhân tạo, dựa giải thuật tiến hóa gom cụm mờ 2.2.3 Tìm kiếm dựa heuristic Giới thiệu tìm kiếm dựa heuristic giải thuật A* Heuristic tốn tìm kiếm ước lượng chi phí lại từ trạng thái hành đến trạng thái đích Chi phí dùng để đánh giá lựa chọn trạng thái triển vọng để chuyển đến số trạng thái chuyển tiếp Tổng chi phí giải pháp mà qua trạng thái u là: f(u) = g(u) + h(u) Giải thuật tìm kiếm heuristic bật giải thuật A* Để đánh giá kết tìm kiếm, A* sử dụng hàm tính chi phí cơng thức (2.1) Một số ứng dụng tìm kiếm heuristic - Bài tốn lập kế hoạch - Kiểm tra hệ thống tự động (Automated System Verification) Các tốn lập kế hoạch giải thơng qua tốn kiểm tra mơ hình Giả sử cần lập kế hoạch thỏa mãn điều kiện g, kết việc lập kế hoạch phản ví dụ thực kiểm tra mơ hình hệ thống với thuộc tính cần kiểm tra biểu diễn dạng biểu thức LTL f=G(¬g) CHƢƠNG KHUNG THỨC TỔNG QUÁT TỔ HỢP THÀNH PHẦN PHẦN MỀM TỰ ĐỘNG Đặc tả hình thức tổng quát cho thành phần phần mềm 3.1 3.1.1 Đặc tả thành phần dựa luận lý bậc Luận lý bậc (FOL) hay luận lý vị từ ngơn ngữ hình thức, dạng mở rộng luận lý mệnh đề với việc bổ sung vị từ, lượng từ biến Do đó, FOL cho phép biểu diễn tri thức linh hoạt nhỏ gọn Trong khung thức đề xuất, sử dụng FOL để đặc tả thành phần phần mềm Một thành phần phần mềm xem hộp đen gồm thành phần sau:  Name định danh thành phần  Thẻ input chứa danh sách tham số đầu vào kèm theo kiểu liệu chúng  Thẻ output chứa danh sách tham số đầu kèm theo kiểu liệu chúng  Thẻ pre chứa biểu thức FOL mô tả tiền điều kiện thành phần  Thẻ post chứa biểu thức FOL mô tả tác động sau sử dụng thành phần 3.1.2 Tính độ tương tự thành phần dựa luận lý bậc Gọi Γ tập biểu thức FOL, T = {t1, , tm} tập ký hiệu (symbol) mệnh đề (term) Γ, c, p hai biểu thức FOL Γ Định nghĩa 3-1 (Ma trận đặc trưng) Ma trận đặc trưng Φ ánh xạ * + * +, với: ( ) { Định nghĩa 3-2 (Vector đặc trưng) Cho ma trận đặc trưng Φ, gọi φc vector đặc trưng biểu thức c∈Γ, φc có m thành phần, thành phần định nghĩa: =1 Φ(c,i) = Định nghĩa 3-3 (Hàm phân loại) Với biểu thức p Γ, hàm phân loại (Cp(.)) cho biểu thức định nghĩa sau: Cp( ): Hàm phân loại Cp(c) dùng để đo mức độ phù hợp thành phần p so với yêu cầu c Để tính Cp(c), tính góc lệch hai vector đại diện hai biểu thức này, áp dụng phương pháp học máy Naive Bayes 3.2 Khung thức tổ hợp thành phần phần mềm tổng quát Hình 3-1 mô tả kiến trúc tổng quát khung thức, với ba thành phần là: Thành phần xử lý giao diện người dùng: Cung cấp giao diện trực quan thân thiện người dùng để người dùng thiết lập yêu cầu nhận kết trả Thành phần xử lý giao diện người dùng Kết tổ hợp Model checker/AI Planning Gom cụm/ Mơ hình xác suất/ … Hình 3-1 Kiến trúc tổng quát khung thức Chức tổ hợp thành phần: Chức thực cách áp dụng kỹ thuật lập kế hoạch trí tuệ nhân tạo phương pháp kiểm tra mơ hình tùy vào u cầu thực Chức lựa chọn thành phần: Chức hoạt động bước tiền xử lý khung thức, giúp lọc bớt ứng viên cho trình tổ hợp Chức lựa chọn thành phần có vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu suất 10 ( ) ( ) ( ) đó:  G1(n) hàm tính thực dựa thuộc tính chức dịch vụ  G2(n) hàm tính thực chi phí ước lượng dựa thuộc tính QoS  trọng số tương ứng, thỏa điều kiện ≤ , , ≤ 1, + = Chi phí thực trải qua dựa thuộc tính chức – G1(n) ( ) với k số bước tổ hợp trải qua từ trạng thái khởi đầu đến trạng thái n Chi phí thực trải qua dựa thuộc tính QoS – G2(n) ( ) ∑( ∑ ) đó,  trọng số thuộc tính QoS thứ i  chi phí thuộc tính chất lượng thứ i trạng thái j Chi phí ước lượng từ trạng thái n đến trạng thái đích – H(n) ( ) ( ( ) ( ( )) ) Trong đó:  funcvar(x) tập thuộc tính chức đạt (có giá trị 1) trạng thái x  diff(funcvar(goal), funcvar(n)) số lượng thuộc tính chức mà trạng thái n chưa thỏa yêu cầu (goal) 5.2 5.2.1 Lập mục dịch vụ Web dựa bit nhị phân Giới thiệu Tại bước tổ hợp, cần mở rộng khơng gian trạng thái để tính chi phí heuristic Việc mở rộng trạng thái nên xem xét với dịch vụ có liên quan Để biết dịch vụ có liên quan, phần này, đề xuất kỹ thuật lập mục dựa bit nhị phân để lập mục dịch vụ Web 16 5.2.2 Phương pháp thực Các vector nhị phân dịch vụ Web yêu cầu tổ hợp Định nghĩa 5-1 (Vector nhị phân tập thuộc tính) Cho S tập có thứ tự thuộc tính, gọi ∈ (S) phần tử thứ i S Khi đó, vector nhị phân tập s S định nghĩa sau: ,- ∈ ( )∈ { Định nghĩa 5-2 (Cặp vector nhị phân dịch vụ Web) Cặp vector nhị phân dịch vụ Web 〈 〉, với vector nhị phân tương ứng tập thuộc tính chức đầu vào (vector đầu vào) đầu (vector đầu ra) dịch vụ Web định nghĩa Định nghĩa 5-1 Tương tự, yêu cầu người dùng thể gồm có hai vector nhị phân, gọi vector cung cấp vector mục tiêu Lập mục dựa bit nhị phân cho tập dịch vụ Web Bảng mục xây dựng dựa vector đầu vào dịch vụ Quá trình trình bày Giải thuật 5-1 Giải thuật 5-1 Xây dựng bảng mục Đầu vào: Một tập gồm có n dịch vụ Web Đầu ra: Bảng mục Bước Xây dựng tập có thứ tự thuộc tính chức – S 1: Xây dựng tập có thứ tự – S từ thuộc tính chức dịch vụ Bước Khởi tạo bảng mục – T 2: for i chạy từ đến S.size() − 3: Tạo vector đơn vị vi với bit thứ i có giá trị 1, bit lại 4: T[i][0] ← vi Bước Cập nhật bảng mục 5: for each dịch vụ Web w kho lưu trữ 6: Xây dựng vector đầu vào – vector đầu – w 7: for i chạy từ đến T.size() − 8: vi ← T[i][0] 9: if vi ̅ ≠ then // ̅ phép toán AND nhị phân 10: T[i][1].add(w) 11: return T 17 Lựa chọn mục lựa chọn dịch vụ Web Định nghĩa 5-3 (So trùng dựa bit nhị phân) Gọi V vector cung cấp mục tiêu hành, Vk vector nhị phân đơn vị đại diện cho mục thứ k Phần tử mục thứ k so trùng với mục tiêu hành nếu: V ̅ Vk = Vk ̅ Với toán tử nhị phân AND Định nghĩa 5-4 (Vector tổ hợp) Gọi V vector cung cấp mục tiêu hành, Wk dịch vụ Web chọn để tổ hợp, vector nhị phân đầu Wk Vector tổ hợp Vc vector nhị phân tính theo cơng thức sau: Vc = V Với tốn tử nhị phân OR Thu giảm số lượng dịch vụ Web chọn Định nghĩa 5-5 (Mối quan hệ chứa hai vector nhị phân) Gọi V hai vector nhị phân V chứa vector V nếu: = Dịch vụ Web tổ hợp thỏa mãn mục tiêu Quá trình tổ hợp dừng lại vector tổ hợp (Vc) chứa vector mục tiêu (Vg), hay: Vc Vg = Vg 5.3 Kết thực nghiệm Chúng tiến hành thực nghiệm nghiên cứu với tập liệu thực lấy từ dự án OWLS-TC với năm tập liệu trình bày Bảng 4-1 Thực nghiệm tiến hành dựa bốn hướng tiếp cận: tổ hợp kiểm chứng dựa lược đồ tổ hợp đầy đủ; tổ hợp kiểm chúng theo cách on-thefly; tổ hợp kiểm chứng theo cách on-the-fly có áp dụng tìm kiếm heuristic; cuối tổ hợp kiểm chúng theo cách on-the-fly có áp dụng tìm kiếm heuristic kết hợp lập mục dựa bit nhị phân Kết thực nghiệm đánh giá theo ba thông số: số trạng thái mở rộng, số trạng thái 18 duyệt thời gian thực thi Kết thực nghiệm trình bày trực quan Hình 5-1 Tổ hợp kiểm chứng dựa lược đồ tổ hợp đầy đủ 250,000 200,000 Tổ hợp kiểm chứng theo cách on-the-fly 150,000 Tổ hợp kiểm chứng theo cách on-the-fly có áp dụng tìm kiếm heuristic 100,000 50,000 TB (20) MS (50) EDS (100) ECS (200) Tổ hợp kiểm chứng theo cách on-the-fly có áp dụng tìm kiếm heuristic kết hợp lập mục dựa bit nhị phân (a) Số trạng thái mở rộng 300,000 300,000 200,000 200,000 100,000 100,000 0 TB (20) MS (50) EDS (100) ECS (200) TB (20) MS (50) EDS (100) (b) Số trạng thái duyệt ECS (200) (c) Thời gian xử lý (ms) Hình 5-1 Kết trực quan kiểm sốt bùng nổ không gian trạng thái 19 CHƢƠNG 6.1 GOM CỤM CÁC DỊCH VỤ WEB DỰA TRÊN LUẬN LÝ Thí nghiệm động Chúng ta xét hai tình yêu cầu người dùng Bảng 6-1 Kết tổ hợp tình cách tiếp cận cho Hình 61 Bảng 6-1 Các tình đặt chuyến du lịch người dùng Loại ràng buộc Ràng buộc chức năng: (S1) (S2) Giá trị Đầu vào: Dates, Sightseeing Đầu ra: Price, HotelReservation Đầu vào: Dates, Sightseeing Đầu ra: Price, HotelReservation, Weather (a) Mơ hình kết tổ hợp cách gom cụm truyền thống cho tình S1 (b) Mơ hình kết tổ hợp cách gom cụm truyền thống cho tình S1 Tình S1 Tình S2 (c) Mơ hình kết tổ hợp cách gom cụm dựa luận lý cho tình Hình 6-1 Mơ hình khơng gian trạng thái toán tổ hợp dịch vụ Web 20 Với cách gom cụm truyền thống với yêu cầu, phải chọn cụm xây dựng mơ hình (Hình 6-1(a) Hình 6-1(b)) Kích thước khơng gian trạng thái phụ thuộc vào số cụm chọn Cách tiếp cận gom cụm dựa luận lý xây dựng mơ hình từ tất cụm Việc chọn cụm diễn bước tổ hợp dựa vào độ tương tự dựa luận lý yêu cầu với biểu thức đại diện cụm Như vậy, gom cụm xây dựng mơ hình lần cho u cầu Nó tạo khơng gian trạng thái nhỏ cách truyền thống (Hình 6-1(c)) 6.2 Gom cụm dịch vụ Web dựa luận lý 6.2.1 Biểu diễn luận lý dịch vụ Web Định nghĩa ( 6-1 thức (Biểu luận lý dịch vụ Web) Gọi ) dịch vụ Web Định nghĩa 4-1, biểu thức luận lý dịch vụ Web ) định nghĩa (hay sau: ̃ 6.2.2 ̃ ̃ ̃ ̃ ̃ Độ tương tự dịch vụ Web dựa luận lý Độ tương tự dựa đặc trưng Định nghĩa 6-2 (Thành phần giống nhau) Gọi f g hai biểu thức luận lý, thành phần giống ( ) f g định nghĩa sau: * ∈ + * ∈ + Gọi hệ số giống , có: Định nghĩa 6-3 (Thành phần khác biệt) Gọi Thành phần khác biệt ( ) ( Gọi hệ số khác biệt ) hai biểu thức luận lý định nghĩa sau: (* ∈+ * ∈ +) , có: Định nghĩa 6-4 (Độ tương tự dựa đặc trưng) Cho luận lý Độ tương tự dựa đặc trưng sau: 21 và hai biểu thức tính theo công thức ( ) ( ) Độ tương tự dựa luận lý Để tính độ tương tự dựa luận lý, đưa khái niệm xấp xỉ hai biểu thức luận lý Ý tưởng phương pháp hai biểu thức tương tự xấp xỉ chúng tương tự với hai biểu thức ban đầu Định nghĩa 6-5 (Xấp xỉ hai biểu thức luận lý) Gọi thức luận lý Xấp xỉ Với hai biểu định nghĩa sau: gọi phép toán xấp xỉ Định nghĩa 6-6 (Độ tương tự dựa luận lý hai dịch vụ Web) Gọi hai dịch vụ Web, xấp xỉ , , hai biểu thức luận lý đại diện , độ tương tự dựa luận lý và tính cơng thức sau: ( 6.2.3 ( ) ( ) ) Gom cụm dịch vụ Web dựa luận lý * Định nghĩa 6-7 (Phần tử đại diện cụm) Gọi + cụm biểu thức luận lý đại diện cho dịch vụ Web, phần tử đại diện cho cụm , ký hiệu ( ) biểu thức luận lý định nghĩa sau: ( ) Với ( ) phép toán đại diện cho biểu thức Định nghĩa 6-8 (Biểu thức luận lý đại diện cho mục tiêu tổ hợp) Gọi tiêu tổ hợp thuộc tính chức mục mơ tả thuộc tính người dùng cung cấp (input) thuộc tính mà người dùng muốn đạt (output) Gọi , tập thuộc tính chức input output tương ứng , biểu thức luận lý đại diện cho ( – ) định nghĩa là: ( ) Với ( ) hàm tạo biểu thức luận lý dạng chuẩn giao từ tập thuộc tính chức định nghĩa Định nghĩa 6-1 22 Gọi hai dịch vụ Web, lượt biểu thức luận lý đại diện cho hợp với lần Điều kiện để Định nghĩa 6-9 (Biểu thức luận lý đại diện cho tổ hợp) Gọi từ , ký hiệu ● diện cho tổ hợp Khi đó, Với tổ tổ hợp kết biểu thức luận lý đại , xây dựng theo công thức sau: gọi phép toán tổ hợp luận lý Định nghĩa 6-10 (Tổ hợp dịch vụ Web thỏa mục tiêu) Gọi vụ Web mục tiêu người dùng, diện cho Điều kiện để tổ hợp , tổ hợp dịch biểu thức luận lý đại thỏa mục tiêu , ký hiệu , là: { 6.2.4 Hướng tiếp cận gom cụm kiểm soát chất lượng cụm dịch vụ Web Do kết việc gom cụm ảnh hưởng đến hiệu suất trình tổ hợp sau này, nên cần phải có độ đo để đánh chất lượng cụm tạo Trong nghiên cứu này, sử dụng độ đo độ tương tự bên cụm (intra-cluster similarity) để đo độ tương tự phần tử cụm Độ tương tự bên cụm Định nghĩa 6-11 (Độ tương tự bên cụm) Gọi C cụm có m phần tử, độ tương tự bên cụm C (ký hiệu (C)) tính theo cơng thức sau: (C) = ∑ ∑ ( ) ∑ Phương pháp gom cụm kiểm soát chất lượng Phương pháp k-means có ưu điểm thời gian gom cụm nhanh lại nhạy cảm với nhiễu đảm bảo chất lượng cụm tạo Ngược lại, phương pháp HAC tạo kết gom cụm tốt lại có thời gian xử lý chậm với độ phức tạp O(n2) Từ ưu 23 nhược điểm này, đề xuất phương pháp gom cụm kết hợp hai phương pháp này, gọi phương pháp gom cụm kiểm soát chất lượng Ý tưởng phương pháp là: Ban đầu, k-means sử dụng để gom cụm với số lượng cụm nhỏ Sau đó, HAC áp dụng cụm đạt cụm mong muốn Như vậy, đầu vào HAC phần tử cụm k-means tạo ra, tương đối nhỏ, điều giúp cho HAC chạy nhanh Hình 6-2 trình bày trực quan so sánh phương pháp HAC, k-means với phương pháp gom cụm kiểm sốt chất lượng chúng tơi Gom cụm theo HAC Gom cụm theo k-means Gom cụm kiểm sốt chất lượng Hình 6-2 