劉藝等

摘 要：針對(duì)基于云計(jì)算平臺(tái)的移動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)中存在的語(yǔ)義信息表達(dá)不足導(dǎo)致檢索結(jié)果不理想的問(wèn)題，提出一種基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索模型，該模型包括檢索信息分詞、語(yǔ)義擴(kuò)展和語(yǔ)義檢索3大模塊?；谠撃Ｐ筒捎闷卟椒?，利用Protégé本體構(gòu)建工具構(gòu)建移動(dòng)學(xué)習(xí)資源本體；利用集成開(kāi)發(fā)工具Eclipse和Xcode開(kāi)發(fā)基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基于iPad的客戶(hù)端程序和后臺(tái)服務(wù)；通過(guò)平臺(tái)使用驗(yàn)證模型的可行性。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)學(xué)習(xí)資源；云計(jì)算；語(yǔ)義檢索；信息檢索；本體；本體構(gòu)建

DOIDOI：10.11907/rjdk.151511

中圖分類(lèi)號(hào)：TP301

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2015）009002503

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：劉藝（1982-），男，山東淄博人，河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院圖書(shū)館助理研究員，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。

0 引言

近年來(lái)，隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、移動(dòng)計(jì)算技術(shù)和移動(dòng)終端的發(fā)展，一種新學(xué)習(xí)方式——移動(dòng)學(xué)習(xí)應(yīng)運(yùn)而生。移動(dòng)學(xué)習(xí)是移動(dòng)技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)（eLearning）相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新興數(shù)字化學(xué)習(xí)形式[ 1 ]。移動(dòng)學(xué)習(xí)能滿(mǎn)足人們隨時(shí)隨地自主學(xué)習(xí)的需求，必將成為未來(lái)學(xué)習(xí)的新模式，移動(dòng)學(xué)習(xí)資源也將成為決定移動(dòng)學(xué)習(xí)能否順利開(kāi)展的關(guān)鍵因素[ 2 ]。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，移動(dòng)學(xué)習(xí)資源呈現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)趨勢(shì)，移動(dòng)學(xué)習(xí)資源數(shù)量不僅多，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)習(xí)資源檢索困難或檢索結(jié)果冗余信息較多。因此，高效合理組織這些資源是提高移動(dòng)學(xué)習(xí)資源檢索效率的有效途徑。

信息檢索方式有傳統(tǒng)信息檢索、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)檢索和語(yǔ)義Web數(shù)據(jù)檢索。其中，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)檢索主要是對(duì)文本和Web中的信息進(jìn)行檢索，但檢索條件一般存在語(yǔ)義模糊性，導(dǎo)致檢索結(jié)果不準(zhǔn)確；數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)檢索一般具有明確語(yǔ)義，要求精確獲得滿(mǎn)足條件的數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)是結(jié)構(gòu)化查詢(xún)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中諸多非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其使用范圍并不廣泛；語(yǔ)義Web數(shù)據(jù)檢索是基于知識(shí)的、語(yǔ)義的匹配，在提高檢索查準(zhǔn)率和查全率方面都有很好的表現(xiàn)，通過(guò)對(duì)相關(guān)文檔的解析和推理在語(yǔ)義層面實(shí)現(xiàn)信息檢索，實(shí)現(xiàn)高效率智能化檢索[ 3 ]。語(yǔ)義檢索與傳統(tǒng)檢索的主要區(qū)別體現(xiàn)在前者是對(duì)查詢(xún)條件進(jìn)行語(yǔ)義層面處理，表現(xiàn)為語(yǔ)義擴(kuò)展，提高查準(zhǔn)率和查全率[ 4 ]。目前，基于本體的語(yǔ)義檢索主要有基于現(xiàn)有本體的語(yǔ)義檢索和基于領(lǐng)域本體的語(yǔ)義檢索兩種方式[ 5 ]。

本文以改善移動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)中移動(dòng)學(xué)習(xí)資源檢索有效性為目標(biāo)，采用基于領(lǐng)域本體語(yǔ)義檢索的數(shù)據(jù)檢索方式，利用語(yǔ)義網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義模型，并開(kāi)發(fā)基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索系統(tǒng)。

1 模型框架

基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索模型如圖1所示，它由3大模塊組成：分詞、語(yǔ)義擴(kuò)展、語(yǔ)義檢索。

圖1 基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索模型

1.1 分詞

用戶(hù)輸入查詢(xún)內(nèi)容通常有以下3種情況：?jiǎn)蝹€(gè)單詞、多個(gè)單詞和句子。因此， 基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源模型首先要對(duì)用戶(hù)輸入的查詢(xún)信息進(jìn)行分詞處理。本文采用基于本體的正向最大匹配分詞算法對(duì)用戶(hù)輸入查詢(xún)信息進(jìn)行分詞，該算法核心思想為：首先，從左向右截取用戶(hù)查詢(xún)信息作為待匹配漢字串；然后，將該漢字與本體庫(kù)中的詞條進(jìn)行匹配；最后根據(jù)匹配結(jié)果不同進(jìn)行相應(yīng)處理。算法流程如圖2所示。

