CN106021498A - 基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于自然语言理解及信息自动提取技术领域，具体公开一种基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法及系统。该方法包括：输入所求解问题的属性信息，得到Latex形式的问题信息；解析Latex形式的问题信息，生成相对应的学科符号信息及学科符号混淆项信息，并添加至动态键盘数据中；筛选动态键盘数据，进行比较去重，最终生成基于问题求解过程的动态键盘信息。本发明的动态键盘信息生成方法使得在开展现代化信息教育的过程中避免了学生及教师输入的麻烦，从而快速输入公式及特殊符号，十分方便快捷，节约输入及答题时间，大大提高教学效率。

Description

基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法及系统

技术领域

本发明涉及自然语言理解及信息自动提取技术领域，具体涉及一种基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法及系统。

背景技术

2010年7月，党中央、国务院发布了《国家中长期教育改革与发展规划纲要(2010—2020)》，明确提出要加强优质教育资源开发与应用，充分发挥现代信息技术作用，促进教育内容、教学手段和方法现代化，鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决问题能力。

至2010以来，随着社会发展和科技进步，我们可以看到各种现代教育科学理念和信息技术手段已经越来越多地运用到国内基础教育的新课改中，如计算机辅助教学系统、电子白板、图形计算器、电子词典、学习机、学生电脑、电子书包等等都在大量涌现，但是，在课内外教学中使用非常不方便，其应用效果离老师和学生的要求还差很远，均没有形成真正的市场需求和推广潜力。

目前，在现代化课堂中，学生解答问题和老师讲解问题或者双向交互过程中通常需要输入题目所需公式和特殊符号，十分繁琐和不便，从而耽误答题和讲解时间，使得对学生的评估数据出现误差，生成错误的学习曲线，大大降低了教学效率。

发明内容

针对于现有技术中存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法，解决在现代化课堂中符号输入不便及耗时的问题，增强教学效果，大大提高教学效率。

本发明的另一个目的是提供一种基于问题求解过程的动态键盘信息生成系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法，包括：

输入所求解问题的属性信息，根据所述属性信息，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；采用SAX解析方法解析所述XML形式的问题信息，得到Latex形式的问题信息，并将问题信息与对应问题编号的映射关系存储于问题信息容器中；

解析所述Latex形式的问题信息，生成相对应的学科符号信息及学科符号混淆项信息，并添加至动态键盘数据中；

筛选所述动态键盘数据，将学科符号信息与学科符号混淆项信息进行比较去重，最终生成基于问题求解过程的动态键盘信息。

所述输入所求解问题的属性信息，根据所述属性信息，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；采用SAX解析方法解析所述XML形式的问题信息，得到Latex形式的问题信息；具体包括：

S1、输入所求解问题的属性信息；所述属性信息包括年份、地区、年级和/或学科；

S2、根据属性信息，利用数据库查询化语言查询是否存在相对应的动态键盘信息，如果存在，直接使用；如果不存在，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；所述XML形式的问题信息包括题干信息、标准答案信息和题目类型信息；

S3、采用SAX解析方法解析所述XML形式的问题信息，得到Latex形式的题干信息、Latex形式的标准答案信息和题目类型信息；

S4、将所述Latex形式的题干信息、Latex形式的标准答案信息和题目类型信息与对应问题编号的映射关系分别存储于题干容器、标准答案容器和题目类型容器中。

解析所述Latex形式的问题信息，生成相对应的学科符号，并添加至动态键盘数据中；具体包括：

S5、解析类初始化，从数据库中提取包含学科符号名称与其相对应的正则表达式的映射关系的XML文档，并进行解析，将解析结果存储于转化容器中；

S6、分别依次将问题信息中的题干信息和标准答案信息进行解析，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

S7、根据问题信息中的题目类型信息，从所述转化容器中提取得到相应题型的学科符号混淆项信息，并将其添加至上述动态键盘数据中。

所述步骤S6具体包括：

S61、计算问题信息容器中问题信息的嵌套深度，得到问题信息中所包含的Latex形式学科符号的层数信息；

S62、分别依次将问题信息中的题干信息和标准答案信息中所嵌套的Latex形式学科符号与存储于转化容器中的正则表达式进行逐层匹配，根据匹配结果，将Latex形式学科符号分别发送至不同的学科符号转化类中进行转化，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中。

