基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法。该方法分为四部分：首先，对教材进行分类；并应用目录对教材进行形式化及图形化描述，构建知识表达超图及知识表达链图；由相似教材目录的知识表达链图及知识表达图谱生成某门课程的知识图谱；基于路径适应性知识图谱，根据知识表达超图，进行知识关联度描述，生成既具有路径适应性描述，又具有知识相关性描述的知识图谱；根据教材的相关性，进行知识图谱的拼接，构建某学科的知识图谱。该方法能根据现有教材目录利用有向超图自动生成某个学科的路径适应性知识图谱，进而支持个性化知识路径及个性化学习过程的自动提取与生成；此外，该图谱可为编写教材及教学方案提供依据。

Automatic Generation of Path Adaptability Knowledge Map Based on Textbook Catalogue and Directed Hypergraph

【技术实现步骤摘要】
基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法
本专利技术涉及信息与网络
，具体涉及一种基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法。
技术介绍
随着计算机、网络等技术的发展以及电子教学资源的日益丰富，教学过程正在发生巨大变化。正在从传统的以教师的教为主导的教学过程转向为以学生为中心的、以学生主动学习为主的教学过程。若要实现既能充分发挥教学技术的作用，又能防止学生在学习过程中迷航的目标，就需要解决：“如何根据学习者的具体情况及其所处的资源环境状况，从长远、发展的角度为其学习制定个性化的、优化的学习方案”这一难题。由于“知识图谱”是一种描述真实世界客观存在的实体、概念及它们之间关联关系的语义网络。因此，学习路径及学习过程的生成都应该以知识图谱为依据，因而建立相应的知识图谱成为进行个性化学习路径、学习过程自动生成，进而进行个性化学习方案创建的关键。教材一般指大学的教学用书。各种教材都是按照一定的学科的内容体系，并结合学生的知识水平系统编写的。它具有内容相对稳定，阐述系统完整，表达概括清楚的特点。教材目录，是对整本教材内容的提炼和概括。每一章节的目录是每个单元的浓缩和升华。目录不仅可用作为查找课本内容页码的参考，更主要的是通过它能大致了解一本书的内容和结构。有向超图是描述多元子集多元关系的方法，它既具有图形学形象直观的特点，又具有形式化的理论基础，适合用于计算机进行表达和求解。正是由于有向超图的特点和知识领域本身的特点的一致性决定了可以应用有向超图进行知识图谱描述。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供了一种基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法，该方法能根据现有教材目录利用有向超图自动生成某个学科的路径适应性知识图谱，进而支持个性化知识路径及个性化学习过程的自动提取与生成。本专利技术的基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法。该方法分为以下四部分：首先，对教材进行分类；并应用目录对教材进行形式化及图形化描述，构建知识表达超图及知识表达链图；由相似教材目录的知识表达链图及知识表达图谱生成某门课程的知识图谱；首先，由多本相似教材的知识表达链图构建知识表达拓扑图；接下来，基于知识表达拓扑图，根据语义进行逻辑关系分析、判断，生成知识逻辑关系图；基于知识逻辑关系图，根据相应的知识表达链图进行分支选择和节点状态描述，生成路径适应性知识图谱；基于路径适应性知识图谱，根据知识表达超图，进行知识关联度描述，生成既具有路径适应性描述，又具有知识相关性描述的知识图谱；根据教材的相关性，进行知识图谱的拼接，构建某学科的知识图谱。具体而言，一种基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法，包括以下步骤：步骤1，给出本专利技术的目标是自动构建某一学科的知识图谱，即描述某一学科的所包含的知识以及知识之间的关系；确定分析对象为教材；并对分析的教材进行了限定：选择有代表性的、中国图书馆图书分类法中的自然科学类教材进行分析；并给出分析的基本前提假设：假设用于创建知识图谱的教材在知识编排及表达上是合理的；步骤2，分析教材内容与教材目录的关系，应用教材目录对教材内容进行形式化及图形化的知识描述；根据教材目录构建教材的知识表达链图及知识表达超图，其中，知识表达链图主要给出形式化及图形化的教材知识表达内容及表达顺序；知识表达超图重点给出了知识之间关联度的标定；步骤3，由多本相似教材的知识表达链图构建某课程知识表达拓扑图，该拓扑图用于表示某门课程所包含的知识元及知识的表达顺序；给出构建知识表达拓扑图的构建规则及构建过程，并给出知识表达拓扑图的形式化描述；步骤4，对知识表达拓扑图进行语义分析；根据语义给出知识的逻辑判断及处理规则，包括：统一模块的判断及处理、输入/输出逻辑“AND”和“OR”的判断及处理；并应用上述规则进行知识逻辑关系的判断及处理，构建用于表达知识元间逻辑关系的知识逻辑关系图，并给出知识逻辑关系图的形式化描述；步骤5，基于知识逻辑关系图，根据相应知识拓扑图中可行的知识表达链，应用超边进行路径选择及节点状态标定，构建路径适应性知识图谱，并给出相应的形式化描述以及由知识逻辑关系图生成路径适应性知识图谱的具体过程；步骤6，基于路径适应性知识图谱，应用知识单元超边进行知识关联性描述，构建既具有路径适应性描述，又具有知识相关性描述的知识图谱，并给出基于知识单元的关联度计算公式；步骤7，根据课程之间的依赖关系，利用教材之间的相关性，进行知识图谱的拼接，构建某学科的动态知识图谱。