教學(xué)資源概念查詢(xún)擴(kuò)展研究

張?zhí)m芳，年梅

新疆師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息安全與輿情分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830054

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展促使教育教學(xué)要面向信息化、現(xiàn)代化，基于網(wǎng)絡(luò)的在線(xiàn)學(xué)習(xí)（E-Learning）成為一種新的學(xué)習(xí)方式[1]，它是自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的有利工具。但是隨著網(wǎng)絡(luò)資源的迅速膨脹，基于關(guān)鍵字簡(jiǎn)單匹配的搜索引擎在查找教學(xué)資源時(shí)，找到的大量鏈接與學(xué)習(xí)者的查詢(xún)需求無(wú)關(guān)，不能滿(mǎn)足學(xué)習(xí)者網(wǎng)上資源查詢(xún)的需要，降低了學(xué)習(xí)者在線(xiàn)學(xué)習(xí)的效率，也困擾了學(xué)習(xí)者利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性和積極性。近年來(lái)，一些學(xué)者提出采用概念語(yǔ)義查詢(xún)擴(kuò)展的方法來(lái)檢索教學(xué)資源，這樣可以從語(yǔ)義層面理解學(xué)習(xí)者的需求，把握學(xué)習(xí)者檢索的真實(shí)意圖，為學(xué)習(xí)者提供語(yǔ)義相近和相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，以提高在線(xiàn)學(xué)習(xí)的效率。

概念語(yǔ)義查詢(xún)擴(kuò)展是在語(yǔ)義詞典/領(lǐng)域本體的基礎(chǔ)上構(gòu)建概念語(yǔ)義空間，對(duì)原查詢(xún)進(jìn)行擴(kuò)展。該方法需要首先提取概念語(yǔ)義空間中的各種概念及其隱含的各種語(yǔ)義關(guān)聯(lián)，建立一個(gè)概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)；然后將查詢(xún)概念與概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)中的概念匹配，生成查詢(xún)語(yǔ)義的關(guān)聯(lián)概念樹(shù)；從關(guān)聯(lián)概念樹(shù)中提取與原查詢(xún)語(yǔ)義相關(guān)的概念，通過(guò)一定閾值與規(guī)則的沒(méi)定，選出擴(kuò)展概念，實(shí)現(xiàn)基于概念的擴(kuò)展檢索[2]。概念語(yǔ)義擴(kuò)展檢索能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)義的同義擴(kuò)展、蘊(yùn)含擴(kuò)展、外延擴(kuò)展、并列擴(kuò)展和相關(guān)擴(kuò)展[3]。

基于概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)能提高教學(xué)資源檢索的查全率和查準(zhǔn)率，并為學(xué)習(xí)者提供所查詢(xún)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)領(lǐng)域的導(dǎo)引學(xué)習(xí)，是目前教學(xué)資源查詢(xún)的主流途徑。近年來(lái)本體技術(shù)頗受學(xué)者們的青睞，成來(lái)教學(xué)領(lǐng)域概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。他們采用本體技術(shù)構(gòu)建某一學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域知識(shí)的查詢(xún)擴(kuò)展，以幫助學(xué)習(xí)者更全面、準(zhǔn)確地了解所查詢(xún)知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容。

本文提出教學(xué)資源概念擴(kuò)展思想，以《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》第五版為依據(jù)，采用文獻(xiàn)[3]提出的文檔抽取方法，抽取出《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》主要知識(shí)點(diǎn)中的術(shù)語(yǔ)作為《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念詞和擴(kuò)展概念詞，構(gòu)建概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)概念語(yǔ)義查詢(xún)擴(kuò)展檢索系統(tǒng)；將學(xué)習(xí)者查詢(xún)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的查詢(xún)?cè)~在《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行語(yǔ)義擴(kuò)展，并向上拓展抽取完整的關(guān)聯(lián)概念樹(shù)，不僅充分挖掘出每個(gè)查詢(xún)?cè)~的語(yǔ)義概念，而且通過(guò)向上拓展至各個(gè)查詢(xún)?cè)~的公共祖先節(jié)點(diǎn)，將各查詢(xún)?cè)~的原始語(yǔ)義關(guān)系聯(lián)接起來(lái)。其解決了查詢(xún)?cè)~之間缺乏聯(lián)系的問(wèn)題，從而較全面地進(jìn)行答案搜索，提高學(xué)習(xí)資源的查全率和查準(zhǔn)率，為學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)效率的提高奠定基礎(chǔ)。