Minh họa chế hoạt động phương pháp gom cụm 6.3 Kết thực nghiệm Để kiểm chứng đắn hiệu nghiên cứu, tiến hành thực nghiệm nghiên cứu với tập liệu thực lấy từ dự án OWLS-TC, gồm năm liệu Bảng 4-1 Các kịch thực nghiệm dựa ba hướng tiếp cận: không gom cụm, gom cụm dựa đặc trưng (đề xuất Kumara cộng sự) gom cụm dựa luận lý Thực nghiệm đánh giá theo ba tiêu chí: số trạng thái mở rộng, số trạng thái duyệt thời gian thực Kết thực nghiệm trình bày trực quan Hình 6-3 24 150,000 Khơng gom cụm 100,000 Gom cụm dựa đặc trưng Gom cụm dựa luận lý 50,000 TB (20) MS (50) EDS (100) ECS (200) (a) Số trạng thái mở rộng 600 30,000 400 20,000 200 10,000 0 TB (20) MS (50) EDS (100) ECS (200) TB (20) MS (50) EDS (100) ECS (200) (b) Số trạng thái duyệt (c) Thời gian xử lý (ms) Hình 6-3 So sánh trực quan hiệu suất tổ hợp với trường hợp gom cụm CHƢƠNG CÔNG CỤ TỔ HỢP VÀ KIỂM CHỨNG TỔ HỢP DỊCH VỤ WEB TỰ ĐỘNG WSCOVER 7.1 Chức WSCOVER Nhằm mục đích tổ hợp kiểm chứng dịch vụ Web tự động phù hợp với thư viện dịch vụ quy mô lớn, cơng cụ WSCOVER cung cấp tính sau: 25 – Tổ hợp kiểm chứng theo cách on-the-fly – Tổ hợp dịch vụ Web có định hướng heuristic – Gom cụm dịch vụ Web dựa luận lý 7.2 Kiến trúc WSCOVER Hình 7-1 Kiến trúc cơng cụ WSCOVER Hình 7-1 trình bày kiến trúc WSCOVER, chi tiết chức xử lý gồm: 7.2.1 Tầng tiền xử lý Tầng thực bước tiền xử lý thư viện dịch vụ, gồm chức năng: – Bộ phân tích OWLS2LogicExp có nhiệm vụ chuyển mô tả dịch vụ Web dạng OWL-S thành biểu thức luận lý – Bộ gom cụm liệu dựa luận lý – Bộ chuyển đổi LTS4WS chuyển dịch vụ Web lưu trữ cụm thành mơ hình LTS4WS 7.2.2 Tầng xử lý tổ hợp kiểm chứng Đây chức WSCOVER, đảm nhận chức tổ hợp kiểm chứng kết tổ hợp theo yêu cầu người dùng, gồm phận sau: – Bộ chuẩn hóa mục tiêu chuyển yêu cầu người dùng thành biểu thức LTL để chuyển vào kiểm tra mô hình 26 – Bộ tìm kiếm heuristic thực chức tìm kiếm dựa heuristic – Bộ kiểm tra mơ hình định hướng heuristic mở rộng kiểm tra mơ hình PAT với tích hợp tìm kiếm heuristic duyệt không gian trạng thái 7.2.3 Tầng giao diện người dùng Đây tầng cung cấp giao diện cho phép người dùng thiết lập yêu cầu nhận kết trả Về giao diện, phát triển công cụ WSCOVER hai dạng ứng dụng ứng dụng chạy cục máy tính (Hình 7-2) ứng dụng trực tuyến địa chỉ: http://www.cse.hcmut.edu.vn/wscover/ 7.3 7.3.1 So sánh WSCOVER với cơng cụ có So sánh chức Bảng 7-1 So sánh công cụ tổ hợp kiểm chứng dịch vụ Web Công cụ Tổ hợp OWLS-XPlan  PORSCE II  GA-based   Loại ràng buộc Định dạng đầu vào OWL-S (dịch vụ Web đơn) Chức OWL-S (dịch vụ Web đơn) Chức năng, chất lượng OWL-S (dịch vụ Web đơn) Chức Lược đồ tổ hợp BPEL Chức năng, chất lượng Lược đồ tổ hợp Statecharts Mọi ràng buộc Lược đồ tổ hợp BPEL Mọi ràng buộc OWL-S (dịch vụ Web đơn) Chức   WS-Engineer AgFlow VeriWS WSCOVER Kiểm chứng   Bảng 7-1 trình bày so sánh WSCOVER với cơng cụ có So với cơng cụ này, WSCOVER phân biệt số tính sau Đầu tiên, WSCOVER thực tổ hợp kiểm chứng lúc theo cách on-thefly, hỗ trợ loại