本發(fā)明是一種基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)者能力建模與學(xué)習(xí)過(guò)程優(yōu)化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜對(duì)學(xué)習(xí)者的能力進(jìn)行建模，依據(jù)學(xué)習(xí)者模型向?qū)W習(xí)者推薦學(xué)習(xí)資源，主要用于使學(xué)習(xí)者花費(fèi)最少時(shí)間和精力（假定時(shí)間、精力均勻分布，單位時(shí)間和精力獲得的知識(shí)一樣多）得到最高效的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，關(guān)注學(xué)習(xí)者特征和學(xué)習(xí)需求差異，因材施教，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，屬于分布式計(jì)算和軟件工程學(xué)技術(shù)交叉領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)對(duì)人們的知識(shí)掌握程度提出了更高的要求，在線學(xué)習(xí)面臨的問(wèn)題是網(wǎng)上數(shù)據(jù)龐雜，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者難以快速找到適合自己的學(xué)習(xí)資源。隨著學(xué)習(xí)資源日益豐富，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中面臨“信息過(guò)載”和“信息迷航”問(wèn)題，如何滿足學(xué)習(xí)者個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，成為在線教育面臨的重要挑戰(zhàn)之一。個(gè)性化推薦在深入分析用戶行為習(xí)慣和興趣愛(ài)好的基礎(chǔ)上，建立學(xué)習(xí)者模型，有針對(duì)性地向?qū)W習(xí)者推薦網(wǎng)絡(luò)資源。學(xué)習(xí)者建模是個(gè)性化推薦技術(shù)的關(guān)鍵。當(dāng)前主流的學(xué)習(xí)者建模方法大體基于兩種思路：一是根據(jù)學(xué)習(xí)者訪問(wèn)行為的相似度；二是根據(jù)學(xué)習(xí)者訪問(wèn)資源的主題內(nèi)容相似度。適應(yīng)性學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)程教育發(fā)展質(zhì)的飛躍，其直接原因是以計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程通信和認(rèn)知科學(xué)結(jié)合的知識(shí)媒體的綜合運(yùn)用。適應(yīng)性學(xué)習(xí)能根據(jù)學(xué)習(xí)者的特征選擇合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法作為推薦。

隨著智能化和個(gè)性化信息服務(wù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，知識(shí)圖譜被廣泛地應(yīng)用于智能搜索、智能問(wèn)答、個(gè)性化推薦等領(lǐng)域。知識(shí)圖譜已經(jīng)成為用標(biāo)記的有向圖形式表示知識(shí)的強(qiáng)大工具，并給出文本信息的語(yǔ)義。知識(shí)圖譜是通過(guò)將每個(gè)項(xiàng)目、實(shí)體或用戶作為結(jié)點(diǎn)表示，并且通過(guò)邊緣將彼此相互作用的那些結(jié)點(diǎn)鏈接起來(lái)構(gòu)造的圖形。結(jié)點(diǎn)之間的邊可以表示任意關(guān)系。學(xué)習(xí)點(diǎn)是學(xué)習(xí)活動(dòng)中傳遞數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)的基本單元，單獨(dú)的學(xué)習(xí)點(diǎn)應(yīng)能體現(xiàn)知識(shí)內(nèi)容本身的局部完整性，學(xué)習(xí)點(diǎn)的集合能保證專業(yè)知識(shí)體系的全局完整性。學(xué)習(xí)點(diǎn)之間的關(guān)系是連接學(xué)習(xí)點(diǎn)的紐帶，使分散的學(xué)習(xí)點(diǎn)形成相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出了一種基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)者能力建模與學(xué)習(xí)過(guò)程優(yōu)化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法，在深入分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為的基礎(chǔ)上，從數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)三個(gè)角度評(píng)估學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)情況，有針對(duì)性地為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)高效的導(dǎo)學(xué)策略，考慮學(xué)習(xí)者特征的差異，因材施教，保證學(xué)習(xí)者按需學(xué)習(xí)、高效學(xué)習(xí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)者能力建模與學(xué)習(xí)過(guò)程優(yōu)化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法，本方法是一種策略性方法，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行建模，評(píng)估學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力，有針對(duì)性地向?qū)W習(xí)者推薦合理的學(xué)習(xí)點(diǎn)內(nèi)容和學(xué)習(xí)策略，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，幫助學(xué)習(xí)者提高學(xué)習(xí)效率，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果。

