在科研、教育和工程等众多领域中，数学表达式作为一类复杂的、语义强的重要信息。人们对它的检索有着表达式二维结构识别和表达式内容语义识别的要求。然而现有的数学表达式检索系统大多是基于表达式字符文本化和基于表达式内容展示形式进行处理的，很难满足对表达式内容语义的识别。因此，实现数学表达式的语义检索对学习和工作都有着现实的意义。本论文以支持数学表达式内容语义和关联关系的表达式本体库为基础，对查询条件进行语义扩展，以期达到数学表达式的语义检索的目标。论文主要开展以下工作：1）论文分析了数学表达式的检索过程，提出了一种基于本体的数学表达式语义检索模型。其思想是以表达式中数学公式部分作为基点归纳出四类数学表达式多元信息的关联关系，再使用改进后的通配符表示方法来构建数学表达式本体库。基于构建出的本体库对查询条件进行语义拓展处理，将语义拓展处理后的关键词汇返回给用户进行关键词精确操作或是直接传递给检索框架，实现数学表达式的语义检索。2）本文提出了一种改进后的数学公式DOM树的相似度匹配算法来实现上述模型中的语义扩展功能。该算法的基本思想是根据编辑操作对象节点类型的异同和其父节点的异同赋予不同的操作代价，枚举叠加出操作代价总值，得出相应的相似度，实现用户查询条件的语义化和精准化拓展。同时借助数学表达式本体库中归纳的关联关系和上下位层次关系，减少匹配次数，提高匹配的效率。3）在上述研究工作的基础上，论文使用Protege4.3工具构建出一个初级的数学表达式本体库，再以Lucene检索框架为基础引擎进行实验，验证了基于本体的数学表达式语义检索模型和方法的可行性和有效性。并对改进后的DOM树相似度算法进行对比实验，实验结果表明，改进后的算法在响应时间、查全率、查准率和F-Measure值四项检验指标上均有提高。