2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究分析

2.1 查詢(xún)擴(kuò)展技術(shù)研究現(xiàn)狀

查詢(xún)擴(kuò)展是在原查詢(xún)?cè)~的基礎(chǔ)上加入與用戶(hù)用詞相關(guān)的詞或者詞組，組成新的、更準(zhǔn)確的查詢(xún)序列，使擴(kuò)展后的查詢(xún)序列能更清晰地表達(dá)用戶(hù)的查詢(xún)意愿[2]。傳統(tǒng)的查詢(xún)擴(kuò)展技術(shù)主要有全局分析、局部分析，以及基于用戶(hù)查詢(xún)?nèi)罩綶4]和基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘[5]的查詢(xún)擴(kuò)展[2]。其中局部分析中的偽相關(guān)性反饋PRF（Pseudo-Relevance Feedback）技術(shù)[6-7]是使用較多的方法。該方法主要利用查詢(xún)時(shí)返回的top-N支持文檔來(lái)擴(kuò)展原始查詢(xún)語(yǔ)句。但是這些查詢(xún)擴(kuò)展方法的效果并不穩(wěn)定。

目前，基于概念語(yǔ)義的查詢(xún)擴(kuò)展檢索已經(jīng)成為信息檢索的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)外較著名的項(xiàng)目有Swoogle、KIM平臺(tái)、FINDUR系統(tǒng)，其中Swoogle是由美國(guó)馬里蘭大學(xué)開(kāi)發(fā)的針對(duì)語(yǔ)義網(wǎng)的搜索引擎，其處理的數(shù)據(jù)對(duì)象是RDF元數(shù)據(jù)及本體術(shù)語(yǔ)。Swoogle借助Google等通用搜索引擎為其搜索博客、新聞種子、數(shù)字圖書(shū)館、版權(quán)元數(shù)據(jù)、軟件配置和詞典（如WordNet）等語(yǔ)義數(shù)據(jù)，其目的是推動(dòng)語(yǔ)義網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取[1]。國(guó)內(nèi)在概念語(yǔ)義檢索方面的研究起步較晚，目前還沒(méi)有真正能得到大范圍應(yīng)用且用戶(hù)認(rèn)可的檢索系統(tǒng)或搜索引擎。中科院計(jì)算所諸葛海等[8]提出的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)采用新的計(jì)算模式和新的資源組織與管理模型，能有效地輔助用戶(hù)進(jìn)行資源的查詢(xún)、獲取、共享等工作。

2.2 概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外在概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)方面的研究已初具成果。例如斯擔(dān)福大學(xué)的Infomap Search Engine，通過(guò)選用不同的訓(xùn)練語(yǔ)料，測(cè)試生成的概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)對(duì)查詢(xún)效果的影響，并在此基礎(chǔ)上，利用醫(yī)學(xué)相關(guān)語(yǔ)料和雙語(yǔ)詞典生成一個(gè)概念網(wǎng)絡(luò)，建立醫(yī)學(xué)文檔檢索的示范應(yīng)用[9]。國(guó)內(nèi)較典型的相關(guān)研究有：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所用共現(xiàn)分析以及Hopfield網(wǎng)絡(luò)概念空間，從而實(shí)現(xiàn)了基于概念空間的擴(kuò)展檢索[10]；北京郵電大學(xué)針對(duì)計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用領(lǐng)域，手工創(chuàng)建了一個(gè)含有500多個(gè)概念節(jié)點(diǎn)，包括一個(gè)分類(lèi)體系和近300種概念相關(guān)關(guān)系的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，初步實(shí)現(xiàn)了特定領(lǐng)域的概念檢索[11]；中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)的基于概念語(yǔ)義空間的聯(lián)想檢索系統(tǒng)，通過(guò)共現(xiàn)分析建立概念語(yǔ)義空間，并借助于大型語(yǔ)義詞典《知網(wǎng)》，為用戶(hù)提供了一個(gè)智能檢索接口[12]。