进一步地，所述步骤1中确定分析对象为教材包括以下几方面：方面一、给出本专利技术的目标：自动构建某一学科的知识图谱；方面二、给出本专利技术的分析对象：对中国图书馆图书分类法中的自然科学类教材进行分析；方面三、对教材进行分类：根据是否为某门课程的教材以及课程的相关性，分为：相似教材，相关教材、以及无关教材；方面四、给出分析的基本假设：用于创建知识图谱的教材所展示的知识是存在的，并且知识的编排、表达是合理的。进一步地，步骤2中，所述根据教材目录构建教材的知识表达链图及知识表达超图包括以下步骤：首先，对所分析的目录进行基本规定：所分析的目录是显示所有级别标题的目录。接下来，根据目录叶子节点的展示顺序构建知识表达链图，用于描述教材中包括的知识元及知识元的表达顺序；第三，根据父目录项及子目录项之间的关系，构建知识表达超图，并给出知识元关联度的定义；主要用于描述知识元间的关联关系；进一步地，步骤3中，所述由相似教材的知识表达链图构建知识表达拓扑图包括如下步骤：Step1.选择任意一目录的知识表达链图作为当前知识表达图；Step2.选择任意其它目录链图与当前知识表达图相比较，对于与当前知识表达图相同的节点及边则保留当前知识表达图的节点及边，对于不同于当前知识表达图的节点及边则在当前知识表达图上进行添加该节点及边；Step3.把生成的新知识表达图作为当前知识表达图；Step4.重复步骤Step2及Step3，直到比对拼接完所有的目录的知识表达链图。进一步地，步骤4中，所述基于知识表达拓扑图，根据语义进行知识的逻辑关系判断，构建知识逻辑关系图包括以下步骤：首先，给出逻辑关系图的形式化描述；接下来，基于知识表达拓扑图，给出统一模块及输入、输出逻辑关系的判断规则；第三，给出由知识表达拓扑图生成知识逻辑关系图的过程，具体过程如下：Step1.根据统一模块的判断规则，进行知识表达拓扑图中模块的识别，并把这组知识元当做一个知识元来处理；Step2.以相同的开始节点作为当前节点；Step3.进行当前节点的输入、输出统计，并进行输入/输出逻辑判断，并进行相应处理；Step4.对于当前节点，沿着它的输出边画图，有多少个输出边就创建多少个分支，并以分支链接的目的节点为当前节点，重复上述步骤，直到结束。进一步地，步骤5中，所述在知识逻辑关系图的基础上，根据实际知识表达顺序，进行分支选择和节点状态设定，构建路径适应性知识图谱，具体过程如下：首先，给出路径适应性知识图谱的形式化描述；接下来，给出控制边的选择规则；第三，给出由逻辑关系图生成路径适应性知识图谱的过程：Step1.在知识逻辑关系图上，从公共的知识元节点开始，选择相应知识表达拓扑图中任意一个可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1，给出本专利技术的目标是自动构建某一学科的知识图谱，即描述某一学科的所包含的知识以及知识之间的关系；确定分析对象为教材；并对分析的教材进行了限定：选择有代表性的、中国图书馆图书分类法中的自然科学类教材进行分析；并给出分析的基本前提假设：假设用于创建知识图谱的教材在知识编排及表达上是合理的；步骤2，分析教材内容与教材目录的关系，应用教材目录对教材内容进行形式化及图形化的知识描述；根据教材目录构建教材的知识表达链图及知识表达超图，其中，知识表达链图主要给出形式化及图形化的教材知识表达内容及表达顺序；知识表达超图重点给出了知识之间关联度的标定；步骤3，由多本相似教材的知识表达链图构建某课程知识表达拓扑图，该拓扑图用于表示某门课程所包含的知识元及知识的表达顺序；给出构建知识表达拓扑图的构建规则及构建过程，并给出知识表达拓扑图的形式化描述；步骤4，对知识表达拓扑图进行语义分析；根据语义给出知识的逻辑判断及处理规则，包括：统一模块的判断及处理、输入/输出逻辑“AND”和“OR”的判断及处理；并应用上述规则进行知识逻辑关系的判断及处理，构建用于表达知识元间逻辑关系的知识逻辑关系图，并给出知识逻辑关系图的形式化描述；步骤5，基于知识逻辑关系图，根据相应知识拓扑图中可行的知识表达链，应用超边进行路径选择及节点状态标定，构建路径适应性知识图谱，并给出相应的形式化描述以及由知识逻辑关系图生成路径适应性知识图谱的具体过程；步骤6，基于路径适应性知识图谱，应用知识单元超边进行知识关联性描述，构建既具有路径适应性描述，又具有知识相关性描述的知识图谱，并给出基于知识单元的关联度计算公式；步骤7，根据课程之间的依赖关系，利用教材之间的相关性，进行知识图谱的拼接，构建某学科的动态知识图谱。...