步骤S62具体包括：

S621、将问题信息中的题干信息或标准答案信息中的每一层所嵌套的Latex形式学科符号与存储于转化容器中的正则表达式进行匹配，如果匹配成功，嵌套深度减1，并得到与映射关系相对应的学科符号名称；

S622、根据所述学科符号名称，将Latex形式学科符号分别发送至不同的学科符号转化类中进行转化，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

S623、根据问题信息中所包含的Latex形式学科符号的层数信息，重复步骤S621-S622，直至嵌套深度为0。

本发明所采用的另外一个技术方案是：

提供一种基于问题求解过程的动态键盘信息生成系统，包括：

数据逻辑模块，用于根据输入的所求解问题的属性信息，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；

Latex形式问题信息生成模块，用于解析所述XML形式的问题信息，得到Latex形式的问题信息，并将问题信息与对应问题编号的映射关系存储于问题信息容器中；

数据分析及处理模块，用于解析Latex形式的问题信息，生成相对应的学科符号信息及学科符号混淆项信息，并添加至动态键盘数据中；

数据筛选模块，用于对动态键盘数据进行筛选，将学科符号信息与学科符号混淆项信息进行比较去重，最终生成基于问题求解过程的动态键盘信息。

所述数据分析及处理模块，包括：

类初始化解析模块，用于从数据库中提取包含学科符号名称与其相对应的正则表达式的映射关系的XML文档并进行解析，将解析结果存储于转化容器中；

答案处理模块，分别依次将问题信息中的题干信息和标准答案信息进行解析，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

题目类型处理模块，用于根据问题信息中的题目类型信息，从所述转化容器中提取得到相应题型的学科符号混淆项信息，并将其添加至上述动态键盘数据中。

可扩展标记语言(eXtensible Markup Language，XML)，是一种标记语言，标记计算机所能理解的信息符号，通过此种标记，计算机之间可以处理包含各种信息的文章等；如何定义这些标记，既可以选择国际通用的标记语言，比如HTML，也可以使用像XML这样由相关人士自由决定的标记语言，这就是语言的可扩展性，XML是从标准通用标记语言(SGML)中简化修改出来的。它主要用到的有可扩展标记语言、可扩展样式语言(XSL)、XBRL和XPath等。

SAX，全称Simple API for XML，既是一种接口，也是一种软件包，它是一种XML解析的替代方法；SAX不同于DOM解析，它逐行扫描文档，一边扫描一边解析；由于应用程序只是在读取数据时检查数据，因此不需要将数据存储在内存中，这对于大型文档的解析是个巨大优势；与DOM相比，SAX解析器能提供更好的性能优势，它提供对XML文档内容的有效低级访问。SAX模型最大的优点是内存消耗小，因为整个文档无需一次加载到内存中，这使SAX解析器可以解析大于系统内存的文档。最后，SAX“推”模型可用于广播环境，能够同时注册多个ContentHandler，并行接收事件，而不是在一个管道中一个接一个地进行处理。

正则表达式，又称正规表示法、常规表示法(Regular Expression，在代码中常简写为regex、regexp或RE)，计算机科学的一个概念；正则表达式使用单个字符串来描述、匹配一系列符合某个句法规则的字符串；在很多文本编辑器里，正则表达式通常被用来检索、替换那些符合某个模式的文本。

本发明具有以下有益效果：

本发明的动态键盘信息生成方法使得在开展现代化信息教育的过程中避免了学生及教师输入的麻烦，从而快速输入公式及特殊符号，十分方便快捷，节约输入及答题时间，大大提高教学效率。

本发明的方法使得在现代化教学课程中，能够实现快速输入解答过程，并快速反馈解答过程的正误，增强课堂和课外师生之间的互动性，从而增强教学效果，提高学习效率，实现真正的素质教育。

本发明的方法及系统能够为不同的学科、不同的题目生成不同的辅助键盘信息，因此辅助键盘信息因题目而异，因学科而异，改变了传统的大而全的通用键盘，为解答过程的迅速录入提供了解决方案，适应于现代化课堂的需要。

附图说明

图1为本发明的方法的一个实施例的流程图。

图2为本发明的解析Latex形式的试卷信息的一个实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1，图1为本发明的基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法的一个实施例的流程图S100；该流程图S100包括步骤S101到步骤S103；

在步骤S101中，输入所求解问题的属性信息，根据属性信息，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；采用SAX解析方法解析XML形式的问题信息，得到Latex形式的问题信息，并将问题信息与对应问题编号的映射关系存储于问题信息容器中；

