CN101281687B - 一种学习机及其使用的动态图文解析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种学习机及其使用的动态图文解析方法，当所述学习机启动试题搜索模块调出试题时，所述试题的试题解答文本分步骤显示，依次对显示的所述试题解答文本进行综合分析以选择出部分试题解答文本，再提取出该部分中关键的几何关系式；将所述几何关系式分解成若干个原始的关系对象，同时读取所述DMS试题图片库中的对象；通过名称是否相同匹配所述几何关系式中的原始对象和所述DMS试题图片库中的对象，匹配不成功则找到几何关系式中的原始对象在所述DMS试题图片库中对应的原始点来构造相应的关系图形；修改试题图片中相应部分的属性和方法，实现几何试题的图文动态解析。本发明使得用户能够直观容易的掌握各类几何知识。

Description

一种学习机及其使用的动态图文解析方法

技术领域

本发明涉及一种个人手持设备及其使用的数据库内容的演示方法，尤其涉及一种学习机及其使用的动态图文解析方法。

背景技术

目前在互联网络出现了一些搜索网站，如百度、google等，这些搜索引擎能够帮用户找到一些有用的信息，但同时存在如下三方面的严重不足：其一是其应用的多是横向搜索技术(即通用搜索技术)，搜索出来的信息量庞大，五花八门，要在其中找到满足需要的信息需要花费大量的时间；其二是非特定领域内搜索，搜索面广泛，不具有专业性，行业纵深度远远达不到专业用户的需要；其三是必须与互联网络保持即时通讯才能进行搜索，不具有随时性、便携性。而在个人手持嵌入式领域，无论是通用搜索技术还是垂直搜索技术，都还未得到广泛的应用。

将PC的搜索引擎技术应用到嵌入式个人手持设备领域，并在此基础上将垂直搜索技术引入到传统的教育领域，将几何领域的试题、试题解答文本、试题关联的几何图片等信息资料进行收集、并将其分类加工成GDK动态几何数据库资源包；用户根据需要选取相应的GDK动态几何数据库资源包到手持设备后，可随时、随地从资源包中搜索满足条件的内容。这种在特定的领域内垂直搜索信息的方法，提高了搜索的准确性、专业性、全面性，为用户节省了大量的信息排查时间。

但是几何的学习内容多，题型复杂，要求学生具有较好的空间想象力。目前针对学生开发的个人手持式学习设备主要是针对语言的学习，如查询单词的释义、同步课件的学习等，即使有关于数学试题的课件及试题搜索的技术，但展现给用户的都只是一种静态的结果，而无法针对试题利用图文相结合的方法动态地演示其解题的过程；目前几何的学习方法单一，学生对几何的概念完全依靠自己的空间想象能力，不具有动态图文解析系统的即时演示与学习效果。即使是已经给出解题过程的习题，往往也不好理解，这就需要一种演示方法，把解题的思路演绎出来，就像老师在讲台上上课一样循序渐进地解释证明的思路和解题过程，引导学生自习和课后复习。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分步骤地解释几何学习的证明思路和解题过程的学习机及其使用的动态图文解析的方法。

本发明公开的一种学习机，包括有微处理器单元、程序存储单元、数据存储单元、液晶显示单元、通信传输单元、输入单元及电源单元，所述数据存储单元中存储有GDK动态几何数据库，所述GDK动态几何数据库中包括试题库、DMS试题图片库；所述程序存储单元中包括动态图文解析模块，当所述学习机根据操作指令在所述试题库中调出试题解答文本时，所述动态图文解析模块控制所述试题解答文本分步骤地显示在所述液晶显示单元中，同时调取所述DMS试题图片库中相关的试题图片显示在所述液晶显示单元中，并且控制所述试题图片动态地同步演示与所述试题解答文本的步骤相对应的部分。

本发明公开的一种学习机，所述程序存储单元中进一步包括DMS画图模块；所述动态图文解析模块中进一步包括试题解答文本分析模块、图文解析函数、几何关系式匹配模块和设置几何对象的属性和方法的模块；所述试题解答文本分析模块通过对所述试题解答文本的词法、句法、语义的综合分析提取部分试题解答文本，再送入所述图文解析函数处理；所述图文解析函数提取出其中关键的几何关系式，再送入所述几何关系式匹配模块处理；所述几何关系式匹配模块将所述几何关系式分解成若干个原始的关系对象，同时读取所述DMS试题图片库中的对象；通过名称是否相同匹配所述几何关系式中的原始对象和所述DMS试题图片库中的对象，匹配成功的图片对象即为试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；如果未找到匹配的对象则找到所述几何关系式在所述DMS试题图片库中对应的原始点，所述DMS画图模块用所述原始点构造所述几何关系式定义的关系图形，即为试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；所述设置几何对象的属性和方法的模块修改所述试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分的属性和方法。