【技术特征摘要】
1.一种基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1，给出本发明的目标是自动构建某一学科的知识图谱，即描述某一学科的所包含的知识以及知识之间的关系；确定分析对象为教材；并对分析的教材进行了限定：选择有代表性的、中国图书馆图书分类法中的自然科学类教材进行分析；并给出分析的基本前提假设：假设用于创建知识图谱的教材在知识编排及表达上是合理的；步骤2，分析教材内容与教材目录的关系，应用教材目录对教材内容进行形式化及图形化的知识描述；根据教材目录构建教材的知识表达链图及知识表达超图，其中，知识表达链图主要给出形式化及图形化的教材知识表达内容及表达顺序；知识表达超图重点给出了知识之间关联度的标定；步骤3，由多本相似教材的知识表达链图构建某课程知识表达拓扑图，该拓扑图用于表示某门课程所包含的知识元及知识的表达顺序；给出构建知识表达拓扑图的构建规则及构建过程，并给出知识表达拓扑图的形式化描述；步骤4，对知识表达拓扑图进行语义分析；根据语义给出知识的逻辑判断及处理规则，包括：统一模块的判断及处理、输入/输出逻辑“AND”和“OR”的判断及处理；并应用上述规则进行知识逻辑关系的判断及处理，构建用于表达知识元间逻辑关系的知识逻辑关系图，并给出知识逻辑关系图的形式化描述；步骤5，基于知识逻辑关系图，根据相应知识拓扑图中可行的知识表达链，应用超边进行路径选择及节点状态标定，构建路径适应性知识图谱，并给出相应的形式化描述以及由知识逻辑关系图生成路径适应性知识图谱的具体过程；步骤6，基于路径适应性知识图谱，应用知识单元超边进行知识关联性描述，构建既具有路径适应性描述，又具有知识相关性描述的知识图谱，并给出基于知识单元的关联度计算公式；步骤7，根据课程之间的依赖关系，利用教材之间的相关性，进行知识图谱的拼接，构建某学科的动态知识图谱。2.如权利要求1所述的基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法，其特征在于：步骤1中，所述给出本发明的目标并确定分析对象，包括以下几方面：方面一、给出本发明的目标：自动构建某一学科的知识图谱；方面二、给出本发明的分析对象：对中国图书馆图书分类法中的自然科学类教材进行分析；方面三、对教材进行分类：根据是否为某门课程的教材以及课程的相关性，分为：相似教材，相关教材、以及无关教材；方面四、给出分析的基本假设：用于创建知识图谱的教材所展示的知识是存在的，并且知识的编排、表达是合理的。3.如权利要求1所述的基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法，其特征在于：步骤2中，所述根据教材目录构建教材的知识表达链图及知识表达超图包括以下步骤：首先，分析教材内容与建材目录之间的关系，并对所分析的目录进行了基本规定：所分析的目录是显示所有级别标题的目录；接下来，根据目录叶子节点的展示顺序构建知识表达链图；主要用于描述教材中包括的知识元及知识元的表达顺序；第三，根据父目录项及子目录项之间的关系，构建知识表达超图，并给出知识元关联度的定义；主要用于描述知识元间的关联关系。4.如权利要求1所述的基于教材目录和有向超图的路径适应性知识图谱自动生成方法，其特征在于：步骤3中，所述由相似教材的知识表达链图构建知识表达拓扑图包括如下步骤：Step1.选择相似教材中任意一目录的知识表达链图作为当前知识表达图；Step2.选择相似教材中任意其它目录链图与当前知识表达图相比较，对于存在于当前知识表达图中的节点及边则保留当前知识表达图中的该节点及边；对于不存在于当前知识表达图的节点及边则在当前知识表达图上进行添加该节点及边；St...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雪冬，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44