根据本申请的一个实施例，获取Latex形式的问题信息的具体步骤为：

输入所请求试卷的属性信息，包括年份、地区、年级和学科信息；

根据属性信息，数据逻辑模块利用数据库查询化语言查询是否存在相应的动态键盘信息，如果存在，直接使用；如果不存在，从数据库中提取相对应的XML形式的试卷信息；XML形式的试卷信息中存储着对应试卷的题干信息、标准答案信息和题目类型信息；在XML中，信息是按层次存储的，题干信息位于title标签中，标准答案信息位于conclusion标签中，题目类型信息位于type标签中；

采用SAX解析方法解析XML形式的试卷信息，分别提取每份试卷的title标签、conclusion标签下的Latex形式的文本内容和type标签下的文本内容，即题干信息与标准答案信息和题目类型信息；

再将Latex形式的题干信息、Latex形式的标准答案信息和题目类型信息与对应问题编号的映射关系分别存储于题干容器、标准答案容器和题目类型容器中。

在步骤S102中，解析Latex形式的问题信息，生成相对应的学科符号信息及学科符号混淆项信息，并添加至动态键盘数据中；

根据本申请的一个实施例，数据分析及处理模块对Latex形式的试卷信息进行解析，参见图2，图2为解析Latex形式的试卷信息的流程图；该流程图包括步骤S1021到步骤S1023；

在步骤S1021中，首先，解析类初始化，从数据库中提取包含学科符号名称与其相对应的正则表达式的映射关系的XML文档，并进行解析，将解析结果存储于转化容器中；

在步骤S1022中，答案处理模块对题干信息和标准答案信息进行分析，具体步骤为：

分别计算题干容器中对应题号的题干信息的嵌套深度和标准答案容器中对应题号的标准答案信息的嵌套深度，也即题干信息和标准答案信息中分别包含多少层Latex形式的学科符号；

然后将题干信息中所嵌套的Latex形式的学科符号与存储于转化容器中的正则表达式进行逐层匹配，根据匹配结果，将Latex形式学科符号分别发送至不同的学科符号转化类中进行转化，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

再将标准答案信息中所嵌套的Latex形式的学科符号与存储于转化容器中的正则表达式进行逐层匹配，根据匹配结果，将Latex形式学科符号分别发送至不同的学科符号转化类中进行转化，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

根据本申请的一个实施例，分别将题干信息和标准答案信息中所嵌套的Latex形式的学科符号与存储于转化容器中的正则表达式进行逐层匹配的具体步骤为：

将题干信息或标准答案信息的每一层所嵌套的Latex形式学科符号与存储于转化容器中的正则表达式进行匹配，如果匹配成功，嵌套深度减1，并得到与映射关系相对应的学科符号名称；

根据学科符号名称，将Latex形式学科符号分别发送至不同的学科符号转化类中进行转化，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

根据题干信息或标准答案信息中所包含的Latex形式学科符号的层数信息，重复上述两个步骤，直至嵌套深度为0。

在步骤S1023中，根据题目类型信息，从转化容器中提取得到相应题型的学科符号混淆项信息，并将其添加至上述动态键盘数据中；

根据本申请的一个实施例，根据题目类型，如填空、选择、计算、证明等，题目类型处理模块进行添加混淆项；混淆项可以根据题目答案变化得到，也可以通过数据库中相应的学科XML文档得到。

在步骤S103中，筛选动态键盘数据，将学科符号信息与学科符号混淆项信息进行比较去重，最终生成基于问题求解过程的动态键盘信息。

本发明的基于问题求解过程的动态键盘信息生成系统，包括：

数据逻辑模块，用于根据输入的所求解问题的属性信息，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；

Latex形式问题信息生成模块，用于解析所述XML形式的问题信息，得到Latex形式的问题信息，并将问题信息与对应问题编号的映射关系存储于问题信息容器中；

数据分析及处理模块，用于解析Latex形式的问题信息，生成相对应的学科符号信息及学科符号混淆项信息，并添加至动态键盘数据中；

数据筛选模块，用于对动态键盘数据进行筛选，将学科符号信息与学科符号混淆项信息进行比较去重，最终生成基于问题求解过程的动态键盘信息。

其中，数据分析及处理模块，包括：

类初始化解析模块，用于从数据库中提取包含学科符号名称与其相对应的正则表达式的映射关系的XML文档并进行解析，将解析结果存储于转化容器中；

答案处理模块，分别依次将问题信息中的题干信息和标准答案信息进行解析，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