3 以《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》為教學(xué)資源生成概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

3.1 抽取概念詞

通過(guò)對(duì)自然語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)答疑語(yǔ)料庫(kù)（即問(wèn)題答案庫(kù)）的分析，以《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》（第五版）為依據(jù)，總結(jié)出《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，從這些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)中抽取出概念詞。

3.2 構(gòu)建概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是本文實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源概念查詢(xún)擴(kuò)展的關(guān)鍵部分。含有概念詞間概念關(guān)系的概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上就是一個(gè)知識(shí)庫(kù)，基于該知識(shí)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)特定領(lǐng)域信息的智能檢索。本文基于《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》教學(xué)資源領(lǐng)域Web頁(yè)面的概念檢索。

在概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)概念詞，有向邊表示概念詞之間的某種關(guān)系。概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)具有縱向?qū)哟侮P(guān)系，不同層次表明概念間的抽象程度不同，層次越高其概念概括性越強(qiáng)，包含的子概念越多。父概念由一組子概念組成，是子概念的抽象、概括表示，子概念是父概念的屬性、特征表示，是對(duì)父概念的細(xì)化。概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)還有橫向關(guān)系，包括同義概念關(guān)系和兄弟概念關(guān)系，這樣就可以把不同層的具有同義概念關(guān)系和兄弟概念關(guān)系的任意節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)概念語(yǔ)義網(wǎng)。

圖1 概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造示意圖

以《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》第五版教材為依據(jù)構(gòu)建《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。參考文獻(xiàn)[3]提出的概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)生成方法，抽取出概念詞的同義概念詞、子概念詞，然后對(duì)子概念關(guān)系進(jìn)行角色轉(zhuǎn)換，得到父概念詞和兄弟概念詞。這樣以各個(gè)概念詞為中心依托各種概念關(guān)系構(gòu)造出它的概念語(yǔ)義網(wǎng)，各概念詞之間通過(guò)各種概念關(guān)系相互關(guān)聯(lián)，從而生成一個(gè)有著各種概念關(guān)系的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。概念網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)元概念，節(jié)點(diǎn)間的連線(xiàn)表示概念間的各種語(yǔ)義關(guān)聯(lián)和繼承關(guān)系。具體構(gòu)建時(shí)采用如下的方法：

（1）用分類(lèi)樹(shù)的方法構(gòu)建概念詞間的縱向?qū)哟侮P(guān)系。第一層是最高層，用來(lái)描述最具概括性的概念，定義為“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”；第二層細(xì)化為網(wǎng)絡(luò)參考模型、網(wǎng)絡(luò)安全、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)多媒體信息服務(wù)、下一代因特網(wǎng)五個(gè)主題領(lǐng)域；第三層對(duì)第二層的概念再進(jìn)行細(xì)化，如：第二層中網(wǎng)絡(luò)參考模型再細(xì)化分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、應(yīng)用層五個(gè)主題領(lǐng)域。在這里并非所有的概念都要進(jìn)行細(xì)化，可以根據(jù)概念詞間的關(guān)系進(jìn)行細(xì)化，這樣建成的分類(lèi)樹(shù)在深度和廣度上自由擴(kuò)展，易于操做。

（2）在分類(lèi)樹(shù)的基礎(chǔ)上添加橫向的同義概念關(guān)系和兄弟概念關(guān)系，實(shí)現(xiàn)不同層次上同義概念詞和兄弟概念詞的聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。

圖1是《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造示意圖。

圖1中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)概念詞，括號(hào)里是它的同義概念詞，主要是英文簡(jiǎn)寫(xiě)和全稱(chēng)。單向箭頭表示所連接的兩個(gè)概念詞是父子概念關(guān)系，實(shí)曲線(xiàn)所連接的兩個(gè)概念詞是兄弟概念關(guān)系。

