構(gòu)建基于web服務(wù)器平臺的智能答疑系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)系 陳云萍

1.引言

隨著遠(yuǎn)程教育的快速發(fā)展，網(wǎng)上學(xué)習(xí)不僅使自主學(xué)習(xí)成為現(xiàn)實(shí)，而且使自主學(xué)習(xí)成為時(shí)尚?；赪eb的遠(yuǎn)程教育平臺，為學(xué)習(xí)者提供了學(xué)科網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件、學(xué)科教師答疑。答疑或討論系統(tǒng)可以幫助用戶解決他在某些知識點(diǎn)方面的疑問。智能答疑系統(tǒng)，使答疑突破了答疑行為的時(shí)間、空間局限，并廣泛擴(kuò)展了問題解答的資源內(nèi)容、資源呈現(xiàn)形式和資源獲取方式，提供了高效率、高質(zhì)量的用戶與教學(xué)環(huán)境的交互，不但支持了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的順利進(jìn)行，而且成為傳統(tǒng)課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

本智能答疑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是相對獨(dú)立的、智能的、自適應(yīng)的基于Web的網(wǎng)上通用答疑系統(tǒng)。

(1)開發(fā)一個(gè)基于Web的、應(yīng)用級的、可擴(kuò)展的、通用的、自適應(yīng)的智能答疑系統(tǒng)、獨(dú)立運(yùn)行或同遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)集成既可。

(2)在網(wǎng)上模擬和實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)課堂的答疑功能，為教師答疑和學(xué)生學(xué)習(xí)提供更方便快捷的渠道。

(3)采用先進(jìn)的自然語言處理技術(shù)及Java服務(wù)器編程技術(shù)，充分利用WWW的有力資源，保證系統(tǒng)的先進(jìn)性。

(4)保證系統(tǒng)的高效實(shí)用、操作簡單、容易維護(hù)和擴(kuò)展、功能相對少等特點(diǎn)。

3.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行模式

本系統(tǒng)是基于web系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是用于遠(yuǎn)程智能答疑，所有功能都是通過應(yīng)用服務(wù)器和用戶瀏覽器之間的交互完成,如圖1。與系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器來組織和維護(hù)。通過internet網(wǎng)絡(luò)連接的用戶通過瀏覽器向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)出請求，應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)用戶的請求做相應(yīng)的響應(yīng)，檢索數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)，并把服務(wù)結(jié)果通過瀏覽器反饋給用戶。最初的數(shù)據(jù)庫中的問題及答案是事先放進(jìn)去的，通過系統(tǒng)的運(yùn)行，數(shù)據(jù)庫會一直擴(kuò)充，完善。滿足用戶的更多需求。

3.2 系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)功能包括系統(tǒng)的核心功能和輔助功能兩大模塊。核心功能主要是用戶管理和自動答疑，輔助功能主要是討論答疑、郵件答疑、BBS留言答疑等功能。

3.3 系統(tǒng)核心功能

(1)用戶管理：管理系統(tǒng)用戶的信息注冊錄入、入庫，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的用戶驗(yàn)證登錄、退出，識別戶類型并分配相應(yīng)的操作權(quán)限等。

(2)智能答疑處理：根據(jù)用戶的科目選擇定位數(shù)據(jù)庫，對用戶的自然語言提問文本進(jìn)行自分詞，提取出索引關(guān)鍵詞或關(guān)鍵詞組合，然后與問題庫中的問題進(jìn)行匹配或全文匹配定位到一個(gè)參考答案或幾個(gè)參考答案，如不能匹配出合適的答案轉(zhuǎn)到輔助答疑模塊，把教師用戶的郵件答案和BBS留言答案的確認(rèn)結(jié)果自動存入數(shù)據(jù)庫中。

3.4 系統(tǒng)輔助功能

(1)實(shí)時(shí)問題討論：為每一個(gè)系統(tǒng)用戶提供一個(gè)利用文字進(jìn)行實(shí)時(shí)討論的空間。如果用戶所提問題未能得到系統(tǒng)的及時(shí)的自動回答，注冊用戶在可通過聊天方式提出問題，其它在線用戶可以各抒己見，用戶自己歸納總結(jié)較為合理的參考答案。

(2)BBS留言：如果提問用戶沒有得到系統(tǒng)的自動答疑且在討論室中沒有獲得滿意答復(fù)，可將所提問題貼到留言板上，等待教師或其它用戶進(jìn)行回答，教師的答疑結(jié)果提交給智能答疑模塊進(jìn)行后續(xù)處理。