题目类型处理模块，用于根据问题信息中的题目类型信息，从所述转化容器中提取得到相应题型的学科符号混淆项信息，并将其添加至上述动态键盘数据中。

下面，结合本发明的方法，以一个实施例进行详细说明：

已知：已知函数$f(x)＝sinx-2\sqrt{3}sin^2\frac{x}{2}$，求f(x)在区间$[0，\frac{2π}{3}]$上的最小值.标准答案为：

解：$f(x)＝sinx-2\sqrt{3}sin^2\frac{x}{2}$

$＝sinx-2\sqrt{3}\frac{1-cosx}{2}$

$＝sinx+\sqrt{3}cosx-\sqrt{3}$

$＝2sin(x+\frac{π}{3})﹣\sqrt{3}$

因为$x\in[0，\frac{2π}{3}]$，$x+\frac{π}{3}\in[\frac{π}{3}，π]$，

所以$sin(x+\frac{π}{3})\in[0，1]$，即有：$f(x)＝2sin(x+\frac{π}{3})﹣\sqrt{3}\in[﹣\sqrt{3}，2﹣\sqrt{3}]。

可解得f(x)在区间$[0，\frac{2π}{3}]$上的最小值为：$﹣\sqrt{3}$。

实例化上述例题步骤如下：

1、用户在交互界面输入所请求的学科类型及年份、地区、年级；

2、根据用户所输入的信息，得所请求学科类型为数学，数据逻辑模块根据用户的输入信息采用数据库查询化语言查询是否存在对应试卷的动态键盘信息，，如果存在，直接使用；如果不存在，从数据库找到所对应的学科题目XML数据；采用SAX解析方法解析上述XML数据，得到Latex形式的题干信息、Latex形式的标准答案信息和题目类型信息；具体为：

①题目信息为：已知函数$f(x)＝sinx-2\sqrt{3}sin^2\frac{x}{2}$，求解f(x)在区间区间$[0，\frac{2π}{3}]$上的最小值；同时将标准答案信息也提取出来；

②题目类型为解答、题目信息为代数计算题。

3、数据分析及处理模块中的答案处理模块对题干信息、标准答案信息进行解析；其中，对题干信息：已知函数$f(x)＝sinx-2\sqrt{3}sin^2\frac{x}{2}$及其问题进行解析：

①当匹配到\sqrt[]{}时，已知在latex中\sqrt对应着数学学科中的根号，对其后[]中的表达式进行解析，若无，则默认为2，可知其数学符号表达式为√，对{}中的表达式进行解析得到3，单项式为√3；

②当匹配到^时，^在latex中是上标的表示形式，得到²，形式为sin²()；

③同理对\frac{x}{2}解析得到x/2。

综上得到：题目信息为可知其含有的数学符号为f(x)、sinx、sin²x/2、除号-及数据为2√3，分解得到sin、²、2、√3(可在键盘上直接输入的略去或添加)；

同理对标准答案信息的latex形式进行解析，得到cos、∈、π以及数据0、1、3数学符号。

4、根据题目信息为解答以及类型为三角函数代数计算，题目类型处理模块从转化容器中提取得到相对应的数学符号混淆项，例如√、³、²、除号-、tan、csc、sin、cos、cot、sec、π，这部分数据也可以从XML文档中直接提取或者从数据库中得到。

5、将所得数学符号数据和数学符号混淆项数据进行比较，经去重后，得到数据0、1、2、3√3和√、sin、cos、tan、cot、sec、csc、²、³、∈、π、除号-、sin²x/2、sinx、f(x)，便是动态辅助键盘信息，生成辅助键盘，用户即可利用辅助键盘完成解答过程。

另外，还可以将本发明提供的从学科题目中挖掘所含学科符号的方法应用于远程或者现代化课堂，还可以将该方法嵌入到移动学习平台(基于iOS操作系统的平台，如iPad)，为用户提供基于移动平台的智能服务。

综上所述，基于本发明的动态虚拟键盘技术，学生在答题过程中和老师在讲解中只需点击由使用本发明所产生的键盘数据生成的符号即可，无需再去寻找，从而节省了时间，对学生的评估的误差产生了质的改变和提高了效率；同时为了使得老师对学生和学生对自己的学习曲线有所把握，我们所研制的动态辅助键盘技术可以根据题目的不同产生不同内容的键盘数据，在答题过程中成为一大助力，具有巨大的应用前景。

Claims (7)