ràng buộc Thứ hai, đầu vào WSCOVER dịch vụ Web đơn, khơng cần lược đồ tổ hợp xây dựng sẳn Cuối cùng, 27 WSCOVER tích hợp nhiều kỹ thuật tối ưu giúp xử lý tối với thư viện dịch vụ quy mô lớn Hình 7-2 Giao diện cơng cụ WSCOVER – phiên chạy cục máy tính 7.3.2 So sánh kết thực nghiệm Chúng tiến hành thực nghiệm so sánh WSCOVER với cơng cụ có, gồm PORSCE II cách tiếp cận tổ hợp sử dụng giải thuật di truyền (GAbased) Để chạy thực nghiệm so sánh, sử dụng liệu trình bày Bảng 4-1 Hình 7-3 trình bày trực quan kết thực nghiệm Kết thực nghiệm cho thấy công cụ WSCOVER đạt hiệu suất tốt tiêu chí thời gian xử lý lẫn dung lượng nhớ sử dụng 28 150,000 200,000 150,000 100,000 100,000 50,000 50,000 0 TB (20) MS (50) PORSCE II EDS (100) GA-based TB (20) MS (50) ECS (200) WSCOVER PORSCE II EDS (100) GA-based ECS (200) WSCOVER (a) Thời gian xử lý (ms) (b) Dung lượng nhớ sử dụng Hình 7-3 So sánh trực quan công cụ tổ hợp dịch vụ Web CHƢƠNG 8.1 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Luận án hoàn thành việc trả lời câu hỏi nghiên cứu mục tiêu mà luận án đề thơng qua đóng góp sau: – Đề xuất khung thức tổng quát cho toán tổ hợp tự động – Đưa cách đặc tả hình thức cho dịch vụ Web mơ hình LTS4WS Áp dụng phương pháp kiểm tra mơ hình vào tốn tổ hợp dịch vụ – Giải vấn đề bùng nổ không gian trạng thái cho tốn tổ hợp + Áp dụng phương pháp tìm kiếm heuristic + Áp dụng phương pháp lập mục dịch vụ Web dựa bit nhị phân – Đề xuất cách tiếp cận gom cụm dịch vụ dựa luận lý để hỗ trợ việc tổ hợp kiểm chứng dịch vụ Web 8.2 Hƣớng phát triển Đối với cơng việc tương lai, nghiên cứu vấn đề cần xem xét, giải Cụ thể công việc tương lai luận án là: 1) Xử lý vấn đề ngữ nghĩa dịch vụ Web dựa ontology Chúng ta cần nghiên cứu áp dụng thêm độ độ tương tự theo ngữ nghĩa dịch vụ dựa ontology 29 2) Khai thác thư viện dịch vụ Web với phương pháp khai phá liệu khác Ngoài kỹ thuật khai phá liệu áp dụng, cần thử nghiệm thêm với kỹ thuật khác phân loại liệu, cắt liệu, để có đánh giá tồn diện cho hướng tiếp cận chúng tơi 3) Áp dụng mơ hình xác suất học máy việc xử lý thư viện dịch vụ Web Bên cạnh phương pháp gom cụm, việc áp dụng mơ hình xác suất học máy xem cách tiếp cận xử lý khai thác kho liệu có kích thước lớn 4) Cho phép đặc tả yêu cầu người dùng dạng ngôn ngữ tự nhiên Hướng phát triển cho phép người dùng cung cấp yêu cầu họ dạng ngôn ngữ tự nhiên 30 ... phương pháp tổ hợp kiểm chứng việc tổ hợp dịch vụ Web phương pháp kiểm tra mô hình thơng qua việc đặc tả hình thức cho dịch vụ mơ hình hóa thư viện dịch vụ dạng mơ hình LTS4WS Chƣơng trình bày phương. .. xuất phương pháp gom cụm lựa chọn dịch vụ Web để tổ hợp động dựa đồ thị tác vụ 2.1.2 Kiểm chứng việc tổ hợp dịch vụ Web Kiểm chứng yêu cầu chức năng: H Foster cộng kiểm chứng tổ hợp dịch vụ dựa... khung thức tổng quát cho việc tổ hợp thành phần phần mềm nói chung tổ hợp dịch vụ Web nói riêng [OB2] Đưa phương pháp đặc tả hình thức cho dịch vụ Web xây dựng mơ hình cho thư viện dịch vụ Đặc