(3)郵件答疑：如果提問用戶沒有得到系統(tǒng)的自動答疑且在聊天室中也沒有獲得滿意答復(fù)也可將所提問題轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)學(xué)科的教師郵箱中，等待教師回復(fù)郵件答疑。教師回復(fù)的郵件除發(fā)往提問用戶的郵箱外，轉(zhuǎn)交給智能答疑模塊，由其完成數(shù)據(jù)庫的補(bǔ)充維護(hù)處理工作：提取郵件內(nèi)容及關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)換成符合要求的文檔存貯在數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)自動定期地對用戶數(shù)據(jù)，BBS留言數(shù)據(jù)，郵件答疑數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)狀態(tài)與配置數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。

3.5 系統(tǒng)模塊劃分

作為一個(gè)通用型的遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)，其用戶包括教師，一般用戶和系統(tǒng)管理員，所以，基于用戶角色劃分，系統(tǒng)可劃分為三個(gè)模塊：教師模塊，一般用戶模塊和管理模塊。結(jié)合用戶角色劃分，系統(tǒng)在整體上是以系統(tǒng)功能劃分為子系統(tǒng)，系統(tǒng)包括管理子系統(tǒng)和答疑子系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)，其功能描述為：

3.5.1 管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要模塊，有系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)，主要進(jìn)行系統(tǒng)的日常維護(hù)工作，管理教師和用戶的注冊及用戶信息，登錄驗(yàn)證，管理和維護(hù)智能答疑資源，智能管理教師和一般用戶的信息，接收教師用戶和一般用戶對系統(tǒng)使用方面的反饋意見，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。對于系統(tǒng)管理員來說，系統(tǒng)應(yīng)提供下述功能：

(1)注冊管理：包括教師和用戶注冊管理。用于處理教師和用戶的注冊信息，生成相應(yīng)的帳號和密碼。教師和用戶的帳號在系統(tǒng)是唯一的，在實(shí)現(xiàn)中可以考慮將用戶輸入的登錄名作為用戶的帳號。系統(tǒng)管理員還應(yīng)該為忘記密碼的教師或用戶刪除或修改密碼。

(2)科目管理：智能答疑系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是分科目組織的。系統(tǒng)管理員應(yīng)該可以對系統(tǒng)中的科目進(jìn)行增加，刪除，修改。在系統(tǒng)中，每個(gè)科目的教師都是預(yù)先指定的，每增加一個(gè)科目，管理員就要指定教師。

(3)數(shù)據(jù)資源管理：系統(tǒng)中數(shù)據(jù)資源包括教師信息，用戶信息，各科的常見問題庫。系統(tǒng)管理員可以直接訪問創(chuàng)建，刪除和修改這些數(shù)據(jù)。

(3)信息反饋處理：系統(tǒng)管理員要對教師用戶和一般用戶的反饋信息進(jìn)行分類處理，根據(jù)用戶對系統(tǒng)功能，性能，使用等方面的意見和建議對系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，以提高答疑質(zhì)量。

3.5.2 答疑子系統(tǒng)

在答疑子系統(tǒng)中，可分為智能答疑子系統(tǒng)和輔助傳統(tǒng)子系統(tǒng)兩個(gè)子模塊。

智能答疑子系統(tǒng)：完成模擬現(xiàn)實(shí)的智能答疑，這是系統(tǒng)的主要模塊，系統(tǒng)中需要提供以下基本功能：

(1)操作提示：智能答疑系統(tǒng)應(yīng)具有一個(gè)操作提示和操作信息反饋欄，提供友好的用戶界面這樣可以方便用戶使用。

(2)身份認(rèn)證：用戶在瀏覽智能答疑系統(tǒng)主頁時(shí)，需要用戶登錄后才能進(jìn)行提問或維護(hù)常見問題庫。這就要提交用戶ID和密碼，并做相應(yīng)的權(quán)限檢查。

(3)自動答疑：分為自然語言查詢方式；按關(guān)鍵字提問方式；按課本章節(jié)知識點(diǎn)提問方式；輔助傳統(tǒng)答疑子系統(tǒng)。

2011年中央1號文件明確提出把嚴(yán)格水資源管理作為轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的戰(zhàn)略舉措，2012年 《國務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》（國發(fā)〔2012〕3 號）對實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度進(jìn)行了全面部署。水利部把落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度作為水利工作的重中之重，舉全部和全系統(tǒng)之力，推進(jìn)最嚴(yán)格水資源管理制度的落實(shí)。為了以點(diǎn)帶面，實(shí)踐最嚴(yán)格水資源管理制度，水利部開展了加快實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度試點(diǎn)工作，希望通過試點(diǎn)地區(qū)先行先試，探索不同類型地區(qū)實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的模式、經(jīng)驗(yàn)和做法，推廣試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，全面推進(jìn)最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施。