本发明公开的学习机，还包括如下附属技术特征：

所述设置几何对象的属性和方法的模块修改所述试题图片中对象的属性和方法包括有：设置对象是否闪烁；或者设置对象的颜色和线宽；或者设置对象是否可见；或者设置对象填充的类型，或者设置对象的上述属性和方法的组合。

所述DMS画图模块用所述试题库图片中的原始点构造几何关系式定义的关系图形包括：设置开始点和结束点来构造新的线对象或角的边或多边形的边；设置圆上的第一个点、第二个点和第三个点来构造新的圆对象；以及先设置区域上的点再绘制区域来构造新的区域对象。

所述程序存储单元中进一步包括试题搜索模块；所述GDK动态几何数据库中进一步包括同义词库；所述试题搜索模块根据操作指令接收来自所述输入单元的关键词，首先在所述同义词库中查找所述关键词的同义词，然后再分别按照该关键词及其每一个同义词在所述试题库中搜索到符合条件的所有试题。

所述GDK动态几何数据库中进一步包括知识点关联库，所述试题搜索模块根据操作指令接收来自所述输入单元的知识点搜索指令，提取相关试题对应的题干知识点、问题知识点、解答知识点，把所述题干知识点、问题知识点、解答知识点作为关键词进行搜索。

所述试题解答文本分析模块对所述试题解答文本进行几何关系符匹配提取试题解答文本中的步骤。

所述图文解析函数使用句法分析、词法分析或者语义分析将自然语言的多样化的表现规范为几何关系式，所述句法分析采用句法模式匹配句子；所述词法分析采用树形结构把语言的词汇分解成最简单的词素，通过接点匹配实现词法分析；所述语义分析，第一步确定每个词在句子中所表达的词义，第二步是要根据已有的背景知识来确定语义。

本发明公开了一种学习机使用的动态图文解析方法，同步演示所述学习机中存储的GDK动态几何数据库中的试题对应的试题解答文本和试题图片；当所述学习机根据操作指令从所述GDK动态几何数据库中的试题库中调出一个试题时，所述试题的试题解答文本分步骤显示在液晶显示单元中，同时调取相关的试题图片显示在所述液晶显示单元中，并且所述试题图片动态地同步演示与所述试题解答文本的步骤相对应的部分。

本发明公开的一种学习机使用的动态图文解析方法，包括如下步骤：第一步，分析所述试题文本的词法、句法和语义选择出相应的步骤，再提取出其中关键的几何关系式；第二步，将所述几何关系式分解成若干个原始的关系对象，同时读取所述DMS试题图片库中对应的对象；第三步，通过名称是否相同匹配所述几何关系式中的原始对象和所述DMS试题图片库中的对象，匹配成功的图片对象即为试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；如果匹配不成功则找到所述几何关系式中的原始对象在所述DMS试题图片库中对应的原始点，再通过DMS画图模块构造所述几何关系式中的关系图形，即为试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；第四步，修改所述试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分的属性和方法。

本发明公开的学习机使用的动态图文解析方法，还包括如下附属技术特征：

所述第四步中修改所述试题图片中对象的属性和方法包括有：设置对象是否闪烁；或者设置对象的颜色和线宽；或者设置对象是否可见；或者设置对象填充的类型，或者设置对象的上述属性和方法的组合。

所述设置对象填充的类型包括以网格填充和/或以彩色填充。

所述第三步中通过DMS画图模块构造所述几何关系式中的关系图形包括：设置开始点和结束点来构造新的线对象或角的边或多边形的边；设置圆上的第一个点、第二个点和第三个点来构造新的圆对象；以及先设置区域上的点再绘制区域来构造新的区域对象。

所述学习机根据操作指令从所述GDK动态几何数据库中的试题库中调出一个试题时，先接受来自输入单元的关键词，首先在同义词库中查找所述关键词的同义词，然后再分别按照该关键词及其每一个同义词在试题库中搜索到符合条件的所有试题。

所述学习机根据操作指令从所述GDK动态几何数据库中的试题库中调出一个试题时，先接受来自输入单元的的知识点搜索指令，提取相关试题对应的题干知识点、问题知识点、解答知识点，再把所述题干知识点、问题知识点、解答知识点作为关键词在所述试题库中分别进行搜索。

所述第一步中对所述试题解答文本进行几何关系符匹配提取试题解答文本中的步骤。

所述第一步中是使用句法分析、词法分析或者语义分析将自然语言的多样化的表现规范为几何关系式，所述句法分析采用句法模式匹配句子；所述词法分析采用树形结构把语言的词汇分解成最简单的词素，通过接点匹配实现词法分析；所述语义分析，先确定每个词在句子中所表达的词义，再根据已有的背景知识来确定语义。

