基于本体与Agent技术的分布式学习资源组织与服务研究

基于本体与Agent技术的分布式学习资源组织与服务研究

来源:www.51fabiao.org作者:lgg发布时间:2017-04-27 19:44论文字数:38547字
论文编号:fbo201704262040086569论文地区:中国论文语言:中文论文类型:硕士毕业论文
本文是教育硕士论文,本课题运用本体技术、Agent技术,在深入了解和研究的情况下,构建了学习资源的组织模型和服务模型,以数学领域的三角函数为例。
第 1 章 绪论 
 
1.1 研究背景与意义
在这个新技术层出不穷的年代,人们不断地学习更多的知识,终身学习已经成为现代社会一个极其重要的概念。在技术上,网络由最初的军事、国防应用,逐步渗透到各行各业,极大地提高了资源的共享和利用率。通过网络教育和学习,慢慢发展成为现代教育的主流方向之一。 网络教育颠覆了传统的―填鸭式‖教育,将教育的中心从老师转移到学生身上,强调老师的引导作用和学生的自主能力。网络上丰富的学习资源,多样化的学习视角,以及及时、在线讨论,都能刺激学习者的学习欲望。网络教育具有开放性、时空自由、共享性等特点,作为传播媒介,不再是强调教育―远程‖的唯一标准,其实时性使得处于全球不同地区的人们有机会实时学习,与课程更改的时间同步。除此之外,网络的存储特性使得人们可以在不同时段随意挑选课程,为人们提供更多学习机会。通过网络,不同地方的学习者可以组成团体进行合作与交流。这种以学习者为基础,围绕教育传播理论、现代学习理论,借助计算机网络、通信、多媒体技术,建立一个交互、实时、综合、适应性的教育方式,在未来有很大的发展空间。 教育资源的数量和质量是影响网络教育水平的重要因素,也是评判教育信息化结构是否合理的最直接的指标。缺乏资源的积累,教育体系建设就好比缺乏经验的程序员,只能徘徊在最基础的底层;缺乏资源的协调、合理的利用,教育信息化构造会受到约束。 目前,各类教育资源形式多样化,开发标准不一,不同系统资源之间难以相互操作。资源数字化难以保障资源提供者的版权权益,资源共享困难。网络上资源分布在不同的文档、图像中,难以统一调度。使用者在物理上是分散的,资源难以达到个性化服务的要求。这些都严格限制了资源的使用范围,不利于资源的有效利用,阻碍了教育信息化建设的发展。市面上主流教育平台的检索工具是基于关键字[15]和分类的匹配查找的,不仅每一次查找的信息量很大,消耗内存、带宽,还会造成漏查、错查和高滞后等问题。如何科学地组织学习资源,形象地概况和描述资源之间的关系,利用网络环境实现不同教育资源库之间的互相交流,资源之间的共享;如何有效地管理在学习领域中累积的大量资源,使学习者可以找到所需的相关信息;如何根据教育资源的知识领域含义,快速、便捷地将分散在各个异构平台上的相关信息融合起来,呈现给用户,已经成为了目前网络教育建设急需解决的问题。 
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1.2 国内外学习资源建设现状 
在我国,教育信息化建设由政府教育部门主导,区域教育信息化部门、学校和私营企业落实资源的建设与应用,通过建立一个资源中心,再按照地域特征,由多个不同级别的网站组合而成。就一个省学习资源库而言,省中心是最高级的,旗下涵盖第二级市、城域教育资源中心,第三级县、区教育资源中心和学校教育资源系统。每一级向下整合下一级的零散资源,下级向上一级提出服务请求。近几年来,个人、学校或合资企业创建的小型教育资源系统开始兴起,而且数量也成几何式增长。 国外的教育资源系统一般分为三类:国家级、分类级和小型系统。国家级包括多个基础教育信息资源建设项目,以美国教育门户网站 GEM 为例,其资源提供者来自全美各州,覆盖个人、各类学校、各类企业、文化团体、政府部门、科研机构各个阶层。这种类型的教育资源体系朝着―一站式‖发展,是资源最集中的地方。分类级根据专业、领域的不同,划分相关资源到同一类,不同行业的资源相关性小,独立性强,分类标准不一。比起国家级资源体系,分类虽然拥有的资源较少,但是在某一特定领域会更深入、更专业。另一种是学校、个人或企业的小型网站,以及各省各市的小规模资源建设。 
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第 2 章 本体及相关技术介绍 
 