3.3 描述概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示為SN={N，E}，其中N是概念節(jié)點(diǎn)的集合，描述了該節(jié)點(diǎn)的各種屬性值，E是聯(lián)接N中節(jié)點(diǎn)的帶標(biāo)識(shí)的有向邊的集合，描述了有向邊所代表的概念關(guān)系。定義如下的概念關(guān)系：

概念關(guān)系：：=<同義概念關(guān)系A(chǔ)>|<父概念關(guān)系F>|

<子概念關(guān)系S>|<兄弟概念關(guān)系B>

針對(duì)概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)如下實(shí)體和屬性：

概念詞（概念詞編號(hào){PK}，概念詞名，父概念詞編號(hào)）

同義概念詞（同義概念詞編號(hào){PK}，概念詞編號(hào){FK}，同義概念詞描述）

父概念詞（父概念詞編號(hào){PK}，概念詞編號(hào){FK}，父概念詞描述）

子概念詞（子概念詞編號(hào){PK}，概念詞編號(hào){FK}，子概念詞描述）

兄弟概念詞（兄弟概念詞編號(hào){PK}，概念詞編號(hào){FK}，兄弟概念詞描述）

4 學(xué)習(xí)者查詢(xún)語(yǔ)義的提取策略與算法

學(xué)習(xí)者查詢(xún)語(yǔ)義的提取策略：如果學(xué)習(xí)者輸入的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》領(lǐng)域的查詢(xún)概念與《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的概念詞精確匹配，將提取每一個(gè)查詢(xún)概念的關(guān)聯(lián)概念。關(guān)聯(lián)概念包括同義概念詞、父概念詞、子概念詞和兄弟概念詞，這些概念詞組合在一起其實(shí)就是一棵與查詢(xún)概念關(guān)聯(lián)的概念語(yǔ)義樹(shù)，稱(chēng)它為關(guān)聯(lián)概念樹(shù)。學(xué)習(xí)者查詢(xún)概念的擴(kuò)展其實(shí)就是關(guān)聯(lián)概念樹(shù)的提取過(guò)程。在提取過(guò)程中給每個(gè)概念設(shè)定相關(guān)的權(quán)重，就可以完成學(xué)習(xí)者查詢(xún)語(yǔ)義的提取。

4.1 查詢(xún)擴(kuò)展算法

步驟1學(xué)習(xí)者輸入查詢(xún)的概念，系統(tǒng)調(diào)用預(yù)處理模塊對(duì)其進(jìn)行處理生成查詢(xún)向量Q(q1，q2，…，qn)，將初始查詢(xún)向量放入到《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行概念節(jié)點(diǎn)匹配，匹配原則是概念詞名稱(chēng)的精確匹配，如果在概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中精確匹配到查詢(xún)向量Q，就把匹配到的概念節(jié)點(diǎn)定義為元概念節(jié)點(diǎn)O(o1，o2，…，on)。

步驟2以元概念節(jié)點(diǎn)O(o1，o2，…，on)為基點(diǎn)提取關(guān)聯(lián)概念樹(shù)T(t1，t2，…，tn)。

步驟3以元概念節(jié)點(diǎn)O(o1，o2，…，on)為基點(diǎn)搜索它們的共同祖先概念節(jié)點(diǎn)，可能存在多個(gè)共同祖先概念節(jié)點(diǎn)，把離元概念節(jié)點(diǎn)最近的共同祖先概念節(jié)點(diǎn)定義為最近祖先概念節(jié)點(diǎn)Root，它將成為關(guān)聯(lián)概念樹(shù)T(t1，t2，…，tn)根節(jié)點(diǎn)。把元概念節(jié)點(diǎn)及其下面的子概念集、最近祖先概念節(jié)點(diǎn)及其到元概念節(jié)點(diǎn)的路徑概念節(jié)點(diǎn)，連同它們的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)及元概念節(jié)點(diǎn)的同義概念節(jié)點(diǎn)、兄弟概念節(jié)點(diǎn)一起裁剪復(fù)制一份出來(lái)，生成一個(gè)符合學(xué)習(xí)者查詢(xún)意愿的關(guān)聯(lián)概念樹(shù)。