4.系統(tǒng)功能模型

在系統(tǒng)功能模型(如圖2)中，系統(tǒng)具有以下四層結(jié)構(gòu)：

第一層(OS)：支持網(wǎng)絡(luò)功能的操作系統(tǒng)是智能答疑系統(tǒng)的運(yùn)行平臺。

第二層(TCP/IP)：TCP/IP協(xié)議作為現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的通用標(biāo)準(zhǔn)，是智能答疑系統(tǒng)通信的支撐協(xié)議。

第三層(Application)：應(yīng)用層利用HTTP實(shí)現(xiàn)客戶端對WEB服務(wù)器的訪問，建立C/S之間的連接。通過系統(tǒng)通信通道發(fā)送，接收或者轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)消息，成員消息。BBS消息，答疑情況等。

第四層：提供面向用戶的人機(jī)交互接口。

5.系統(tǒng)工作流程

(1)注冊：系統(tǒng)使用者首先通過系統(tǒng)注冊頁面進(jìn)行注冊，經(jīng)過管理員確認(rèn)批準(zhǔn)(主要是針對教師用戶)，即可成為智能答疑系統(tǒng)的合法成員。

圖1 智能答疑模式

圖2 智能答疑系統(tǒng)模型示意圖

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

(2)登錄：已注冊的成員，需通過智能答疑系統(tǒng)的登錄頁面進(jìn)行登錄，登錄成功后即可進(jìn)入答疑系統(tǒng)。

(3)科目選擇：已經(jīng)進(jìn)入智能答疑系統(tǒng)的成員需要選擇所需答疑的科目，以便進(jìn)入相應(yīng)的答疑網(wǎng)頁.

(5)答疑或維護(hù)結(jié)束：用戶推出，保存相應(yīng)的重要答疑過程記錄。

智能答疑系統(tǒng)的教師用戶和一般用戶的工作流程示意如圖3所示.

6.智能答疑系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境：

(1)協(xié)議的選擇：智能答疑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是建立一個(gè)用于Internet的網(wǎng)上系統(tǒng)，所以采用TCP/IP協(xié)議。

(2)跨平臺的選擇：系統(tǒng)設(shè)計(jì)是面向WWW的，系統(tǒng)采用Java技術(shù)，保證了系統(tǒng)的跨平臺性。

(3)支持中文信息處理：采用Apache Tomcat 5.5.26處理JSP、Java Servlet、JavaBean；JDK包使用J2sdk1.6；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Microsoft SQL Server 2000。

7.智能答疑系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

7.1 自動分詞技術(shù)

自動分詞是自然語言處理最基本的、無法回避的一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。檢索的目的在于跟蹤、獲取與用戶的檢索需求相關(guān)的信息線索或信息全文，并以友好的交互界面呈現(xiàn)給檢索者。

7.2 java語言

自從java正式問世以來，java的快速發(fā)展已經(jīng)讓整個(gè)Web世界發(fā)生了翻天覆地的變化，隨著java Servlet和JSP技術(shù)的推出，讓java成為基于Web的應(yīng)用程序的首選開發(fā)工具。

8.結(jié)束語

本文研究設(shè)計(jì)了基于WEB和自然語言理解的智能答疑系統(tǒng)(IQAS_bowanlu)的體系結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)確率較高的中文自然語言的自動分詞技術(shù)、HTML、JSP、Java Servlet、Java Beans的有機(jī)整合技術(shù)、基于JAVA的WEB服務(wù)器環(huán)境的配置方案和智能答疑能力的加強(qiáng)方法，并詳細(xì)闡述了IQAS_bowanlu的實(shí)現(xiàn)方案。

IQAS_bowanlu采用JSP和Java Servlet技術(shù)相結(jié)合開發(fā)系統(tǒng)，充分利用了Java的跨平臺、多線程、結(jié)構(gòu)中立、安全性等優(yōu)勢性能，比目前流行的運(yùn)用ASP或PHP等開發(fā)的WEB應(yīng)用系統(tǒng)更易于使用和改進(jìn)，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的通用性。

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