CN110737776A - 一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统 - Google Patents

一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，包括：学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块、数据链接模块、数据运算模块、数据运行模块。本发明一方面可根据据学员各自需求、知识储备情况有针对性为学员制订相应的学习计划及学习规划，从而达到贴合学员学习能力及学习习惯需要，另一方面有效对学习内容进行有效组合，提高个学科知识内容间融合性，将各知识点进行合理组合构建高效的知识网，提高知识网内知识点分布合理性和知识网覆盖内容的全面，以满足不同学习需要及灵活调整学习需求的需要，并最终达到提高学员学习时的便捷性和灵活性。

Description

一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统
技术领域
本发明涉及一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，属人工智能技术领域。
背景技术
当前随着信息技术、网络技术、数据云处理技术及人工智能技术的发展，加之当前学习知识内容极大的丰富，且相关学科间存在大量的知识交叉情况，当前通过知识图谱为学员进行学习内容规划，制订学习方案在教学培训工作及自学等领域中得到了广泛的应用。
但在实际使用中发现，当前在学习、教学领域中所引入的知识图谱辅助系统及方法，一方面往往仅停留在理论研究阶段，如申请号为“2018110425646”的“一种基于实体和关系结构信息的知识图谱表示学习方法”和申请号为“2017103950673”的“一种基于知识图谱的目标驱动的学习点和学习路径推荐方法”，该类技术均不同程度缺乏满足实际操作的能力，无法有效满足实际操作的需要；另一方面当前所使用的知识图谱系统引入到教学活动中时，对学员学习基本情况及教学知识覆盖面均相对较窄，如申请号为“2017106765636”的“一种基于课堂教学内容的知识图谱构建、对比系统及方法”，因此制订的学习计划往往通用性和使用灵活性差，不能根据学员及教学知识结构调整灵活调整，依然无法有效满足实际工作的需要。
因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的基于知识图谱的学习规划系统，以满足实际使用的需要。
发明内容
本发明目的就在于克服上述不足，提供一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，提高个学科知识内容间融合性，将各知识点进行合理组合构建高效的知识网，提高知识网内知识点分布合理性和知识网覆盖内容的全面，以满足不同学习需要及灵活调整学习需求的需要，并最终达到提高学员学习时的便捷性和灵活性。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，包括：
学科资料采集模块：对当前待学习学科进行分类，并分别采集分类后各学科每个学习章明处数据、学习重点数据及与该学科直接关联学科的整体介绍数据、学习章明处数据、学习重点数据，以当前待学习学科位单元，为每个待学习学科构建一个学科资料数据单元；
学员信息采集模块，分别采集每个学员基本信息数据、当前各学科知识结构数据及待学习方向目标学科数据，并以学员位单位为每个学员份别构建一个学员学习状态数据单元；
评测需求采集模块：以当前学员知识结构数据为基础，一方面对学员所有待学习方向目标学科需求强烈程度进行分析，另一方面对当前学员知识结构与当前待学习学科中每个学习章明处数据、学习重点数据进行评测，分析学员当前知识结构占当前待学习学科整体学习内容比例，并根据所占比例从高到低，分别为当前待学习学科的难易程度进行从易到难进行划分；
知识图谱构建模块：构建每个学科资料数据单元的待学习知识结构知识图谱；构建每个学员学习状态数据单元的待学习知识结构知识图谱；构建当前学员学习状态数据单元与待学习学科资料数据单元间数据重叠内容知识图谱；
数据链接模块：一方面将构建的各知识图谱与相应的数据库建立连接；另一方面讲各知识图谱间通过关键词建立数据链接；
数据运算模块：为学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块运行提供数据采集、数据统计、数据比对及数据编码译码运算函数；
数据运行模块：一方面为学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块、数据链接模块、数据运算模块进行整体数据连接、调取及运行驱动；另一方面提供用户操控交互界面。