步驟4查詢(xún)語(yǔ)義的提取及擴(kuò)展詞的確定。在關(guān)聯(lián)概念樹(shù)中，查詢(xún)語(yǔ)義是以元概念節(jié)點(diǎn)為中心，向上向下延伸，離元概念節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，其概念語(yǔ)義與查詢(xún)語(yǔ)義相關(guān)程度就越小。元概念節(jié)點(diǎn)上層語(yǔ)義邊界是其最近祖先概念節(jié)點(diǎn)，也就是關(guān)聯(lián)概念樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)。以元概念節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)向下延伸到子樹(shù)，這里引入?yún)?shù)L定義為子樹(shù)層數(shù)，確定查詢(xún)語(yǔ)義的下層語(yǔ)義邊界。關(guān)聯(lián)概念樹(shù)的語(yǔ)義范圍確定就是查詢(xún)語(yǔ)義的提取，以元概念節(jié)點(diǎn)O(o1，o2，…，on)為基點(diǎn)向上延伸至最近祖先概念節(jié)點(diǎn)Root，向下延伸至所有元概念節(jié)點(diǎn)的子概念節(jié)點(diǎn)，橫向延伸至元概念節(jié)點(diǎn)的同義概念節(jié)點(diǎn)和兄弟概念節(jié)點(diǎn)，除元概念節(jié)點(diǎn)外，關(guān)聯(lián)概念樹(shù)中其余的概念節(jié)點(diǎn)都將作為查詢(xún)概念的擴(kuò)展詞。

如圖2是查詢(xún)?cè)~關(guān)聯(lián)概念樹(shù)的提取示意圖。

圖2中實(shí)心圓點(diǎn)為元概念節(jié)點(diǎn)，“查詢(xún)語(yǔ)義的關(guān)聯(lián)概念樹(shù)”中的空心圓點(diǎn)就是擴(kuò)展的概念節(jié)點(diǎn)，它們將與元概念節(jié)點(diǎn)一起組成查詢(xún)序列以表示學(xué)習(xí)者的查詢(xún)意愿。

4.2 計(jì)算權(quán)重

在查詢(xún)?cè)~的關(guān)聯(lián)概念樹(shù)中，各概念節(jié)點(diǎn)對(duì)初始查詢(xún)的權(quán)重是不同的，元概念節(jié)點(diǎn)是初始查詢(xún)?cè)~，其權(quán)重最高，規(guī)定其權(quán)重WC=1；元概念節(jié)點(diǎn)的同義概念詞與初始查詢(xún)?cè)~語(yǔ)義相同，規(guī)定其權(quán)重WCO=1；元概念節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展子概念節(jié)點(diǎn)的語(yǔ)義范圍屬于其父概念，它的權(quán)重應(yīng)該要小一些，規(guī)定WCS=B-L，B為常數(shù)，L為子概念節(jié)點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的元概念節(jié)點(diǎn)的距離，即層數(shù)L=1；父概念節(jié)點(diǎn)是元概念節(jié)點(diǎn)語(yǔ)義的向上泛化，因而其權(quán)重應(yīng)該較小些，規(guī)定父概念節(jié)點(diǎn)的權(quán)重WCF=B-2L；根據(jù)分析，兄弟概念節(jié)點(diǎn)的權(quán)重應(yīng)該更小一些，規(guī)定其權(quán)重WCB=B-3L。元概念節(jié)點(diǎn)的最近祖先概念節(jié)點(diǎn)Root的權(quán)重等于與它直接相連的子節(jié)點(diǎn)的權(quán)重之和，如圖2“查詢(xún)語(yǔ)義的關(guān)聯(lián)概念樹(shù)”中最近祖先節(jié)點(diǎn)Root的權(quán)重是與它直接相連的子節(jié)點(diǎn)B1、C1、D1節(jié)點(diǎn)的權(quán)重之和，即WRoot=B-4+B-4+B-4，它表明最近祖先概念節(jié)點(diǎn)和與之相聯(lián)的所有元概念節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)程度。圖2中的“查詢(xún)語(yǔ)義的關(guān)聯(lián)概念樹(shù)”標(biāo)出了各節(jié)點(diǎn)的權(quán)重。