所述的GDK动态几何数据库通过通信传输单元与外部建立通讯得到更新。

本发明在教育领域和计算机图形学领域内，主要面向学生用户。在个人手持设备领域，将几何领域的试题、试题解答文本、与试题关联的DMS图片等资料进行收集、并将其分类加工成GDK动态几何数据库资源包；用户根据需要选取相应的GDK动态几何数据库资源包到手持设备后，可随时、随地从资源包中搜索满足条件的内容，并实现DMS几何图形(已经画好在资源包中的图片即DMS试题图片库)与文本(资源包中试题的解答内容即试题解答文本)同步的动态变换显示，在动态图文解析相结合的方法指导下进行学习。

本发明将自然语言词法、句法、语义的综合分析方法灵活的运用到几何学中的，提高了自然语言解析的准确度。

本发明通过词法、句法、语义的综合分析和严格的匹配机制，在几何术语中提取重要几何关系式。

本发明通过自然语言解析和DMS几何图形的完美结合，改变了以前需要用帧实现动态演示的烦琐过程，所有对象通过动态构造。使用动态的图文解析方法对几何试题逐步的进行自然语言解析与图形的动态显示解题过程，使得用户能够直观、轻易的掌握各类几何知识。将教育技术化，培养学生的创新精神和实践能力，以学习方式的改变为特征，帮助学生理解知识，发散思维，提高学习兴趣，探索研究更深入的数学原理。同时也是教师教学的好帮手。

附图说明

本发明包括如下附图：

图1是本发明中个人手持设备学习机的内部结构示意图；

图2是本发明的动态图文解析流程图；

图3A、3B、3C、3D、3E所示是本发明动态图文解析的过程的举例说明。

图4是本发明中根据关键词搜索几何试题的流程图；

图5是本发明中自然语言解析的示意图；

图6是本发明中自然语言解析中的直线的句法模式匹配示意图；

图7是本发明中自然语言解析中的词法分析树形结构示意图；

图8是本发明中自然语言解析中的语义分析的步骤示意图。

具体实施方法

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的学习机及其使用的动态图文解析的系统和方法是以几何解题为基础，以GDK动态几何数据库包为资源，用户输入关键字与试题内容或与知识点类型和知识点名称相匹配的两种方法进行搜索，或者按目录逐级浏览对应的试题及其解答，或者直接输入题号进入到用户所需要的题目，然后按步骤进行试题的文本解答并配以动态图形同步演示。本方法还可以搜索某个题的同类型题，使用户可以进行同类学习。

本发明类似于可下载的电子辞典或可下载的其他个人手持设备，也称为学习机。该个人手持设备内部结构可参见图1所示，其包括有微处理器单元300、第一程序存储器301、逻辑处理单元302、第二程序存储器303、输入单元304、数据存储单元305、静态存储器306、通信传输单元308与外部建立通讯更新GDK动态几何数据库、语音处理单元309、液晶驱动单元310、液晶显示单元311及电源单元312，其中，第二程序存储器301、逻辑处理单元302及第一程序存储器303一起构成了程序存储单元。在程序存储单元内预置并运行有特定的程序，用于启动试题搜索引擎、动态图文解析模块、与PC建立通讯控制下载等，进行选择性的执行。

学习机及动态图文解析的系统和方法的所有功能是基于GDK动态几何数据库资源包进行的，资源包中包含有大量的几何试题，每个试题都有唯一的编号，即题号。每道试题在内容上都有三部分：题干(即已知条件)、问题及解答，分别对应着试题的三个知识点类型，即题干知识点、问题知识点和解答知识点，每个类型的知识点分别与0个、一个或一个以上的知识点名称相关联。

内容搜索：对GDK动态几何数据库资源包中试题的内容(即试题的题干、问题及解答过程)进行关键词模糊搜索。

知识点搜索：按照试题对应的三种知识点类型(即题干知识点、问题知识点、解答知识点)分别进行关键词模糊搜索。

将搜索到的试题进行动态图文解析其解题过程，即对某个试题结合解析文字与DMS几何图形一步一步动态地演示解题过程，使得用户可有目的性地学习几何解题。

要补充同义词库、同类型题、知识点关联库的说明，与权利要求书相呼应。

如图2是本发明的动态图文解析流程图，解析文字与DMS试题图片库中的图形关联配合进行同步显示的步骤包括：

第一步在进入某试题时，将试题内容文本和DMS试题图片从GDK动态几何数据库资源包中同时加载到试题显示界面；

第二步将试题文本解答区的解答文本按步骤添加到数组中，在按输入键时根据要求逐行读取数组中的文本，即根据输入的要求获取下一行文本或者上一行文本；

第三步通过文本词法、句法、语义的综合分析提取关键的几何关系式，将解答文本送入解析函数解析，然后将提取关键的几何关系式；

第四步将提取的几何关系式分解成若干个原始的关系对象，同时读取DMS试题图片库中的图片对象；

第五步通过名称是否相同匹配几何关系式中的原始对象和DMS试题图片库中的图片对象；

第六步据第五步，如果匹配不成功则找到几何关系式在DMS试题图片库中对应的原始点，用DMS试题图片库中的原始点通过DMS画图模块构造几何关系式中的关系图形(线、角、三角形、四边形、圆、区域等)；