2.1 本体的简介 
上世纪80年代,Haves将基于描述信息语义的本体理论和技术引入人工智能领域。现如今,本体已被广泛应用于包括知识工程、自然语言处理和知识表示在内的诸多领域,正逐步成为获取、表达、规划知识和自然语言处理等研究方向的重要研究方向和开发方法。经过几十年的深入应用与研究,人们不断加深对本体的理解,发展变化本体的定义,却没有统一。以下是几个比较有代表性的定义: 本体论为本体的原始定义提供了基本要素,即以确定的各种术语和领域的术语之间的关系,了解这些条件和组成规则之间的关系,从而确定相应的术语和关系。在知识共享上下文环境中,本体特指描述性词汇的定义的形式。尽管定义众多,但概况起来,本体的核心思想都包含概念化、形式化、明确和共享四层含义: (1)概念化:将现实世界真实存在的一些事物和现象用抽象的模型表达出来,该模型与具体的环境状态无关; (2)形式化:利用数学表达概念及各概念之间的关系,使得计算机可读,也就是计算机可以理解本体; (3)明确:对每一个概念、每一个对象以及各概念之间的关系、约束等内容,本体都有精确的说明,计算机理解起来无歧义; (4)共享:本体中体现的是用户(包括该领域的专家和一般用户)普遍认可和接受的知识,针对的是大众而非个体。 
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2.2 本体语言 
URIs是统一资源标识符(Uniform Resource Identifiers)的缩写,用于唯一标识网络上的每一个字符串资源,包括URL(统一资源定位符)和URN(统一资源名称)。URIs解决万维网上的资源定位问题,Unicode解决了各种语言资源不可交流问题,两者一起奠定了语义web的基石。 XML(  Extensible  Markup  Language)是由W3C组织专门为Web应用程序而设计的一种通用语言规范,是一个结合了HTML的易用性的SGML子集。作为一种可扩展的标记性语言,XML不像HTML一样提供一组事先定义好的标签,而是为用户自定义标签提供一组标准,因此,XML可以描述和传送任意结构的数据。XML无需说明这些数据的含义。 NS是命名空间(Name Space),由URIs索引确定数据的唯一语义,避免发生同样的字符在不同应用中出现语义不同的状况。 XML Schema定义XML文件的结构,通过创建文档类型定义,能够精确地定义词汇表,验证XML文件的合法性。 
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第 3 章 分布式学习资源组织模型的设计 ........... 18 
3.1 分布式学习资源组织模型概述 ..... 18 
3.2 知识点 .... 18
3.2.1 知识点的定义 ..... 19 
3.2.2  知识点关系 ....... 20 
3.2.3 Hass 图算法 ........ 21
3.3 本体的创建..... 23 
3.3.1 本体创建流程 ..... 23 
3.3.2 开发工具 ...... 24 
3.3.3 Jena 推理 .... 24 
3.3.4 实际应用 ..... 26 
第 4 章 分布式学习资源服务模型的设计 ........... 29 
4.1 分布式学习资源服务模型的概述 .......... 29 
4.2 资源服务模型结构.......... 29 
4.3 Agent 数学模型 ..... 30 
4.3.1 规则定义 ..... 30 
4.3.2 Agent 数学结构 .......... 31 
4.4 Agent 协作 ..... 32
4.5 本体与 Agent 结合 ........ 35
4.6  语义匹配算法 .......... 36 
第 5 章 分布式学习资源检索系统的实现 ........... 39 
5.1 系统概述 ........ 39 
5.1.1 系统设计目的 ..... 39 
5.1.2 系统结构 ..... 39 
5.1.3 开发环境 ..... 41
5.2 各功能的实现.......... 43
5.3 测试 ........ 49 
 
第 5 章 分布式学习资源检索系统的实现 
 
5.1 系统概述 
一个良好的网络教育平台必定有一个坚实的教育资源基础,能够实现资源在不同系统之间的自由调动和共享,满足学习者用户的基本学习和个性化学习需求。本课题设计并实现了一个数学三角函数领域的分布式资源检索系统,其设计目标如下: (1)准确检索用户所需的有效信息。由于在初期阶段利用本体技术定义了领域知识点,具有一定的语义参考信息,在检索阶段,利用语义搜索方法能够过滤掉不在语义阀值范围内的无效信息,准确定位用户所需的资源。 (2)主动为学习者提供资源。系统记录资源提供者和资源需求者的信息,语义的共通性可以保证系统能够检索到对应的双方,主动通知资源提供者谁需要他的信息,同时告知资源需求者找谁可以满足他的要求。 (3)描述教育资源的主观内容。以往使用的元数据阐述资源信息的方法很有限,只能描述已有的关键字信息,不具备理解、推演语义从而概况资源的主观内容的功能,本体技术从根本上提供了实现这种前景的可能。 (4)资源共享。不同网络教育系统存储的数据格式存在很大的不同,使用不同的模式和结构来描述语义,通过不同的算法来查询信息,这种巨大的差异性阻碍了教育资源共享的脚步。通过本体的统一性,和 Agent 技术的社会性,可以很好地解决这个问题。 
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总结 
 
本课题运用本体技术、Agent技术,在深入了解和研究的情况下,构建了学习资源的组织模型和服务模型,以数学领域的三角函数为例,开发了三角函数本体及其语义检索系统。本体使用抽象的方法,描述了被大众普遍接受的概念以及这些概念之间的关系集合。通过构造本体,将现实世界中的某个领域抽象成一组概念及关系。利用本体,可以很轻松地构造领域概念和关系,教育工作者们可以通过构造不同领域的本体,为学习者提供多元化学习资源,帮助学习者全面发展。在此基础上,附加上Agent的自治适应性、协作性、社会性,进一步形式化本体语义,使得机械能够像人类理解语句意思一样明白所提供信息的意思,本体语言的语义解析和推演语义,适用于学习资源分布分散的网络教育环境。快速、准确地检索知识,能够及时满足学员的好奇心,提高学习兴趣。 本文的主要创新点和研究成果有以下几个方面: (1)结合Agent系统的特点构建分布式学习资源库的模型; (2)构建领域本体,以本体为出发点,更简便、准确地描述大量资源; (3)对传统学习资源检索模式进行改进,使其具有自主学习的智能检索功能。 (4)通过对多Agent协作模型的修改,可以进一步添加个性化学习功能,便于学习者全面发展。
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参考文献(略)