1.基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法，其特征是，包括：

输入所求解问题的属性信息，根据所述属性信息，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；采用SAX解析方法解析所述XML形式的问题信息，得到Latex形式的问题信息，并将问题信息与对应问题编号的映射关系存储于问题信息容器中；

解析所述Latex形式的问题信息，生成相对应的学科符号信息及学科符号混淆项信息，并添加至动态键盘数据中；

筛选所述动态键盘数据，将学科符号信息与学科符号混淆项信息进行比较去重，最终生成基于问题求解过程的动态键盘信息。

2.根据权利要求1所述的基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法，其特征是，所述输入所求解问题的属性信息，根据所述属性信息，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；采用SAX解析方法解析所述XML形式的问题信息，得到Latex形式的问题信息；具体包括：

S1、输入所求解问题的属性信息；所述属性信息包括年份、地区、年级和/或学科；

S2、根据属性信息，利用数据库查询化语言查询是否存在相对应的动态键盘信息，如果存在，直接使用；如果不存在，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；所述XML形式的问题信息包括题干信息、标准答案信息和题目类型信息；

S3、采用SAX解析方法解析所述XML形式的问题信息，得到Latex形式的题干信息、Latex形式的标准答案信息和题目类型信息；

S4、将所述Latex形式的题干信息、Latex形式的标准答案信息和题目类型信息与对应问题编号的映射关系分别存储于题干容器、标准答案容器和题目类型容器中。

3.根据权利要求1或2所述的基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法，其特征是，解析所述Latex形式的问题信息，生成相对应的学科符号，并添加至动态键盘数据中；具体包括：

S5、解析类初始化，从数据库中提取包含学科符号名称与其相对应的正则表达式的映射关系的XML文档，并进行解析，将解析结果存储于转化容器中；

S6、分别依次将问题信息中的题干信息和标准答案信息进行解析，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

S7、根据问题信息中的题目类型信息，从所述转化容器中提取得到相应题型的学科符号混淆项信息，并将其添加至上述动态键盘数据中。

4.根据权利要求3所述的基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法，其特征是，所述步骤S6具体包括：

S61、计算问题信息容器中问题信息的嵌套深度，得到问题信息中所包含的Latex形式学科符号的层数信息；

S62、分别依次将问题信息中的题干信息和标准答案信息中所嵌套的Latex形式学科符号与存储于转化容器中的正则表达式进行逐层匹配，根据匹配结果，将Latex形式学科符号分别发送至不同的学科符号转化类中进行转化，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中。

5.根据权利要求4所述的基于问题求解过程的动态键盘信息生成方法，其特征是，步骤S62具体包括：

S621、将问题信息中的题干信息或标准答案信息中的每一层所嵌套的Latex形式学科符号与存储于转化容器中的正则表达式进行匹配，如果匹配成功，嵌套深度减1，并得到与映射关系相对应的学科符号名称；

S622、根据所述学科符号名称，将Latex形式学科符号分别发送至不同的学科符号转化类中进行转化，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

S623、根据问题信息中所包含的Latex形式学科符号的层数信息，重复步骤S621-S622，直至嵌套深度为0。

6.一种基于问题求解过程的动态键盘信息生成系统，其特征是，包括：

数据逻辑模块，用于根据输入的所求解问题的属性信息，从数据库中提取相对应的XML形式的问题信息；

Latex形式问题信息生成模块，用于解析所述XML形式的问题信息，得到Latex形式的问题信息，并将问题信息与对应问题编号的映射关系存储于问题信息容器中；

数据分析及处理模块，用于解析Latex形式的问题信息，生成相对应的学科符号信息及学科符号混淆项信息，并添加至动态键盘数据中；

数据筛选模块，用于对动态键盘数据进行筛选，将学科符号信息与学科符号混淆项信息进行比较去重，最终生成基于问题求解过程的动态键盘信息。

7.根据权利要求6所述的基于问题求解过程的动态键盘信息生成系统，其特征是，所述数据分析及处理模块，包括：

类初始化解析模块，用于从数据库中提取包含学科符号名称与其相对应的正则表达式的映射关系的XML文档并进行解析，将解析结果存储于转化容器中；

答案处理模块，分别依次将问题信息中的题干信息和标准答案信息进行解析，得到学科符号信息，并将其添加至动态键盘数据中；

题目类型处理模块，用于根据问题信息中的题目类型信息，从所述转化容器中提取得到相应题型的学科符号混淆项信息，并将其添加至上述动态键盘数据中。