基于關(guān)系形式概念的教育資源語義模型研究.pdf

1、近年來，隨著國家信息化戰(zhàn)略的深入推進(jìn)以及數(shù)字化教育的持續(xù)發(fā)展，我國各級教育資源建設(shè)已經(jīng)取得了巨大的成就。Web上各類教育資源的存量巨大、內(nèi)容豐富、增長迅速，特別是隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”思維在社會生活中的深入應(yīng)用實踐，眾多輔助的學(xué)習(xí)模式和手段在技術(shù)變革中也在悄然演變和進(jìn)步，終端學(xué)習(xí)者對資源的獲取、貢獻(xiàn)與影響會越來越直接，由此必將進(jìn)一步推動教育資源的建設(shè)共享規(guī)模以及強(qiáng)化其發(fā)展質(zhì)量，所有這些對教育資源的有效組織與獲取技術(shù)提出了更高的要求。而同時，巨

2、量的教育資源處在開放、動態(tài)和多變的Internet環(huán)境下，位置分散、內(nèi)容多樣、實際描述標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，針對特定學(xué)習(xí)目的，學(xué)習(xí)者往往較難實現(xiàn)有效的資源內(nèi)容篩選與獲取。如何利用文本信息技術(shù)實現(xiàn)資源語義層面的自動標(biāo)識,關(guān)聯(lián)整合不同組織、不同形式的教育資源數(shù)據(jù)，實現(xiàn)更為有效的教育資源組織和共享具有十分重要的理論和實用價值。
　　為此，論文提出了基于關(guān)系形式概念(Relational Formal Concept，RFC)的教育資源語義互聯(lián)模型

3、——資源關(guān)聯(lián)語義鏈網(wǎng)絡(luò)(Resource Association Link Network，RALN)，主要聚焦于三個關(guān)鍵研究問題:
　　(1)針對開放的Web教育資源標(biāo)識組織，如何引入更多的背景知識，提高資源模型的通用性與適應(yīng)性，論文需要為背景知識的表達(dá)與獲取提供靈活、通用的語義框架支持;
　　(2)為了改善文本主題單純依靠離散關(guān)鍵詞統(tǒng)計特征的局限，使其獲取與人類的并行閱讀方式更為接近，論文在獲取局部詞條概念的同時，還需獲

4、取資源片段的上下文語境特征，更好發(fā)揮背景知識的效用;
　　(3)針對個性化資源的時空動態(tài)性，如對于不同學(xué)習(xí)者和不同學(xué)習(xí)階段，資源間的關(guān)聯(lián)都可能存在差異或變化，資源模型在表達(dá)資源內(nèi)容靜態(tài)關(guān)聯(lián)的同時，還應(yīng)該具備動態(tài)學(xué)習(xí)能力，為教育資源語義標(biāo)識、關(guān)聯(lián)組織提供動態(tài)模型支持。
　　論文針對以上問題進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容為:
　　(1)擴(kuò)展了傳統(tǒng)形式背景(Formal Context，F(xiàn)C)，構(gòu)建了關(guān)系形式概念模型(Relation

5、al Formal Concept Model，RFCM)。基于三元組關(guān)系構(gòu)建的RFCM，為實體詞條（包括主體概念、客體概念）、實體關(guān)系（謂詞概念）的語義描述提供了統(tǒng)一的形式化框架，即關(guān)系表達(dá)成主、客體概念、謂詞概念。其中主、客體概念、謂詞概念是關(guān)系不同側(cè)面語義的集合二元組形式化體現(xiàn)，均由概念的內(nèi)涵和外延兩部分組成。論文基于關(guān)系形式概念模型，借助開放協(xié)作知識庫（如百度百科、維基百科），自動獲取其中的條目數(shù)據(jù)、標(biāo)簽數(shù)據(jù)作為關(guān)系形式背景的初

6、始來源，以此構(gòu)建關(guān)系形式概念背景知識;在關(guān)系形式概念提供的初始背景知識下，綜合考慮詞條上下文句法信息，本文采用圖理論對實體詞條間的關(guān)系形式概念連通度進(jìn)行計算，實現(xiàn)實體關(guān)系的抽取、實體概念識別的協(xié)作處理，輔助關(guān)系形式背景的擴(kuò)展學(xué)習(xí)，為資源標(biāo)識提供動態(tài)的背景知識。關(guān)系形式概念模型作為一種協(xié)作、自組織的文本語義獲取與表達(dá)模型，能為后續(xù)資源文本的主題抽取與表達(dá)、Web資源關(guān)聯(lián)組織，提供更為靈活的形式化背景知識和統(tǒng)一的語義框架。
　　(2)