通过DMS画图模块中的方法：设置线上的开始点setStartPoint()，设置结束点setEndPoint()，来构造新的线对象。通过DMS画图模块中的方法：通过构造角的两边来构造角，构造三角形的三边来构造三角形，构造四边形的四边来构造四边形，构造边的方法和构造线的方法相同。通过DMS画图模块中的方法：设置三点圆上的第一个点setFirstPoint()，设置第二个点setSecondPoint()，设置第三个点setThirdPoint()，来构造新的圆对象。通过DMS画图模块中的方法：设置区域上的点addPoint()，绘制区域drawregion()，来构造新的区域对象。

第七步通过修改DMS试题图片库中已经存在对象和DMS画图模块新构造对象的属性和方法，实现图形与试题解答文本同步的动态变换显示。

对象的属性和方法有：设置对象是否闪烁AnimateFocus()；设置闪烁后对象的颜色和线宽LastPen＝QPen()；设置对象是否可见setDmsHideAndEnable()；设置对象填充的类型setDmsFillStyle()；等。

GDK动态几何数据库包括试题库和DMS试题图片库，试题库包括试题内容库、试题解答文本库。

DMS试题图片库与图文解析函数中的几何关系式匹配及根据原始点构造新的图形的过程的关系，是指如果找到了匹配的对象则不构造新的图形对象了。″找到几何关系式在DMS画图模块中对应的线、圆、区域等″这个步骤指几何关系式中的名称与DMS试题图片库中的名称完全一样，如提取的几何关系式名称为“三角形ABC”，则DMS试题图片库中找到了“三角形ABC”这个匹配的名称；在需要构造新的对象的情况下，需要先到DMS试题图片库中寻找与几何关系式中名称相对应的点如“A、B、C”等，再通过DMS画图模块在这些名称相对应的点的基础上去构造新的对象。

图文同步动态显示的实现：每显示一行试题解答文本，动态图文解析模块根据该文本进行图文解析找出几何关系式，再将此几何关系式与DMS试题图片库匹配搜索，如果匹配成功则直接修改其属性和方法后动态显示，否则就通过DMS画图模块构造新的图形对象并修改其属性和方法，实现逐行动态图文显示。

DMS试题图片库中包含了每一道题对应的完整图片；即如果这个试题库中包括有N道有几何关系的试题的话则在DMS试题图片库中有这N道题对应的已作好的N个完整的图片，但图片中的对象名称不完整，如每一个试题对应一个图片，图片画了个三角形，但三角形中没有角对象、角对象的名称，也不能找到角ABC，只能找到三角形ABC，虽然这两者都存在于同一个试题图片中，但不能在该图片中找到角的几何关系，故要画角，就必须构造。因此，由于DMS画图模块提供的几何关系有限，不能完全包含图片中所有的关系，所以要通过DMS画图模板重新构造新的独立的对象。

动态图文解析启动试题解答时，对应的试题图片完整显示，当试题解答文本逐行显示时，先判断与之对应的对象是否匹配成功或者需要构造，然后通过颜色、闪烁、线宽等特别强调逐步动态地显示与之对应的图形。

试题搜索模块启动后进行两项工作：首先搜索出与输入关键字匹配的所有试题，然后搜索出与所选择试题相对应的图片。然后图文解析模块逐行对试题解答步骤进行图文动态解析。

下面举例说明动态图文解析方法。

附图3A所示，以第2214题为例，搜索出的试题文本和试题图片。屏幕左上边区域是题目的文字部分即试题内容，屏幕右上边区域是根据题意和解题结果作出的图示部分即从DMS试题图片库中调取出的与该题对应的试题图片，屏幕的下方区域分步骤逐行顺序列出文本解题的过程，同时屏幕右上边区域的图形同步动态地给出相应的提示。

此例中试题内容为：设直角三角形的两条直角边的长分别为a，b，斜边长为c。证：c²＝a²+b²。

解题过程的文字内容如下：

设△ABC为直角三角形，∠C为直角。在△ABC的区域外，以直角边BC为边作正方形BCDE，以直角边AC为边作正方形ACFG，以斜边AB为边作正方形ABJK。

CH⊥AB于点H。线段CH与线段KJ交于点I。连结AE，把正方形BCDE和△BAE比较，因为BE为公共边，且高相等(因为AD//BE，BC//DE且BC＝DE，过A点作△BAE的边BE的高，则此高必与BC平行且相等)，因此S_□BCDE＝2S_□BAE   (A)