进一步的，所述的学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块、数据链接模块、数据运算模块均位于基于云计算平台及AI平台中任意一种为基础的数据服务器中，其中所述学科资料采集模块、学员信息采集模块均若干，另分别加载在若干操控终端中，所述操控终端与数据服务器通过通讯网络相互连接并分别与数据服务器相互连接，且数据服务器通过通讯网络与外部数据库相互连接。
进一步的，所述的操控终端为个人计算机、工业计算机、移动通讯终端中及与个人计算机、工业计算机、移动通讯终端连接的摄像头、扫描仪等信息录入设备的任意一种。
进一步的，所述的目标实体采集模块中，当前待学习学科进行分类中个及两个以上存在知识交叉融合情况时，通过关键词由知识图谱构建模块为相关联当前待学习学科构建二级待学习知识结构知识图谱，同时通过二级待学习知识结构知识图谱将与二级待学习知识结构知识图谱中各当前待学习学科存在数据关联的各待学习知识结构知识图谱及各数据重叠内容知识图谱分别建立数据链接，构成三级学习信息交互知识图谱。
进一步的，所述的知识图谱构建模块，所构建的知识图谱采用Top-down和Bottom-up两种方式中的任意一种或两种同时使用；包括Curated KBs和Extracted KBs中任意一种及两种公用类型；并包括逻辑构架及技术构架中任意一种或两种公用的构架结构。
进一步的，所述的数据链接模块通过Oracle、DB2、Microsoft SQL Server、Microsoft Access、MySQ数据中任意一种或几种同时使用进行数据链接。
进一步的，所述的数据运算模块包括相似度计算函数、数据关联计算函数、概率计算函数及数据集合。
进一步的，所述的数据运行模块为基于windows系统平台、Linux系统平台、Android系统平台及iOS系统平台中任意一种。
本发明系统构成结构简单，使用灵活性方便，通用性好，知识覆盖面广且知识点调整灵活方便，运行效率高，自动化、智能化程度高，一方面可根据据学员各自需求、知识储备情况有针对性为学员制订相应的学习计划及学习规划，从而达到贴合学员学习能力及学习习惯需要，另一方面有效对学习内容进行有效组合，提高个学科知识内容间融合性，将各知识点进行合理组合构建高效的知识网，提高知识网内知识点分布合理性和知识网覆盖内容的全面，以满足不同学习需要及灵活调整学习需求的需要，并最终达到提高学员学习时的便捷性和灵活性，防止相似知识点间重复学习培训，提高整体学习效率、学习质量并降低学习投入成本及工作强度的目的。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明配套硬件设备后工作系统结构示意图；
图3为目标实体采集模块进行信息采集是工作步骤流程图。
图4为本发明具体是实施方法流程示意图。
具体实施方式
如图1-4所示一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，包括：
学科资料采集模块：对当前待学习学科进行分类，并分别采集分类后各学科每个学习章明处数据、学习重点数据及与该学科直接关联学科的整体介绍数据、学习章明处数据、学习重点数据，以当前待学习学科位单元，为每个待学习学科构建一个学科资料数据单元；
学员信息采集模块，分别采集每个学员基本信息数据、当前各学科知识结构数据及待学习方向目标学科数据，并以学员位单位为每个学员份别构建一个学员学习状态数据单元；
评测需求采集模块：以当前学员知识结构数据为基础，一方面对学员所有待学习方向目标学科需求强烈程度进行分析，另一方面对当前学员知识结构与当前待学习学科中每个学习章明处数据、学习重点数据进行评测，分析学员当前知识结构占当前待学习学科整体学习内容比例，并根据所占比例从高到低，分别为当前待学习学科的难易程度进行从易到难进行划分；
知识图谱构建模块：构建每个学科资料数据单元的待学习知识结构知识图谱；构建每个学员学习状态数据单元的待学习知识结构知识图谱；构建当前学员学习状态数据单元与待学习学科资料数据单元间数据重叠内容知识图谱；
数据链接模块：一方面将构建的各知识图谱与相应的数据库建立连接；另一方面讲各知识图谱间通过关键词建立数据链接；
数据运算模块：为学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块运行提供数据采集、数据统计、数据比对及数据编码译码运算函数；
数据运行模块：一方面为学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块、数据链接模块、数据运算模块进行整体数据连接、调取及运行驱动；另一方面提供用户操控交互界面。
其中，所述的学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块、数据链接模块、数据运算模块均位于基于云计算平台及AI平台中任意一种为基础的数据服务器中，其中所述学科资料采集模块、学员信息采集模块均若干，另分别加载在若干操控终端中，所述操控终端与数据服务器通过通讯网络相互连接并分别与数据服务器相互连接，且数据服务器通过通讯网络与外部数据库相互连接，其中所述的操控终端为个人计算机、工业计算机、移动通讯终端中及与个人计算机、工业计算机、移动通讯终端连接的摄像头、扫描仪等信息录入设备的任意一种。
重点说明的，所述的目标实体采集模块中，当前待学习学科进行分类中个及两个以上存在知识交叉融合情况时，通过关键词由知识图谱构建模块为相关联当前待学习学科构建二级待学习知识结构知识图谱，同时通过二级待学习知识结构知识图谱将与二级待学习知识结构知识图谱中各当前待学习学科存在数据关联的各待学习知识结构知识图谱及各数据重叠内容知识图谱分别建立数据链接，构成三级学习信息交互知识图谱。
此外，所述的知识图谱构建模块，所构建的知识图谱采用Top-down和Bottom-up两种方式中的任意一种或两种同时使用；包括Curated KBs和Extracted KBs中任意一种及两种公用类型；并包括逻辑构架及技术构架中任意一种或两种公用的构架结构；所述的数据链接模块通过Oracle、DB2、Microsoft SQL Server、Microsoft Access、MySQ数据中任意一种或几种同时使用进行数据链接。
进一步优化的，所述的数据运算模块包括相似度计算函数、数据关联计算函数、概率计算函数及数据集合。
进一步优化的，所述的数据运行模块为基于windows系统平台、Linux系统平台、Android系统平台及iOS系统平台中任意一种。
此外，在本发明具体实施中，其中通过学科资料采集模块和学员信息采集模块进行信息采集作业时：
S1，基础数据采集，通过工作人员借助操控终端直接对当前待评测实体已知信息进行录入，并保存在数据服务器中作为基础数据备用；
S2，拓展信息采集，完成S1步骤后，一方面由数据服务器通过外部通讯网络，在全网范围内对当前待学习学科知识内容及与当前待学习学科存在知识交叉的学科进行统一检索并录入；另一方面根据当前学习培训精度，对信息进行更新，最后将采集后的数据在数据服务器中作为拓展信息备用；
S3，信息合并，完成S2步骤后，通过数据运算模块首先对基础数据、拓展信息备进行相似度计算、数据分布概率计算，最后通过数据关联计算对基础数据备和拓展信息备进行合并，形成评测基础数据，同时根据拓展信息来源数据库，由数据链接模块实现数据服务器数据库与拓展信息来源数据库间信息链接。
经过以上三个步骤完成对待评测实体进行信息采集作业，且在完成信息采集种，S1步骤中基础数据采集和S2拓展信息采集作业时，一方面集中在1-24小时内连续进行数据录入；另一方面以1-3天/次频率进行补充录入，且每完成一次补充录入均进行一次S3步骤的信息合并作业。
此外，本发明在具体实施中，
第一步，数据采集，分别通过学科资料采集模块和学员信息采集模块，一方面对习学科知识点及与当前待学习学科存在知识交叉的相关学科知识内容进行采集录入，另一对参与学习培训学员的基本信息数据、当前各学科知识结构数据及待学习方向目标学科进行统计；
第二步，生成知识图谱，完成S1步骤后，并以S1步骤采集数据为基础由数据运算模块、评测需求采集模块、数据运算模块，分别生成每个学科资料数据单元的待学习知识结构知识图谱；构建每个学员学习状态数据单元的待学习知识结构知识图谱；构建当前学员学习状态数据单元与待学习学科资料数据单元间数据重叠内容知识图谱；
同时目标实体采集模块中，当前待学习学科进行分类中个及两个以上存在知识交叉融合情况时，通过关键词由知识图谱构建模块为相关联当前待学习学科构建二级待学习知识结构知识图谱，同时通过二级待学习知识结构知识图谱将与二级待学习知识结构知识图谱中各当前待学习学科存在数据关联的各待学习知识结构知识图谱及各数据重叠内容知识图谱分别建立数据链接，构成三级学习信息交互知识图谱；
第三步，数据交互，完成第二部后，通过数据链接模块根据管检测，一方面实现对S2步骤中生成的各知识图谱间建立数据连接，另一方面根据S2步骤中生成的各知识图谱中涉及到的知识点，与外部相应知识点数据存储服务器间建立数据链接；
第四步，生成学习规划，利用评测需求采集模块、数据运算模块对S3步骤数据进行优化处理，然后生成初步规划路径，并将初步规划路径通过数据运行模块输出，然后由学习人员根据自身需要，对初步规划路径进行手动调整并确认，然后将调整后的划路径由数据运行模块再次录入并保存，同时根据保存后的规划路径调整第二步的各知识图谱结构，从而得到最终学习规划。
本发明系统构成结构简单，使用灵活性方便，通用性好，知识覆盖面广且知识点调整灵活方便，运行效率高，自动化、智能化程度高，一方面可根据据学员各自需求、知识储备情况有针对性为学员制订相应的学习计划及学习规划，从而达到贴合学员学习能力及学习习惯需要，另一方面有效对学习内容进行有效组合，提高个学科知识内容间融合性，将各知识点进行合理组合构建高效的知识网，提高知识网内知识点分布合理性和知识网覆盖内容的全面，以满足不同学习需要及灵活调整学习需求的需要，并最终达到提高学员学习时的便捷性和灵活性，防止相似知识点间重复学习培训，提高整体学习效率、学习质量并降低学习投入成本及工作强度的目的。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，其特征在于：所述的基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统包括：