7、基于關(guān)系形式概念模型，為文本主題的定義與獲取設(shè)計了完整的技術(shù)路線，構(gòu)建了關(guān)系形式概念主題模型(Relational Formal Concept Topic Model，RFCTM)。RFCTM借助了關(guān)系形式概念背景知識，首先對實體詞條的關(guān)系形式概念相關(guān)度進(jìn)行計算;并綜合考慮詞條上下文句法信息，進(jìn)行文本中關(guān)系形式概念的連通度語義計算，實現(xiàn)了從文本原始詞條—詞條主題—文本離散主題—文本連通主題的資源主題獲取路徑。相比離散關(guān)鍵詞的主題表達(dá)，

8、RFCTM具有關(guān)系形式概念更為靈活的語義表達(dá)粒度和更為完整的主題表達(dá)框架。現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)為[3]:新事物的性質(zhì)以既有組成要素為基礎(chǔ)，但又不能由組成要素完全說明，組成要素之間的特定內(nèi)在聯(lián)系才是事物的本質(zhì)。該觀點用以文本主題的分析同樣適合，即詞條是語義的基礎(chǔ)，但離散詞條及其概念也難以完全刻畫文本語義主題。RFCTM則模擬了人的基于局部特征和基于語境的并行閱讀認(rèn)知方式，可以為基于內(nèi)容的Web資源標(biāo)識提供形式化的主題向量，為資源的關(guān)聯(lián)組織提供基

9、礎(chǔ)的語義要素。
　　(3)以文本主題模型為基礎(chǔ)，為教育資源的標(biāo)識與組織構(gòu)建了基于語義的標(biāo)識模型。該模型包括知識關(guān)聯(lián)語義鏈網(wǎng)絡(luò)(Knowledge Association Link Network，KALN)以及資源關(guān)聯(lián)語義鏈網(wǎng)絡(luò)(Resource Association Link Network，RALN)。KALN是由關(guān)系形式概念及其連接關(guān)系構(gòu)建的知識網(wǎng)絡(luò)，它為資源標(biāo)識組織提供了基礎(chǔ)的背景知識網(wǎng)絡(luò);RALN表達(dá)了資源文本片段間的

10、語義關(guān)聯(lián)關(guān)系。論文以資源片段的語義作為獨立的主題模式，它也是RALN進(jìn)行關(guān)聯(lián)的邏輯結(jié)點，并對雷同的主題模式約簡合并，以此減少在資源標(biāo)識過程中的RALN結(jié)點增加速度，控制RALN的規(guī)模，提高資源的標(biāo)識組織效率。由于KALN、RALN是由通用的開放協(xié)作知識庫初始化的，針對特定的教育資源標(biāo)識組織往往語義粒度過粗或缺少領(lǐng)域知識的支持，難以反映領(lǐng)域資源間特定關(guān)聯(lián)或領(lǐng)域背景，需結(jié)合領(lǐng)域資源的內(nèi)容作進(jìn)一步擴(kuò)展。
　　(4)借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)理論中

11、的四個相關(guān)假設(shè)，對KALN進(jìn)行了連接強(qiáng)度的計算擴(kuò)展。論文模擬人類記憶的激活擴(kuò)散、遺忘抑制機(jī)制，借助資源內(nèi)容對關(guān)系形式概念的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度進(jìn)行動態(tài)學(xué)習(xí)調(diào)整，使其不僅反映關(guān)系形式概念語義關(guān)聯(lián)，還體現(xiàn)Web資源中關(guān)系形式概念的領(lǐng)域共現(xiàn)語義，使知識關(guān)聯(lián)語義鏈網(wǎng)絡(luò)與特定領(lǐng)域背景更為接近。論文還提出了基于資源文檔的結(jié)構(gòu)信息對RALN進(jìn)行擴(kuò)展的思路，使主題模式之間的關(guān)聯(lián)不僅體現(xiàn)其包含的關(guān)系形式概念細(xì)粒度語義關(guān)聯(lián)，也體現(xiàn)資源同一文檔中的多主題模式間粗粒度領(lǐng)域

12、關(guān)聯(lián)。最后還對KALN與RALN增量更新算法進(jìn)行了優(yōu)化，提高模型的擴(kuò)展學(xué)習(xí)效率。
　　針對當(dāng)前資源標(biāo)識組織存在的問題，論文的創(chuàng)新性工作主要體現(xiàn)在:
　　(1)擴(kuò)展了形式背景(Formal Context，F(xiàn)C)，定義了關(guān)系形式概念模型(RelationalFormal Concept Model，RFCM)，從形式上統(tǒng)一了詞條、關(guān)聯(lián)和概念間的語義表達(dá)，為文本主題的表達(dá)提供了一個新思路;
　　(2)基于關(guān)系形式概念的連通