以B为中心，把△BAE旋转90°，使BA与BJ重合，BE与BC重合，于是△BAE≌△BJC  (B)把正方形BJIH和△BJC比较，因为BJ为公共边，且高相等，因此S_□BJIH＝2S_□BJC   (C)

由(A)，(B)，(C)有S_□BCDE＝S_□BJIH    (D)

同理，有S_□ACFG＝S_□AKIH    (E)

将(D)，(E)两式相加，得S_□BCDE+S_□ACFG＝S_□ABJK，

则    AB²＝AC²+BC²

即    c²＝a²+b²。

得证。

所谓动态图文解析，就是根据解题的文字内容动态地分别匹配图形和动画显示，此例中的解析步骤如下：

(1)以∠C为直角构造直角△ABC：将解答内容“设△ABC为直角三角形，∠C为直角.”传入解析函数；将解析出的关系式△ABC分解成原始的关系对象A、B、C；通过名称是否相同，匹配几何关系式中的原始关系对象A、B、C和DMS试题图片库中的点对象A、B、C；通过DMS画图模块用DMS试题图片库中的原始点A、B、C构造几何关系式中的△ABC，通过点A、B构造线AB，点B、C构造线BC，点A、C构造线AC，从而构造出△ABC的三条边。设置三边的颜色为淡紫色，线宽为3，并设置闪烁的次数和时间，最后设置填充类型为网格填充。如图3A所示。

(2)以直角边BC为边构造正方形BCDE：将解答内容“以直角边BC为边作正方形BCDE，”传入解析函数；将解析出的关系式边BC和正方形BCDE分解成原始的关系对象B、C、D、E；通过名称是否相同，匹配几何关系式中的原始关系对象B、C、D、E和DMS试题图片库中的点对象B、C、D、E；DMS画图模块用DMS试题图片库中的原始点B、C、D、E构造几何关系式中的边BC和正方形BCDE，通过点B、C构造线BC，点C、D构造线CD，点D、E构造线DE，点B、E构造线BE，从而构造出边BC和正方形BCDE的四条边。设置边BC的颜色为红色，四边的颜色为橙色，线宽为3，并设置闪烁的次数和时间，最后设置填充类型为网格填充。如图3B所示。

(3)以直角边AC为边构造正方形ACFG：构造方法同上述(2)。

(4)以斜边AB为边构造正方形ABJK：构造方法同上述(2)。

(5)构造CH⊥AB于点H：将解答内容“CH⊥AB于点H。”传入解析函数；将解析出的关系式CH⊥AB、点H分解成原始的关系对象A、B、C、H；通过名称是否相同，匹配几何关系式中的原始关系对象A、B、C、H和DMS试题图片库中的点对象A、B、C、H；DMS画图模块用DMS试题图片库中的原始点A、B、C、H构造几何关系式中的CH⊥AB，通过点A、B构造线AB，点C、H构造线CH，从而构造出CH⊥AB的两条边。设置两边的颜色为深紫色，线宽为3，并设置闪烁的次数和时间。如图3C所示。

(6)构造线段CH与线段KJ的交点I：将解答内容“线段CH与线段KJ交于点I。”传入解析函数；将解析出的关系式线段CH、线段KJ、点I分解成原始的关系对象C、H、K、J、I；通过名称是否相同，匹配几何关系式中的原始关系对象C、H、K、J、I和DMS试题图片库中的点对象C、H、K、J、I；DMS画图模块用DMS试题图片库中的原始点C、H、K、J构造几何关系式中的线段CH、线段KJ，通过点点C、H构造线CH，点K、J构造线KJ，从而构造出线段CH、线段KJ的边。设置两边的颜色为红色，线宽为3，并设置闪烁的次数和时间。如图3D所示。

(7)构造△BAE：连接AE：构造方法同(1)。

(8)把正方形BCDE和△BAE的面积进行比较(如下述步骤(9)-(10))。

(9)因为BE为公共边，且高相等(同(6))。

(10)因此S_□BCDE＝2S_□BAE(同(1)、(2))。………………………………………(A)

(11)以B为中心，把△BAE旋转90°(同(1))。

(12)使BA与BJ重合，BE与BC重合(同(6))，构造△BJC。

(13)解析△BAE≌△BJC：将解答内容“△BAE≌△BJC”传入解析函数；将解析出的关系式△BAE≌△BJC分解成原始的关系对象A、B、C、E、J；通过名称是否相同，匹配几何关系式中的原始关系对象A、B、C、E、J和DMS试题图片库中的点对象A、B、C、E、J；DMS画图模块用DMS试题图片库中的原始点A、B、C、E、J构造几何关系式中的△BAE和△BJC，通过点A、B构造线AB，点A、E构造线AE，点B、E构造线BE，点B、J构造线BJ，点J、C构造线JC，点B、C构造线BC，从而构造出△BAE和△BJC的三条边。设置三边的颜色分别为蓝色和棕色，线宽为3，并设置闪烁的次数和时间，最后设置填充类型为左右斜线填充。如图3E所示。………(B)