4.3 獲取查詢(xún)擴(kuò)展詞

定義查詢(xún)?cè)~序列Qe以及閾值變量λ，遍歷查詢(xún)?cè)~的關(guān)聯(lián)概念樹(shù)的所有節(jié)點(diǎn)CI，如果W(CI)＞λ，就將節(jié)點(diǎn)CI插入查詢(xún)?cè)~序列Qe，通過(guò)對(duì)閾值變量l的調(diào)整，可以控制查詢(xún)序列Qe中擴(kuò)展詞的數(shù)量。

將查詢(xún)序列Qe中的詞送入檢索系統(tǒng)進(jìn)行檢索，實(shí)現(xiàn)概念擴(kuò)展檢索。

5 概念查詢(xún)擴(kuò)展檢索的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的概念查詢(xún)擴(kuò)展是基于《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的檢索系統(tǒng)，這種查詢(xún)方式能夠幫助學(xué)習(xí)者快速、準(zhǔn)確地定位到所要查找的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)還為學(xué)習(xí)者提供所要查找知識(shí)點(diǎn)的上下位概念和兄弟概念，以幫助學(xué)習(xí)者拓展延伸所要查詢(xún)的知識(shí)點(diǎn)，從而極大地方便了學(xué)習(xí)者的查詢(xún)需求。

圖2 查詢(xún)語(yǔ)義關(guān)聯(lián)樹(shù)提取示意圖

由于本文設(shè)計(jì)的概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》教學(xué)資源領(lǐng)域的，所以要求學(xué)習(xí)者限定所要查詢(xún)的領(lǐng)域。對(duì)于學(xué)習(xí)者輸入的查詢(xún)，系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行三種處理。

關(guān)鍵詞同義擴(kuò)展搜索：當(dāng)學(xué)習(xí)者輸入查詢(xún)?cè)~時(shí)，檢索模塊從概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中抽取出查詢(xún)?cè)~的同義概念詞，并直接把同意概念詞和原查詢(xún)?cè)~一起作為檢索條件在索引數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)，利用倒排索引，返回《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》領(lǐng)域的文檔。

學(xué)習(xí)者選擇相關(guān)概念擴(kuò)展查詢(xún)，當(dāng)學(xué)習(xí)者輸入查詢(xún)?cè)~時(shí)，如果所輸入的查詢(xún)?cè)~在概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中能匹配到，系統(tǒng)在概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中激活查詢(xún)?cè)~的關(guān)聯(lián)語(yǔ)義樹(shù)，提取查詢(xún)?cè)~的擴(kuò)展查詢(xún)序列反饋給學(xué)習(xí)者，由學(xué)習(xí)者選擇相關(guān)概念詞進(jìn)行概念擴(kuò)展查詢(xún)。同時(shí)，系統(tǒng)將學(xué)習(xí)者的選擇輸入和該領(lǐng)域下文檔聚類(lèi)所生成的各個(gè)類(lèi)別的文檔進(jìn)行匹配，找出和這個(gè)關(guān)鍵詞最為相關(guān)的文檔，返回給學(xué)習(xí)者。

如果學(xué)習(xí)者在關(guān)鍵詞同義擴(kuò)展搜索方式中找到所要查詢(xún)的文檔，則查詢(xún)結(jié)束。如果用戶(hù)對(duì)“關(guān)鍵詞同義擴(kuò)展搜索”返回的文檔不滿(mǎn)意，學(xué)習(xí)者可以選擇相關(guān)概念擴(kuò)展查詢(xún)，這樣系統(tǒng)只返回相應(yīng)類(lèi)別的文檔。