学科资料采集模块：对当前待学习学科进行分类，并分别采集分类后各学科每个学习章明处数据、学习重点数据及与该学科直接关联学科的整体介绍数据、学习章明处数据、学习重点数据，以当前待学习学科位单元，为每个待学习学科构建一个学科资料数据单元；
学员信息采集模块，分别采集每个学员基本信息数据、当前各学科知识结构数据及待学习方向目标学科数据，并以学员位单位为每个学员份别构建一个学员学习状态数据单元；
评测需求采集模块：以当前学员知识结构数据为基础，一方面对学员所有待学习方向目标学科需求强烈程度进行分析，另一方面对当前学员知识结构与当前待学习学科中每个学习章明处数据、学习重点数据进行评测，分析学员当前知识结构占当前待学习学科整体学习内容比例，并根据所占比例从高到低，分别为当前待学习学科的难易程度进行从易到难进行划分；
知识图谱构建模块：构建每个学科资料数据单元的待学习知识结构知识图谱；构建每个学员学习状态数据单元的待学习知识结构知识图谱；构建当前学员学习状态数据单元与待学习学科资料数据单元间数据重叠内容知识图谱；
数据链接模块：一方面将构建的各知识图谱与相应的数据库建立连接；另一方面讲各知识图谱间通过关键词建立数据链接；
数据运算模块：为学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块运行提供数据采集、数据统计、数据比对及数据编码译码运算函数；
数据运行模块：一方面为学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块、数据链接模块、数据运算模块进行整体数据连接、调取及运行驱动；另一方面提供用户操控交互界面。
2.根据权利要求1所述的一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，其特征在于：所述的学科资料采集模块、学员信息采集模块、评测需求采集模块、知识图谱构建模块、数据链接模块、数据运算模块均位于基于云计算平台及AI平台中任意一种为基础的数据服务器中，其中所述学科资料采集模块、学员信息采集模块均若干，另分别加载在若干操控终端中，所述操控终端与数据服务器通过通讯网络相互连接并分别与数据服务器相互连接，且数据服务器通过通讯网络与外部数据库相互连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，其特征在于：所述的操控终端为个人计算机、工业计算机、移动通讯终端中及与个人计算机、工业计算机、移动通讯终端连接的摄像头、扫描仪等信息录入设备的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，其特征在于：所述的目标实体采集模块中，当前待学习学科进行分类中个及两个以上存在知识交叉融合情况时，通过关键词由知识图谱构建模块为相关联当前待学习学科构建二级待学习知识结构知识图谱，同时通过二级待学习知识结构知识图谱将与二级待学习知识结构知识图谱中各当前待学习学科存在数据关联的各待学习知识结构知识图谱及各数据重叠内容知识图谱分别建立数据链接，构成三级学习信息交互知识图谱。
5.根据权利要求1所述的一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，其特征在于：所述的知识图谱构建模块，所构建的知识图谱采用Top-down和Bottom-up两种方式中的任意一种或两种同时使用；包括Curated KBs和Extracted KBs中任意一种及两种公用类型；并包括逻辑构架及技术构架中任意一种或两种公用的构架结构。
6.根据权利要求1所述的一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，其特征在于：所述的数据链接模块通过Oracle、DB2、Microsoft SQL Server、Microsoft Access、MySQ数据中任意一种或几种同时使用进行数据链接。
7.根据权利要求1所述的一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，其特征在于：所述的数据运算模块包括相似度计算函数、数据关联计算函数、概率计算函数及数据集合。
8.根据权利要求1所述的一种基于知识图谱和目标本体的路径学习规划系统，其特征在于：所述的数据运行模块为基于windows系统平台、Linux系统平台、Android系统平台及iOS系统平台中任意一种。
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