(14)把正方形BJIH和△BJC的面积进行比较(如下述步骤(15)-(17))

(15)因为BJ为公共边，且高相等，(同(6))

(16)因此S_□BJIH＝2S_□BJC(同(1)、(2)) …………………………………………(C)

(17)由(A)，(B)，(C)有S_□BCDE＝S_□BJIH  ………………………………………(D)

(18)同理，有S_□ACFG＝S_□AKIH   …………………………………………………(E)

(19)将(D)，(E)两式相加，得S_□BCDE+S_□ACFG＝S_□ABJK，则AB²＝AC²+BC²即c²＝a²+b²

在进入图文解析演示之前，先要搜索到相应的试题，本发明中所述的试题内容对应的知识点类型包括题干知识点、问题知识点和解答知识点。

本发明中每个知识点名称对应1个或多个试题，由知识点名称、与其对应的知识点类型和试题编号构成知识点关联库。

本发明中试题内容中几何意义相同的词构成同义词组(如“中垂线”与“线段的垂直平分线”即构成同义词组)，多个同义词组组合而成同义词库。

本发明中知识点名称和知识点类型均相同的试题组成同类型题，同类型题包括题干知识点同类型题、问题知识点同类型题、解答知识点同类型题。

根据关键词搜索几何试题的流程如图4所示，首先查找关键词的同义词，然后再分别按内容或者按知识点分别搜索该关键词及其每一个同义词，将搜索的结果合并并排序(如果没有同义词则不需要)，搜索到符合条件的所有试题，显示所有试题的名称和摘要，用特殊颜色的字体标识关键词及其同义词，选择其中某道试题并进入，使用动态图文解析方法显示试题的解答过程。

在动态图文解析过程中，需要对试题解答文本进行自然语言解析，才能使试题解答文本中的每一个步骤与试题图片对应起来，这就是自然语言的解析过程。

自然语言的解析使用解析函数，解析函数的工作原理介绍如下。

将需要解析的几何试题解答过程传入解析函数，解析函数通过关系符匹配和词法、句法、语义的综合分析找到显示行所出现的几何关系符(∥、⊥、∽、≌、∠、＝、△、+、-、×、÷、：、≤、≥、≠、·、～、*、＞、＜、□、点、角、圆心、线、边、弦、高、半径、直径、圆、连接、延长、正方形、长方形等)和关系符左右的有效字符，从而得到有用的几何关系式，关系式包括：AB//CD、a⊥b等。

如图5所示是自然语言解析示意图，将几何试题的解答过程及试题解答文本通过几何关系符匹配获取几何关系符，如∥、⊥、∽、≌等，再对几何关系在词法、句法和语义上进行分析，对关系符两边的字母匹配，获得几何关系式，如AB//CD、a⊥b等。

综合分析的方法包括：句法分析、词法分析和语义分析。

1.句法分析

句法模式匹配就是采用句法模式来对语言的句子进行匹配从而进行句法分析。但是自然语言是非常多样化的，因而需要有许多模式。例如：在GDK动态几何数据库中直线的表现形式是多样化的，其表现为直线a、直线为a、a为直线，a是直线等。

直线的句法模式匹配如图6所示，试题文本中出现的如下文字全部都匹配为直线，包括直线a，直线为a，a为直线，a是直线，或者直线为……，……为直线，……是直线；等等。

2.词法分析

词法分析就是采用树形结构来对语言的词汇进行分解，通过接点匹配实现词法分析。例如：直线A″、直线A′、直线A、直线AA′A″等。

词法分析的树形结构如图7所示。通过树形结构我们发现直线的词汇构成最终可以分解成最简单的词素，包括：直线、A、′、″。在进行接点匹配时，我们可以通过接点的词素匹配，实现多样词汇关系式的提取。

3.语义分析

第一步是要确定每个词在句子中所表达的词义，这涉及到词义和句法结构上的歧义问题；

第二步是要根据已有的背景知识来确定语义。

例如：平面中的两直线没有交点，分析两直线间的位置关系。其分析步骤如图8所示，把句子分解成平面、两直线和没交点三个要素，再组合平面和两直线来分析其位置关系是平行、相交还是重合，分析出平面中两直线平行的结论。

下面举例说明本发明中的自然语言解析。

第28题底边、顶角及底上的高对应相等的两个三角形全等。解：在△ABC、△A′B′C中，设BC＝B′C′高AD＝A′D′，∠BAC＝∠B′A′C′。现在放B′于B上，C′于C上，A、A′于BC的同侧.因为AD＝A′D′，所以，若A和A′重合时，显然有△ABC≌△A′B′C′.若A、A′不重合时，则有AA′//BC.由∠A＝∠A′，知B、C、A、A′在同一圆周上.因而由AA′∥BC知AB＝A′C′，AC＝A′B′，∴△ABC≌△A′C′B′。