學(xué)習(xí)者選擇相近概念精確查詢(xún)，如果學(xué)習(xí)者在“關(guān)鍵詞同義擴(kuò)展搜索”返回的文檔集合中找不到所需的文檔，則有可能是學(xué)習(xí)者輸入的查詢(xún)?cè)~有誤，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)系統(tǒng)，利用概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)搜索返回相近概念來(lái)進(jìn)行查詢(xún)。圖3為查詢(xún)處理流程圖。

6 實(shí)驗(yàn)分析

教學(xué)資源概念查詢(xún)擴(kuò)展的主要目的在于通過(guò)概念語(yǔ)義的擴(kuò)展提高查詢(xún)的查全率和查準(zhǔn)率，并向?qū)W習(xí)者提供所查詢(xún)知識(shí)點(diǎn)的上、下位延伸知識(shí)，方便學(xué)習(xí)者掌握所查詢(xún)的知識(shí)內(nèi)容。

采用本系統(tǒng)查詢(xún)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》教學(xué)資源，當(dāng)學(xué)習(xí)者提交“OSPF協(xié)議”時(shí)，系統(tǒng)會(huì)擴(kuò)展“OSPF協(xié)議”的同義概念詞“開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議”和“Open Shortest Path First”，將其作為檢索條件查詢(xún)出更全、更準(zhǔn)的“OSPF協(xié)議”內(nèi)容；除此之外，系統(tǒng)還可以通過(guò)擴(kuò)展“OSPF協(xié)議”的父概念，檢索到“內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議”的內(nèi)容，擴(kuò)展子概念，檢索到“OSPFv2”和“OSPFv3”的內(nèi)容，擴(kuò)展兄弟概念，檢索到“路由信息協(xié)議”的內(nèi)容，從而增加了檢索到相關(guān)教學(xué)資源的數(shù)目，提高了學(xué)習(xí)者在線(xiàn)學(xué)習(xí)的效率。

評(píng)價(jià)檢索系統(tǒng)的重要指標(biāo)是查全率和查準(zhǔn)率。查全率用于衡量檢索系統(tǒng)從資源中檢索出相關(guān)資源成功度的一項(xiàng)指標(biāo)，即檢索出的資源和應(yīng)得到的全部相關(guān)資源的百分比。查準(zhǔn)率是用于衡量檢索系統(tǒng)的信號(hào)噪聲比的一種指標(biāo)，即檢出的相關(guān)文檔與檢出的全部文檔的百分比，是衡量信息檢索系統(tǒng)檢出資源準(zhǔn)確度的尺度。

本檢索實(shí)驗(yàn)基于Google搜索引擎，模擬學(xué)習(xí)者初始查詢(xún)請(qǐng)求和擴(kuò)展同義概念查詢(xún)請(qǐng)求提交給Google，實(shí)驗(yàn)過(guò)程不涉及搜索引擎實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。由于涉及到具體搜索引擎的網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，并考慮在線(xiàn)學(xué)習(xí)者查看搜索結(jié)果的習(xí)慣，對(duì)查全率、查準(zhǔn)率的比較做了重新定義，即查全率的比較是把常規(guī)查詢(xún)查到的鏈接網(wǎng)頁(yè)數(shù)與概念擴(kuò)展查詢(xún)查到鏈接網(wǎng)頁(yè)數(shù)進(jìn)行比較；查準(zhǔn)率的比較只考慮前50條搜索結(jié)果，設(shè)學(xué)習(xí)者檢索信息為Q，針對(duì)Q檢索出的資源總數(shù)為B，其中與Q相關(guān)的資源總數(shù)為A，則檢索系統(tǒng)針對(duì)Q的查準(zhǔn)率P的計(jì)算公式是：在這里由于只對(duì)前50條鏈接做統(tǒng)計(jì)，所以

為了測(cè)試本文所構(gòu)建的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和檢索系統(tǒng)，對(duì)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》領(lǐng)域的1 600個(gè)問(wèn)題答案進(jìn)行檢索，對(duì)隨機(jī)輸入的9個(gè)學(xué)習(xí)者提問(wèn)進(jìn)行以下兩種檢索方法的測(cè)試。