圖2 基于本體的正向最大匹配分詞算法流程

利用偽代碼對(duì)基于本體的正向匹配算法的具體描述如下：

Initialization（查詢(xún)信息） //處理用戶(hù)信息，最后只包含漢語(yǔ)字符

S=Left（漢語(yǔ)字符，M） //從左向右選取M個(gè)漢字，作為匹配漢字串S，M

是由本體庫(kù)中含有待匹配的漢字串首字符的最長(zhǎng)詞條

的字符數(shù)確定的

If S=本體中的詞條

then Print “S” //待匹配漢字串S與領(lǐng)域本體庫(kù)中的詞條進(jìn)行匹配，如

匹配成功，則把漢字串S作為一個(gè)詞切分出來(lái)，返回結(jié)果

Else S=S-1 //去掉待匹配漢字S串末端的最后一個(gè)漢字

End If

1.2 語(yǔ)義擴(kuò)展

語(yǔ)義擴(kuò)展主要是對(duì)查詢(xún)的擴(kuò)展，將與原查詢(xún)相關(guān)的語(yǔ)詞添加到原查詢(xún)，得到比原查詢(xún)更長(zhǎng)的新查詢(xún)，以提高信息檢索查全率和查準(zhǔn)率，彌補(bǔ)用戶(hù)查詢(xún)信息不足的缺陷。本文采用一種基本的語(yǔ)義查詢(xún)擴(kuò)展方法[ 6 ]來(lái)實(shí)現(xiàn)基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索模型語(yǔ)義擴(kuò)展。該算法具體步驟如下：

①如果有需要擴(kuò)展的查詢(xún)?cè)~Word，則執(zhí)行步驟②，否則執(zhí)行④；②給初始查詢(xún)?cè)O(shè)置權(quán)值；③計(jì)算與查詢(xún)?cè)~Word相關(guān)的所有實(shí)體概念的語(yǔ)義權(quán)值，設(shè)置閾值λ限制Word的擴(kuò)展范圍，執(zhí)行步驟①；④對(duì)λ范圍內(nèi)的語(yǔ)義信息一并提取作為擴(kuò)展向量?jī)?nèi)容。其中設(shè)置閾值λ是為了防止語(yǔ)義漂移。

1.3 語(yǔ)義檢索

語(yǔ)義檢索的核心思想：首先，對(duì)用戶(hù)檢索的信息進(jìn)行語(yǔ)義擴(kuò)展后得到新檢索詞集合w′；其次，將w′送入檢索組中進(jìn)行數(shù)據(jù)語(yǔ)義檢索；最后，對(duì)檢索到的結(jié)果集進(jìn)行排序，并將排序結(jié)果返回給用戶(hù)。本文采用基于標(biāo)簽的LSI算法對(duì)結(jié)果集進(jìn)行排序，具體算法過(guò)程如下所示：

（1） 初始化數(shù)組n=max；weight[ n ]=0；

（2） 利用like簡(jiǎn)單匹配算法求檢索結(jié)果與每個(gè)用戶(hù)關(guān)鍵字的相似度，并更新weight[ i ]；

（3） 根據(jù)公式：

simtotal=Lw（k）n[]i=1m[]j=1simm（Wi，Kj）

求出每一個(gè)移動(dòng)學(xué)習(xí)資源與W的總相似度，并記錄；

（4）對(duì)結(jié)果按相似度排序，并返回給用戶(hù)。其中simtotal為語(yǔ)義總相似度，Lw（k）為關(guān)鍵詞K的頻度，simm（Wi，Kj）為Wi和Kj的語(yǔ)義相似度。

2 本體庫(kù)構(gòu)建

2.1 相關(guān)概念

本體最初是哲學(xué)上的概念，哲學(xué)上定義的本體是“對(duì)世界上客觀存在物的系統(tǒng)的描述”，是對(duì)“存在”的系統(tǒng)化的解釋或說(shuō)明。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，本體已成為人工智能、知識(shí)工程、信息檢索與獲取、知識(shí)表示等領(lǐng)域的熱門(mén)研究課題。在人工智能領(lǐng)域，定義本體為“給出構(gòu)成相關(guān)領(lǐng)域詞匯的基本術(shù)語(yǔ)和關(guān)系，以及利用這些術(shù)語(yǔ)和關(guān)系構(gòu)成這些詞匯外延的規(guī)則的定義”。在信息系統(tǒng)和知識(shí)工程領(lǐng)域中，Gruber將本體定義為“是概念模型的明確的規(guī)則說(shuō)明”；本體也被定義為“是一個(gè)為描述某個(gè)領(lǐng)域而按層次關(guān)系組織起來(lái)的一系列術(shù)語(yǔ)，這些術(shù)語(yǔ)可以作為一個(gè)知識(shí)庫(kù)的骨架”。本體是用于描述或表達(dá)某一領(lǐng)域知識(shí)的一組概念或術(shù)語(yǔ)，其可用來(lái)組織知識(shí)庫(kù)較高層次的知識(shí)抽象，也可用來(lái)描述特定領(lǐng)域的知識(shí)[ 7 ]。目前，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域認(rèn)為本體是共享概念模型的明確形式化規(guī)范說(shuō)明[ 8 ]。

元數(shù)據(jù)對(duì)知識(shí)的組織管理與信息檢索具有重要意義，是描述數(shù)據(jù)及其環(huán)境的數(shù)據(jù)[ 9 ]。元數(shù)據(jù)和本體都是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的新方法，對(duì)信息檢索和知識(shí)組織與管都具有重要意義。

七步法[ 10 ]是斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院開(kāi)發(fā)，主要用于領(lǐng)域本體構(gòu)建。該方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：第一步，確定知識(shí)本體的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域和范疇；第二步，考查復(fù)用現(xiàn)有知識(shí)本體的可能性；第三步，列出知識(shí)本體中的重要術(shù)語(yǔ)；第四步，定義類(lèi)和類(lèi)等級(jí)體系；第五步，定義類(lèi)屬性；第六步，定義屬性約束；第七步，創(chuàng)建實(shí)例。

教育資源建設(shè)規(guī)范（CELTS）是為資源開(kāi)發(fā)者提供一致的標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)資源廣泛共享和保證學(xué)習(xí)者或教育者高效利用資源、統(tǒng)一開(kāi)發(fā)者行為習(xí)慣而提供的支持?！督逃Y源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》[ 11 ]的基本結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)課程、常見(jiàn)問(wèn)題解答、資源目錄索引、文獻(xiàn)材料、案例、課件、試卷、試題、媒體素材等，并且包含LOM的必需元數(shù)據(jù)。

2.2 移動(dòng)學(xué)習(xí)資源本體庫(kù)構(gòu)建方法

本文采用本體構(gòu)建方法中的七步法并結(jié)合移動(dòng)學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)，按照CELTS規(guī)范開(kāi)發(fā)移動(dòng)學(xué)習(xí)資源本體庫(kù)。參照CELTS標(biāo)準(zhǔn)，采用本體構(gòu)建方法中七步法開(kāi)發(fā)元數(shù)據(jù)與移動(dòng)學(xué)習(xí)資源本體庫(kù)流程如圖3所示。

圖3 參照CELTS及七步法進(jìn)行本體構(gòu)建流程

2.3 移動(dòng)學(xué)習(xí)資源本體構(gòu)建

根據(jù)上節(jié)構(gòu)建移動(dòng)學(xué)習(xí)資源本體步驟：第一步，選取CELTSC規(guī)范的學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)作為構(gòu)建本體的元數(shù)據(jù)方案；第二步，采用基于關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)屬性來(lái)和知識(shí)點(diǎn)本體進(jìn)行映射，以實(shí)現(xiàn)基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源管理和檢索；第三步，從元數(shù)據(jù)中提取術(shù)語(yǔ)列表：軟件類(lèi)、視頻類(lèi)、文本類(lèi)、課件類(lèi)、媒體素材類(lèi)、網(wǎng)絡(luò)課程類(lèi)、標(biāo)題、創(chuàng)建者、語(yǔ)種、標(biāo)識(shí)符、貢獻(xiàn)者、姓名、聯(lián)系方式、關(guān)聯(lián)關(guān)系、資源位置等；第四步，定義類(lèi)和類(lèi)的層次；在第五步和第六步中，根據(jù)學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)元素對(duì)類(lèi)的屬性和屬性約束同時(shí)進(jìn)行定義；第七步，生成實(shí)例。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)服務(wù)器端使用Eclipse作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，構(gòu)建基于C/S架構(gòu)和MVC框架移動(dòng)學(xué)習(xí)管理平臺(tái)，本系統(tǒng)平臺(tái)目前支持的移動(dòng)終端有iPad、iPhone。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖4所示?；诒倔w的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索模型在該系統(tǒng)中作為服務(wù)器端移動(dòng)學(xué)習(xí)資源管理的一部分，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，直接影響學(xué)習(xí)者使用該系統(tǒng)的效率及學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)際運(yùn)用中，該系統(tǒng)為學(xué)習(xí)者帶來(lái)了便利。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)中存在的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源信息檢索效率低問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)有本體相關(guān)技術(shù)和基于本體語(yǔ)義檢索方面的研究成果，提出了一種基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索模型，并將該模型運(yùn)用到移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)中。通過(guò)大量學(xué)習(xí)者使用該平臺(tái)，收集和總結(jié)學(xué)習(xí)者使用后的感想，結(jié)果表明該模型運(yùn)用效果較為理想。該模型是解決移動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)中移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索的一種有效方式，能幫助學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確搜索到符合需求的學(xué)習(xí)資源。

圖4 基于本體的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義檢索原型體系結(jié)構(gòu)

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責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：孫 娟）