技術(shù)方案：本發(fā)明是一種策略性方法，基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行能力建模，根據(jù)學(xué)習(xí)者投入決定對(duì)學(xué)習(xí)者能力的評(píng)估程度，可以應(yīng)用于為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)，有助于解決網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境下，大量學(xué)習(xí)資源導(dǎo)致的認(rèn)知過(guò)載和學(xué)習(xí)迷航問(wèn)題。在一個(gè)知識(shí)點(diǎn)圖譜上，本發(fā)明假設(shè)學(xué)習(xí)者單位時(shí)間下和單位精力可學(xué)知識(shí)是固定的，知識(shí)圖譜上的結(jié)點(diǎn)不一定是獨(dú)立的。

體系結(jié)構(gòu)

圖1給出了一種基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)者能力建模與學(xué)習(xí)過(guò)程優(yōu)化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法的體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況進(jìn)行建模，從數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)的角度對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行綜合評(píng)估，在學(xué)習(xí)點(diǎn)處理框架上做相應(yīng)標(biāo)記，獲取到學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)后對(duì)其未學(xué)學(xué)習(xí)點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃，推薦完整的學(xué)習(xí)路徑，并及時(shí)獲取學(xué)習(xí)者反饋，更新學(xué)習(xí)者模型，動(dòng)態(tài)管理和調(diào)整學(xué)習(xí)策略。下面給出數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜的具體說(shuō)明。

本發(fā)明定義datagraphdik為：

datagraphdik:=collection{array,list,stack,queue,tree,graph}；

datagraphdik是各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括數(shù)組（array）、鏈表（list）、棧（stack）、隊(duì)列（queue）、樹(shù)（tree）和圖（graph）等的集合（collection）。datagraphdik只能對(duì)圖譜上表示的datadik進(jìn)行靜態(tài)分析，無(wú)法分析和預(yù)測(cè)datadik的動(dòng)態(tài)變化。

本發(fā)明定義informationgraphdik為：

informationgraphdik:=combination{relateddatadik}；

informationgraphdik是相互關(guān)聯(lián)的datadik（relateddatadik）的組合（combination），informationdik是通過(guò)datadik和datadik組合之后的上下文傳達(dá)的，經(jīng)過(guò)概念映射和相關(guān)關(guān)系組合之后的適合分析和解釋的信息。在informationgraphdik上進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，消除冗余數(shù)據(jù)。

本發(fā)明定義knowledgegraphdik為：

knowledgegraphdik:=collection{statisticalrules}；

knowledgegraphdik實(shí)質(zhì)是語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和由informationdik總結(jié)出的統(tǒng)計(jì)規(guī)則（statisticalrules）的集合（collection）。knowledgegraphdik蘊(yùn)含豐富的語(yǔ)義關(guān)系，在knowledgegraphdik上能通過(guò)信息推理和實(shí)體鏈接提高knowledgegraphdik的邊密度和結(jié)點(diǎn)密度，knowledgegraphdik的無(wú)結(jié)構(gòu)特性使得其自身可以無(wú)縫鏈接。信息推理需要有相關(guān)關(guān)系規(guī)則的支持，這些規(guī)則可以由人手動(dòng)構(gòu)建，但往往耗時(shí)費(fèi)力，得到復(fù)雜關(guān)系中的所有推理規(guī)則更加困難。使用路徑排序算法將每個(gè)不同的關(guān)系路徑作為一維特征，通過(guò)在knowledgegraphdik中構(gòu)建大量的關(guān)系路徑來(lái)構(gòu)建關(guān)系分類的特征向量和關(guān)系分類器來(lái)提取關(guān)系。關(guān)系的正確度cr可以通過(guò)以下公式衡量，q表示實(shí)體e1到實(shí)體e2的所有關(guān)系，π表示一類關(guān)系，表示關(guān)系的權(quán)重，可由訓(xùn)練得出，最后正確度超過(guò)某一閾值后認(rèn)為該關(guān)系成立。

學(xué)習(xí)者模型：學(xué)習(xí)者模型中包含學(xué)習(xí)者的基本信息和學(xué)習(xí)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息。基本信息包括學(xué)習(xí)者的專業(yè)、文化程度等個(gè)人信息及其感興趣的學(xué)習(xí)資源。學(xué)習(xí)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息包括學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為，在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷更新學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)資源的掌握情況，并評(píng)估學(xué)習(xí)者能力的變化。

有益效果

本發(fā)明方法提出了一種基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)者能力建模與學(xué)習(xí)過(guò)程優(yōu)化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法。具有如下一些顯著優(yōu)點(diǎn)：

（1）合理配置資源，提高學(xué)習(xí)資源的使用效率：學(xué)習(xí)資源的合理配置和有效使用是我國(guó)遠(yuǎn)程教育發(fā)展的重要內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)上的學(xué)習(xí)資源豐富，質(zhì)量良莠不齊，基于知識(shí)圖譜的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)點(diǎn)推薦幫助學(xué)習(xí)者按需學(xué)習(xí)，不必花費(fèi)大量時(shí)間在海量的資源中尋找自己需要的學(xué)習(xí)資源；

（2）為學(xué)習(xí)者指引學(xué)習(xí)方向，避免知識(shí)迷航：向?qū)W習(xí)者推薦和優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑，提供學(xué)習(xí)高效的策略，幫助學(xué)習(xí)者建立合適的知識(shí)體系，使學(xué)習(xí)者有針對(duì)性的進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率；

（3）通過(guò)分析建立不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，建立學(xué)習(xí)者模型，有針對(duì)性地為不同學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)；

（4）根據(jù)外界學(xué)習(xí)環(huán)境，動(dòng)態(tài)調(diào)整知識(shí)點(diǎn)分布和學(xué)習(xí)路徑。

附圖說(shuō)明

圖1是基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)者能力建模與學(xué)習(xí)過(guò)程優(yōu)化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法的框架圖。

圖2是基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)者能力建模與學(xué)習(xí)過(guò)程優(yōu)化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

一種基于數(shù)據(jù)圖譜、信息圖譜和知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)者能力建模與學(xué)習(xí)過(guò)程優(yōu)化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法的具體實(shí)施方案為：

步驟1)對(duì)應(yīng)于圖2中步驟001，根據(jù)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中瀏覽的學(xué)習(xí)資源以及學(xué)習(xí)行為自動(dòng)構(gòu)建學(xué)習(xí)者模型，對(duì)學(xué)習(xí)者掌握的學(xué)習(xí)點(diǎn)資源實(shí)例進(jìn)行建模，學(xué)習(xí)點(diǎn)資源實(shí)例包括數(shù)據(jù)資源、信息資源和知識(shí)資源；

步驟2)對(duì)應(yīng)于圖2中步驟002，根據(jù)學(xué)習(xí)者投入確定對(duì)步驟1建立的學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)點(diǎn)的掌握情況模型進(jìn)行取樣遍歷。本發(fā)明設(shè)定基于數(shù)據(jù)圖譜的遍歷只考慮數(shù)據(jù)圖譜上學(xué)習(xí)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，數(shù)量越多，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力越強(qiáng)；

(1)

其中表示在數(shù)據(jù)圖譜上結(jié)點(diǎn)數(shù)量對(duì)學(xué)習(xí)者能力評(píng)估的影響；

步驟3)僅考慮學(xué)習(xí)者掌握的學(xué)習(xí)點(diǎn)的數(shù)量，不足以準(zhǔn)確衡量學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力。對(duì)應(yīng)于圖2中步驟003，在信息圖譜上評(píng)估學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力，根據(jù)公式2計(jì)算：

(2)

其中表示在信息圖譜上結(jié)點(diǎn)之間的交互度對(duì)學(xué)習(xí)者能力評(píng)估的影響，kpi_link表示與kpi相連的出邊的數(shù)量，避免兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間交互次數(shù)重復(fù)計(jì)算；