解析步骤如下：

(1)在△ABC、△A′B′C′中，--＞匹配△--＞词法分析和匹配ABC、A′B′C′------＞关系式△ABC、△A′B′C′

(2)设BC＝B′C′高AD＝A′D′，--＞匹配＝--＞词法分析和匹配BC、B′C′、AD、A′D′-------＞关系式BC＝B′C′AD＝A′D′

(3)∠BAC＝∠B′A′C′.--＞匹配∠--＞词法分析和匹配BAC、B′A′C′------＞关系式∠BAC、∠B′A′C′

(4)现在放B′于B上，C′于C上，A、A′于BC的同侧.--＞语义分析和匹配------＞B′、B、C′、C、A、A′、BC

(5)因为AD＝A′D′，--＞匹配＝-----＞词法分析和匹配AD、A′D′-----＞关系式AD＝A′D′

(6)所以，若A和A′重合时，显然有△ABC≌△A′B′C′。--＞匹配≌、△--＞语义分析和匹配A、A′、ABC、A′B′C′--＞关系式A、A′、△ABC≌△A′B′C′

(7)若A、A′不重合时，--＞词法分析和匹配A、A′-＞关系式A、A′

(8)则有AA′∥BC.--＞匹配∥--＞语义分析和匹配AA′、BC-＞关系式AA′∥BC

(9)由∠A＝∠A′，知B、C、A、A′在同一圆周上.--＞匹配∠--＞词法分析和匹配B、C、A、A′--＞关系式∠A、∠A′、B、C、A、A′

(10)因而由AA′∥BC知AB＝A′C′，AC＝A′B′，--＞匹配∥、＝--＞词法分析和匹配AA′、BC、AB、A′C′、AC、A′B′--＞关系式AA′∥BC、AB＝A′C′、AC＝A′B′

(11)∴△ABC≌△A′C′B′，--＞匹配≌、△--＞语义分析和匹配ABC、A′C′B′--＞关系式△ABC≌△A′C′B′

Claims (17)

1.一种学习机，包括有微处理器单元、程序存储单元、数据存储单元、液晶显示单元、通信传输单元、输入单元及电源单元，其特征在于，所述数据存储单元中存储有GDK动态几何数据库，所述GDK动态几何数据库包括试题库、和包含与试题对应的试题图片的DMS试题图片库；所述程序存储单元中包括动态图文解析模块，当所述学习机根据操作指令在所述试题库中调出试题解答文本时，所述动态图文解析模块控制所述试题解答文本分步骤地显示在所述液晶显示单元中，同时调取所述DMS试题图片库中相关的试题图片显示在所述液晶显示单元中，并且控制所述试题图片动态地同步演示与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；

所述程序存储单元中进一步包括用于构造几何关系式中的关系图形的DMS画图模块；所述动态图文解析模块中进一步包括试题解答文本分析模块、图文解析函数、几何关系式匹配模块和设置几何对象的属性和方法的模块；所述试题解答文本分析模块通过对所述试题解答文本的词法、句法、语义的综合分析提取部分试题解答文本，再送入所述图文解析函数处理；所述图文解析函数提取出其中关键的几何关系式，再送入所述几何关系式匹配模块处理；所述几何关系式匹配模块将所述几何关系式分解成若干个原始的关系对象，同时读取所述DMS试题图片库中的对象；通过名称是否相同匹配所述几何关系式中的原始对象和所述DMS试题图片库中的对象，匹配成功的图片对象即为试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；如果未找到匹配的对象则找到所述几何关系式在所述DMS试题图片库中对应的原始点，所述DMS画图模块用所述原始点构造所述几何关系式定义的关系图形，即为试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；所述设置几何对象的属性和方法的模块修改所述试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分的属性和方法。

2.如权利要求1所述的学习机，其特征在于，所述设置几何对象的属性和方法的模块修改所述试题图片中对象的属性和方法包括有：设置对象是否闪烁；或者设置对象的颜色和线宽；或者设置对象是否可见；或者设置对象填充的类型，或者设置对象的上述属性和方法的组合。

3.如权利要求2所述的学习机，其特征在于，所述设置对象填充的类型包括以网格填充或以彩色的颜色填充。

4.如权利要求1所述的学习机，其特征在于，所述DMS画图模块用所述试题图片中的原始点构造几何关系式定义的关系图形包括：设置开始点和结束点来构造新的线对象或角的边或多边形的边；设置圆上的第一个点、第二个点和第三个点来构造新的圆对象；以及先设置区域上的点再绘制区域来构造新的区域对象。

5.如权利要求1、2、或者3所述的学习机，其特征在于，所述程序存储单元中进一步包括试题搜索模块；所述GDK动态几何数据库中进一步包括同义词库；所述试题搜索模块根据操作指令接收来自所述输入单元的关键词，首先在所述同义词库中查找所述关键词的同义词，然后再分别按照该关键词及其每一个同义词在所述试题库中搜索到符合条件的所有试题。

