本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理，具體涉及一種基于數(shù)據(jù)分析的教材內(nèi)容可視化系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化教材的使用越來越普遍。然而，傳統(tǒng)的教材內(nèi)容通常以文本為主，缺乏直觀的可視化展示方式，難以充分調(diào)動學生的學習興趣和提高學習效率，也未有對學生對知識點掌握過程的可視化展示。同時，隨著教學內(nèi)容的不斷增加，教師在備課和教學過程中需要花費大量時間進行內(nèi)容整理和分析。

2、有鑒于此，需要提供一種基于數(shù)據(jù)分析的教材內(nèi)容可視化系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)據(jù)分析的教材內(nèi)容可視化系統(tǒng)，解決以下技術(shù)問題：通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合知識圖譜和強化學習對教材內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化處理，并以可視化方式展示知識點最優(yōu)學習路徑，以有效提高學習效率和教學質(zhì)量。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種基于數(shù)據(jù)分析的教材內(nèi)容可視化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

4、第一獲取模塊，用于獲取數(shù)字化教材內(nèi)容；

5、第一數(shù)據(jù)分析模塊，用于基于所述數(shù)字化教材內(nèi)容進行數(shù)據(jù)分析，獲得對所述數(shù)字化教材內(nèi)容的語義分析結(jié)果、知識點提取結(jié)果和結(jié)構(gòu)化處理結(jié)果；

6、圖譜構(gòu)建模塊，用于基于所述語義分析結(jié)果、知識點提取結(jié)果和結(jié)構(gòu)化處理結(jié)果，構(gòu)建初始知識圖譜；

7、第二獲取模塊，用于獲取多個學生的電子試卷；

8、第二數(shù)據(jù)分析模塊，用于基于所述電子試卷進行數(shù)據(jù)分析，獲得每個學生在不同知識點對應試題的得分情況；

9、圖譜更新模塊，用于基于所述得分情況對所述初始知識圖譜進行更新，得到當前知識圖譜；

10、第一確定模塊，用于確定所述當前知識圖譜相較于所述初始知識圖譜在拓撲結(jié)構(gòu)上的拓撲變化程度；

11、第二確定模塊，用于基于所述拓撲變化程度，確定強化學習的獎勵函數(shù)：

12、；

13、其中，rt為所述強化學習的獎勵函數(shù)，α為學習率，γ為折扣因子，是學生在當前時間t的學習進步，tcha（gt）為所述拓撲變化程度，et為學生的錯誤率；

14、學習路徑確定模塊，用于獲取所述強化學習獎勵函數(shù)的獎懲值，并通過預設(shè)的q值更新公式確定最優(yōu)學習路徑；

15、可視化模塊，用于基于當前知識圖譜和所述最優(yōu)學習路徑，確定可視化教學內(nèi)容并顯示；其中，所述可視化教學內(nèi)容至少包括以圖形結(jié)構(gòu)展示的與所述最優(yōu)學習路徑對應的知識點。

16、作為本發(fā)明進一步的方案，所述預設(shè)的q值更新公式通過以下方式確定：

17、基于所述當前知識圖譜，確定用于所述強化學習的狀態(tài)定義st=（kt，pt，et，lt，gt）；其中，kt表示學生已掌握的知識點集，pt表示學生當前的學習進度，et表示學生的錯誤類型與頻率，lt表示學生對知識點的信心分布，gt為所述當前知識圖譜；

18、確定所述強化學習的動作定義at=q（st，a1）；其中，at是在狀態(tài)st下選擇動作a1的q值；

19、基于所述狀態(tài)定義st和所述動作定義at，確定所述預設(shè)的q值更新公式為：

20、

21、其中，α為學習率，γ為折扣因子，是下一個狀態(tài)st+1下所有可能動作的最大q值。

22、作為本發(fā)明進一步的方案，所述圖譜更新模塊進一步用于：

23、獲取在每個時間步長t后，所述學生的學習進步pt；

24、基于所述學生的學習進步pt和當前動作at，對所述當前知識圖譜gt進行更新。

25、作為本發(fā)明進一步的方案，所述基于所述學生的學習進步pt和當前動作at，對所述當前知識圖譜gt進行更新，包括：

26、基于所述學生的學習進步pt，確定所述學生掌握的新知識點；

27、將所述新知識點加入所述當前知識圖譜gt；

28、基于所述當前動作at，確定與所述新知識點相關(guān)的已有知識點；

29、連接所述新的知識點與所述已有知識點得到新增邊，并基于所述學生的學習進步pt，為所述新增邊賦予權(quán)重系數(shù)；其中，所述權(quán)重系數(shù)用于表示學生對所述新知識點的掌握難度。

30、作為本發(fā)明進一步的方案，所述圖譜更新模塊進一步用于：

31、獲取所述新增邊的節(jié)點的n跳鄰居節(jié)點；其中，所述n為小于預設(shè)值的正整數(shù)；

32、基于所述n跳鄰居節(jié)點對應的知識點與所述新增邊的節(jié)點對應的知識點的關(guān)聯(lián)度；

33、基于所述關(guān)聯(lián)度和所述新增邊對應的權(quán)重系數(shù)，對所述n跳鄰居節(jié)點之間的邊的權(quán)重系數(shù)進行更新。

34、作為本發(fā)明進一步的方案，所述基于當前知識圖譜和所述最優(yōu)學習路徑，確定可視化教學內(nèi)容并顯示，包括：

35、獲取所述強化學習過程中的多個決策路徑；

36、基于所述多個決策路徑，從所述當前知識圖譜中獲取與所述多個決策路徑對應的知識點；

37、基于所述多個決策路徑對應的知識點和所述多個決策路徑對應的動作的時間節(jié)點，確定所述知識點的變化路徑；

38、將所述知識點的變化路徑作為所述可視化教學內(nèi)容的一部分。

39、作為本發(fā)明進一步的方案，所述可視化模塊進一步用于：

40、獲取在所述強化學習過程中的多個時間步長下的獎勵函數(shù)值；

41、基于所述多個時間步長下的獎勵函數(shù)值，繪制學習效率曲線；

42、建立所述學習效率曲線與所述強化學習過程中對應的知識點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系并顯示。

43、一種基于數(shù)據(jù)分析的教材內(nèi)容可視化方法，所述方法包括：

44、獲取數(shù)字化教材內(nèi)容；

45、基于所述數(shù)字化教材內(nèi)容進行數(shù)據(jù)分析，獲得對所述數(shù)字化教材內(nèi)容的語義分析結(jié)果、知識點提取結(jié)果和結(jié)構(gòu)化處理結(jié)果；

46、基于所述語義分析結(jié)果、知識點提取結(jié)果和結(jié)構(gòu)化處理結(jié)果，構(gòu)建初始知識圖譜；

47、獲取多個學生的電子試卷；

48、基于所述電子試卷進行數(shù)據(jù)分析，獲得每個學生在不同知識點對應試題的得分情況；

49、基于所述得分情況對所述初始知識圖譜進行更新，得到當前知識圖譜；

50、確定所述當前知識圖譜相較于所述初始知識圖譜在拓撲結(jié)構(gòu)上的拓撲變化程度；

51、基于所述拓撲變化程度，確定強化學習的獎勵函數(shù)：

52、

53、其中，rt為所述強化學習的獎勵函數(shù)，α為學習率，γ為折扣因子，是學生在當前時間t的學習進步，tcha（gt）為所述拓撲變化程度，et為學生的錯誤率；

54、獲取所述強化學習獎勵函數(shù)的獎懲值，并通過預設(shè)的q值更新公式確定最優(yōu)學習路徑；

55、基于當前知識圖譜和所述最優(yōu)學習路徑，確定可視化教學內(nèi)容并顯示；其中，所述可視化教學內(nèi)容至少包括以圖形結(jié)構(gòu)展示的與所述最優(yōu)學習路徑對應的知識點。

56、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的基于數(shù)據(jù)分析的教材內(nèi)容可視化方法能夠?qū)崿F(xiàn)個性化教學，通過動態(tài)更新知識圖譜和優(yōu)化學習路徑，能夠有針對性地提高學生的學習效果。同時，結(jié)合強化學習和知識圖譜，能夠找出最適合學生當前學習情況的最優(yōu)學習路徑，幫助學生在薄弱知識點上進行補強。另外，通過圖形化展示最優(yōu)學習路徑，能夠增強學生的學習興趣和直觀理解，教師也可以利用可視化數(shù)據(jù)精準掌握學生的學習進度和薄弱環(huán)節(jié)，進一步優(yōu)化教學內(nèi)容和策略，從而提升整體教學質(zhì)量。