步驟4)知識(shí)圖譜表達(dá)了結(jié)點(diǎn)之間的具體語(yǔ)義關(guān)系，不同的關(guān)系有不同的權(quán)重，表示從先序?qū)W習(xí)點(diǎn)到掌握后序?qū)W習(xí)點(diǎn)學(xué)習(xí)者能力的提高程度，對(duì)應(yīng)于圖2中步驟004，基于知識(shí)圖譜衡量學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力，可根據(jù)公式3計(jì)算：

(3)

步驟5)對(duì)應(yīng)于圖2中步驟005，根據(jù)已有知識(shí)體系資源構(gòu)建有向的學(xué)習(xí)點(diǎn)知識(shí)圖譜，006通過(guò)大數(shù)據(jù)訓(xùn)練得出學(xué)習(xí)者群體學(xué)習(xí)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)所要花費(fèi)時(shí)間和精力的平均水平，即學(xué)習(xí)投入，作為學(xué)習(xí)點(diǎn)的權(quán)重在圖譜上做出標(biāo)記；

步驟6)對(duì)應(yīng)于圖2中步驟007，獲取學(xué)習(xí)者預(yù)期學(xué)習(xí)投入（expected_effort）和學(xué)習(xí)目標(biāo)。學(xué)習(xí)投入是指學(xué)習(xí)者計(jì)劃可以為達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)投入的時(shí)間和精力，并根據(jù)公式7計(jì)算預(yù)期學(xué)習(xí)效率expected_effi，其中total_know是指目標(biāo)知識(shí)包含的知識(shí)點(diǎn)總量：

(7)；

步驟7)對(duì)應(yīng)于圖2中步驟008，在資源處理框架上標(biāo)記學(xué)習(xí)者已學(xué)知識(shí)和目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)；

步驟8)對(duì)應(yīng)于圖2中步驟009，依賴于步驟7所得到的結(jié)果，遍歷圖譜找出目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的所有先序結(jié)點(diǎn)；

步驟9)將步驟8產(chǎn)生的所有未學(xué)知識(shí)點(diǎn)，將存在或關(guān)系的知識(shí)結(jié)點(diǎn)按學(xué)習(xí)該知識(shí)點(diǎn)所需學(xué)習(xí)投入（即權(quán)重）進(jìn)行排序；

步驟10)對(duì)應(yīng)于圖2中步驟010，規(guī)劃未學(xué)的先序?qū)W習(xí)點(diǎn)。對(duì)于存在涵蓋關(guān)系的結(jié)點(diǎn)，假定結(jié)點(diǎn)a涵蓋結(jié)點(diǎn)b和結(jié)點(diǎn)c所含知識(shí)，判斷結(jié)點(diǎn)b和結(jié)點(diǎn)c是否都是學(xué)習(xí)者為達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)所需要的知識(shí)。若需要，計(jì)算學(xué)習(xí)結(jié)點(diǎn)a和同時(shí)學(xué)習(xí)結(jié)點(diǎn)b和結(jié)點(diǎn)c所需的時(shí)間和精力；若不需要，選擇需要時(shí)間和精力較少的結(jié)點(diǎn)添加到學(xué)習(xí)路徑中；

步驟11)對(duì)應(yīng)于圖2中步驟011，輸出完整的學(xué)習(xí)路徑，推薦給學(xué)習(xí)者；

步驟12)對(duì)應(yīng)于圖2中步驟012，在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程中，不斷獲取學(xué)習(xí)者的反饋，并監(jiān)測(cè)外部學(xué)習(xí)環(huán)境的變化；

步驟13)根據(jù)步驟13得到的結(jié)果，根據(jù)公式8計(jì)算學(xué)習(xí)者實(shí)際學(xué)習(xí)效率actual_effi，got_know表示學(xué)習(xí)者已學(xué)到的學(xué)習(xí)點(diǎn)，actual_effort是學(xué)習(xí)者的實(shí)際學(xué)習(xí)投入，并統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)者的能力變化，對(duì)應(yīng)于圖2中步驟013，更新學(xué)習(xí)者模型；根據(jù)外部學(xué)習(xí)環(huán)境的變化，更新處理資源框架：

(8)；

步驟14)根據(jù)步驟13得到的更新后的學(xué)習(xí)者模型，根據(jù)學(xué)習(xí)者當(dāng)前學(xué)習(xí)狀況重新規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑。