王欣欣

摘 要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，數(shù)學(xué)的作用日益凸顯，且初中數(shù)學(xué)對(duì)學(xué)生有舉足輕重的作用。然而對(duì)于一些中學(xué)生來(lái)說(shuō)，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)存在著很大的個(gè)體差異性。由此，可利用Neo4j構(gòu)建一個(gè)關(guān)于初中數(shù)學(xué)學(xué)科各章節(jié)目錄中所包含的知識(shí)點(diǎn)的知識(shí)圖譜，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，提高學(xué)習(xí)效率。除此之外，利用爬蟲(chóng)技術(shù)爬取一定數(shù)量的數(shù)學(xué)題目進(jìn)行研究。通過(guò)知識(shí)圖譜將題目所包含的知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)到各個(gè)章節(jié)，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固。

關(guān)鍵詞：初中數(shù)學(xué);Neo4j ?知識(shí)圖譜爬蟲(chóng)

中圖分類號(hào)：G63 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1673-9132（2020）17-0083-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2020.17.041

知識(shí)圖譜技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到金融、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、教育等領(lǐng)域， 成為真實(shí)世界研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。知識(shí)圖譜就是以科學(xué)知識(shí)為研究對(duì)象，以可視化的方式來(lái)揭示科學(xué)知識(shí)的發(fā)展歷程及其結(jié)構(gòu)關(guān)系，并且以空間結(jié)構(gòu)的形式將學(xué)科內(nèi)部或多學(xué)科間的交互關(guān)系展示出來(lái)。因此，知識(shí)圖譜不僅可以對(duì)知識(shí)進(jìn)行查找、匹配、獲取、推送和共享等功能，還具有智能工具化和可視化的特性[2]。通過(guò)知識(shí)圖譜，將網(wǎng)頁(yè)中的非結(jié)構(gòu)化文本內(nèi)容中提取出實(shí)體及實(shí)體關(guān)系，將這些文本內(nèi)容轉(zhuǎn)化為相互連接的圖譜結(jié)構(gòu)[3]。

初中數(shù)學(xué)知識(shí)有著自己獨(dú)有的特點(diǎn)，可以分成多個(gè)模塊。如果對(duì)于中考生復(fù)習(xí)來(lái)說(shuō)，按照模塊復(fù)習(xí)更為系統(tǒng)，但對(duì)于初一、初二年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們并沒(méi)有系統(tǒng)的將知識(shí)學(xué)完，因此按照章節(jié)幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺是最為有效也是最為合適的。本研究是根據(jù)數(shù)學(xué)題目中的考查范圍大，題量和題型多等特點(diǎn)，幫助學(xué)生提取出題目中考查的知識(shí)點(diǎn)，然后對(duì)應(yīng)到教材中的章節(jié)里面，可以及時(shí)地幫助學(xué)生了解自己的薄弱知識(shí)點(diǎn)，從而有的放矢地填補(bǔ)缺漏。因此文章所構(gòu)建的知識(shí)圖譜是通過(guò)教材中的各章節(jié)來(lái)組織的。

附圖1是整個(gè)流程圖，先構(gòu)建知識(shí)圖譜，然后將題目分詞之后與圖譜中的知識(shí)節(jié)點(diǎn)做匹配，再對(duì)應(yīng)到相關(guān)章節(jié)內(nèi)容中。

一、知識(shí)圖譜的繪制

知識(shí)圖譜是一種基于圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由節(jié)點(diǎn)和邊組成。其中節(jié)點(diǎn)即實(shí)體，邊即實(shí)體之間的關(guān)系。目前可用于知識(shí)圖譜繪制的軟件有多種，其中使用的較多的有Cite Space、Gephi、Neo4j等[1]。由于Neo4j在知識(shí)圖譜的繪制中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：以圖的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，可以存儲(chǔ)圖的節(jié)點(diǎn)、屬性和邊，這有助于提高數(shù)據(jù)庫(kù)的性能;同時(shí)它的安裝過(guò)程比較簡(jiǎn)單[4]。因此本文將利用Neo4j軟件對(duì)所獲得的知識(shí)節(jié)點(diǎn)，知識(shí)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行知識(shí)圖譜的繪制。

本文所采用的語(yǔ)言工具是python語(yǔ)言，使用的系統(tǒng)是Windows7系統(tǒng)。

（一）實(shí)體識(shí)別

數(shù)學(xué)知識(shí)的實(shí)體即節(jié)點(diǎn)，本文采用人教版初中數(shù)學(xué)教材，利用里面各章節(jié)的目錄及其所包含的知識(shí)點(diǎn)作為知識(shí)圖譜中的節(jié)點(diǎn)，具體節(jié)點(diǎn)信息示例如下：

在七年級(jí)上冊(cè)中，第一章目錄為有理數(shù)，其節(jié)目錄第一節(jié)正數(shù)和負(fù)數(shù)，則其所包含的知識(shí)點(diǎn)為正數(shù)、負(fù)數(shù)等。