6.如权利要求5所述的学习机，其特征在于，所述GDK动态几何数据库中进一步包括知识点关联库，所述试题搜索模块根据操作指令接收来自所述输入单元的知识点搜索指令，提取相关试题对应的题干知识点、问题知识点、解答知识点，把所述题干知识点、问题知识点、解答知识点作为关键词进行搜索。

7.如权利要求1所述的学习机，其特征在于，所述试题解答文本分析模块对所述试题解答文本进行几何关系符匹配提取试题解答文本中的步骤。

8.如权利要求7所述的学习机，其特征在于，所述图文解析函数使用句法分析、词法分析或者语义分析将自然语言的多样化的表现规范为几何关系式，所述句法分析采用句法模式匹配句子；所述词法分析采用树形结构把语言的词汇分解成最简单的词素，通过接点匹配实现词法分析；所述语义分析，第一步确定每个词在句子中所表达的词义，第二步是要根据已有的背景知识来确定语义。

9.一种学习机使用的动态图文解析方法，同步演示所述学习机中存储的GDK动态几何数据库中的试题对应的试题解答文本和试题图片，所述GDK动态几何数据库包括试题库、和包含与试题对应的试题图片的DMS试题图片库；其特征在于，当所述学习机根据操作指令从所述GDK动态几何数据库中的试题库中调出一个试题时，所述试题的试题解答文本分步骤显示在液晶显示单元中，同时调取相关的试题图片显示在所述液晶显示单元中，并且所述试题图片动态地同步演示与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；

进一步包括如下步骤：第一步，分析所述试题解答文本的词法、句法和语义选择出相应的步骤，再提取出其中关键的几何关系式；第二步，将所述几何关系式分解成若干个原始的关系对象，同时读取所述DMS试题图片库中对应的对象；第三步，通过名称是否相同匹配所述几何关系式中的原始对象和所述DMS试题图片库中的对象，匹配成功的图片对象即为试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；如果匹配不成功则找到所述几何关系式中的原始对象在所述DMS试题图片库中对应的原始点，再通过用于构造几何关系式中的关系图形的DMS画图模块构造所述几何关系式中的关系图形，即为试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分；第四步，修改所述试题图片中与所述试题解答文本的步骤相对应的部分的属性和方法。

10.如权利要求9所述的学习机使用的动态图文解析方法，其特征在于，所述第四步中修改所述试题图片中对象的属性和方法包括有：设置对象是否闪烁；或者设置对象的颜色和线宽；或者设置对象是否可见；或者设置对象填充的类型，或者设置对象的上述属性和方法的组合。

11.如权利要求10所述的学习机使用的动态图文解析方法，其特征在于，所述设置对象填充的类型包括以网格填充和/或以彩色填充。

12.如权利要求11所述的学习机使用的动态图文解析方法，其特征在于，所述第三步中通过DMS画图模块构造所述几何关系式中的关系图形包括：设置开始点和结束点来构造新的线对象或角的边或多边形的边；设置圆上的第一个点、第二个点和第三个点来构造新的圆对象；以及先设置区域上的点再绘制区域来构造新的区域对象。

13.如权利要求9、10、11或者12所述的学习机使用的动态图文解析方法，其特征在于：所述学习机根据操作指令从所述GDK动态几何数据库中的试题库中调出一个试题时，先接受来自输入单元的关键词，首先在同义词库中查找所述关键词的同义词，然后再分别按照该关键词及其每一个同义词在试题库中搜索到符合条件的所有试题。

14.如权利要求13所述的学习机使用的动态图文解析方法，其特征在于：所述学习机根据操作指令从所述GDK动态几何数据库中的试题库中调出一个试题时，先接受来自输入单元的的知识点搜索指令，提取相关试题对应的题干知识点、问题知识点、解答知识点，再把所述题干知识点、问题知识点、解答知识点作为关键词在所述试题库中分别进行搜索。

15.如权利要求11或者14所述的学习机使用的动态图文解析方法，其特征在于：所述第一步中对所述试题解答文本进行几何关系符匹配提取试题解答文本中的步骤。

16.如权利要求15所述的学习机使用的动态图文解析方法，其特征在于：所述第一步中是使用句法分析、词法分析或者语义分析将自然语言的多样化的表现规范为几何关系式，所述句法分析采用句法模式匹配句子；所述词法分析采用树形结构把语言的词汇分解成最简单的词素，通过接点匹配实现词法分析；所述语义分析，先确定每个词在句子中所表达的词义，再根据已有的背景知识来确定语义。

17.如权利要求10所述的学习机使用的动态图文解析方法，其特征在于：所述的GDK动态几何数据库通过通信传输单元与外部建立通讯得到更新。

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