（二）關(guān)系識(shí)別

鑒于節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)完之后，我們可以統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。一般根據(jù)目錄做的節(jié)點(diǎn)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)為包含關(guān)系。因?yàn)檫@主要是為了學(xué)生針對(duì)性地學(xué)習(xí)某一節(jié)的內(nèi)容而制訂的，是針對(duì)各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的，因此并沒(méi)有系統(tǒng)地將各模塊的知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系統(tǒng)計(jì)出來(lái)，對(duì)于各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系在之后制作各模塊知識(shí)圖譜的時(shí)候?qū)?huì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。文中關(guān)于各節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系主要體現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)之間的包含關(guān)系，因?yàn)橹饕窍胱寣W(xué)生通過(guò)錯(cuò)題對(duì)應(yīng)到各節(jié)內(nèi)容中，以此來(lái)補(bǔ)習(xí)自己所欠缺的知識(shí)。

（三）知識(shí)圖譜繪制

以上將節(jié)點(diǎn)信息和節(jié)點(diǎn)關(guān)系信息統(tǒng)計(jì)出來(lái)之后，利用neo4j軟件并結(jié)合python語(yǔ)言將知識(shí)圖譜繪制出來(lái)，如圖2所示。由于知識(shí)圖譜包含的內(nèi)容較多，因此這張圖只是展示了部分節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。

二、初中數(shù)學(xué)問(wèn)題研究

（一）數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要研究學(xué)生有不會(huì)的題目或是出錯(cuò)的題目時(shí)，如何將這些題目對(duì)應(yīng)到教材中準(zhǔn)確地補(bǔ)習(xí)自己欠缺的知識(shí)點(diǎn)。因此在選取數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)的技術(shù)對(duì)21世紀(jì)教育網(wǎng)中的初中數(shù)學(xué)試題進(jìn)行爬取，然后對(duì)試題進(jìn)行數(shù)據(jù)的清洗。

（二）分 詞

當(dāng)我們獲取知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，要通過(guò)分詞的方法來(lái)進(jìn)行。這樣就可以將之前的句子分成多個(gè)詞語(yǔ)。分詞的方法有多種，但通過(guò)比較，本文采用jieba分詞的技術(shù)對(duì)試題進(jìn)行分詞。jieba分詞有三種模式：精確模式、全模式和搜索引擎模式[5]。但由于數(shù)學(xué)這一學(xué)科的特殊性，例如：‘平行四邊形這一數(shù)學(xué)名詞，它還可以分成‘平行和‘四邊形這兩個(gè)數(shù)學(xué)名詞，因此為了分詞的效果更加準(zhǔn)確，本文在分詞的時(shí)候選用了jieba分詞中的全模式進(jìn)行分詞，這樣所分得的數(shù)學(xué)名詞更加全面。

（三）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

分詞之后，將所有的詞與之前在制作知識(shí)圖譜時(shí)所得到的各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行逐一匹配，當(dāng)有這一知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，就先匹配到包含這一知識(shí)點(diǎn)的章節(jié)中，然后再根據(jù)題目中的其他詞進(jìn)行精確匹配，如果沒(méi)有精確匹配的知識(shí)點(diǎn)，就直接對(duì)應(yīng)到這一節(jié)甚至是這一章的內(nèi)容。例如：一道題目是‘判斷0的平方根是0這一說(shuō)法是否正確，在這道題目中我們通過(guò)jieba分詞之后所得到的結(jié)果是‘判斷 0 的 平方 平方根 方根 是 0 這 一 說(shuō)法 是否 正確。通過(guò)這個(gè)我們可以對(duì)比之前所得到的圖譜中的數(shù)學(xué)知識(shí)，可以找到‘平方和‘平方根是數(shù)學(xué)知識(shí)，那么我們就能找到它所對(duì)應(yīng)的章節(jié)為第六章的6.1這一小節(jié)。

三、結(jié)語(yǔ)

本文主要是通過(guò)制作的知識(shí)圖譜讓學(xué)生更加清晰地看到每個(gè)章節(jié)所包含的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)在自己出錯(cuò)的題目中可以找到對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，便于補(bǔ)習(xí)自己所不擅長(zhǎng)的章節(jié)，同時(shí)也可以通過(guò)模糊匹配看到所包含這一知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)章節(jié)，可以進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。同時(shí)，本文獲取的知識(shí)點(diǎn)不是很全面，因此需要后續(xù)持續(xù)往這一知識(shí)圖譜中加入新的知識(shí)點(diǎn);另外，本文對(duì)于各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在今后的研究過(guò)程中可以將知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系統(tǒng)計(jì)出來(lái)，以構(gòu)成一個(gè)完整的初中數(shù)學(xué)知識(shí)圖譜，方便學(xué)生的學(xué)習(xí)和查找知識(shí)點(diǎn)，且更系統(tǒng)地將整個(gè)初中數(shù)學(xué)架構(gòu)掌握起來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李新龍，劉巖，何麗云，劉保延，張艷宏.知識(shí)圖譜研究概況及其在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國(guó)中醫(yī)藥信息雜志，2017（7）：129.

[2]朱游娟.初中數(shù)學(xué)問(wèn)題的全知識(shí)圖譜設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2016.

[3]趙軍，劉康，何世柱，陳玉博.知識(shí)圖譜[M].北京：高等教育出版社，2018.

[4]郝培豪，高潔.基于Neo4j圖數(shù)據(jù)庫(kù)的警務(wù)安保知識(shí)圖譜可視化分析[J].研究與開(kāi)發(fā)，2018（4）：8.

[5]涂銘，劉洋，劉樹(shù)春.python自然語(yǔ)言處理實(shí)戰(zhàn)：核心技術(shù)與算法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.