學(xué)生測(cè)試采用如下兩種方法：

（1）常規(guī)查詢(xún)，沒(méi)有使用概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展的方法；

（2）概念擴(kuò)展查詢(xún)，使用概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展的查詢(xún)的方法。

比較結(jié)果如表1所示。

圖3 查詢(xún)處理流程圖

表1 兩種查詢(xún)方法比較

7 系統(tǒng)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的查詢(xún)擴(kuò)展檢索在智能水平上較現(xiàn)有的搜索引擎有很大的提高，其主要特色有以下方面：

（1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)習(xí)者檢索請(qǐng)求的知識(shí)聯(lián)想，層次清楚地給出查詢(xún)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的領(lǐng)域內(nèi)概念，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)系統(tǒng)提供的概念次層把握知識(shí)點(diǎn)的框架結(jié)構(gòu)，更加全面、準(zhǔn)確地掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域內(nèi)查詢(xún)知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容。

（2）擴(kuò)展概念詞不僅限于中文語(yǔ)種，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域跨語(yǔ)種檢索的功能。

（3）概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念詞、擴(kuò)展概念詞可以實(shí)現(xiàn)增量化管理，具有良好的可擴(kuò)展性。

（4）本研究的概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)生成方法具有普適性，可以在此研究的基礎(chǔ)上生成其他學(xué)科教學(xué)資源的概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，并基于其進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)的查詢(xún)擴(kuò)展檢索。它將概念查詢(xún)擴(kuò)展引入教育資源的查詢(xún)中，為教學(xué)系統(tǒng)中自動(dòng)問(wèn)答系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)前提。

8 結(jié)束語(yǔ)

依據(jù)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》第五版教材，建立了《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，描述了關(guān)聯(lián)概念樹(shù)的提取方法和概念查詢(xún)擴(kuò)展檢索計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的流程，并分析了該系統(tǒng)的特色。今后，將結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)不斷完善教學(xué)資源領(lǐng)域概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的增量化管理，并在檢索結(jié)果的處理方面做更多的研究，在保證查全率的同時(shí)提高查準(zhǔn)率。本文所闡述的概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)生成算法和查詢(xún)擴(kuò)展檢索系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景，可以為教學(xué)資源領(lǐng)域的在線(xiàn)學(xué)習(xí)提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。

[1]胡川洌.基于本體的教學(xué)資源語(yǔ)義檢索研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2011：1-2.

[2]王磊，黃廣君.結(jié)合概念語(yǔ)義空間的語(yǔ)義擴(kuò)展技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2012，48（35）：106-109.

[3]鄭慶華，王朝靜，孫霞.一種基于結(jié)化語(yǔ)料庫(kù)的概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)生成算法[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2005，42（3）：478-485.

[4]Cui Hang，Wen Jirong，Nie Jianyun，et al.Query expansion by Mining user logs[J].IEEE Transactions on Know ledge and Data Engineering，2003，15（4）：829-839.

[5]Zhang Chengqi，Qin Zhenxing，Yan Xiaow ei.Associationbased segmentation for Chinese-crossed query expansion[J].IEEE Intelligent Informatics Bulletin，2005，5（1）：18-25.

[6]Macdonald C，Ounis I.Using relevance feedback in expert search[C]//Proc of the 29th European Conference on IR Research.Berlin：Springer，2007：431-443.

[7]陳志敏，姜藝，趙耀.基于用戶(hù)查詢(xún)擴(kuò)展的自動(dòng)摘要技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011，28（6）：2188-2190.

[8]Zhuge H.The know ledge grid[M].New Jersey：World Scientific Publishing，2004.

[9]Information mapping project[EB/OL].（2003）[2013-06-01].http：//www-csli.stanford.edu/sem lab/infomap.htm l.

[10]鄭毅，吳斌，史忠植.基于概念空間的文本檢索系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002，38（12）：67-69.

[11]李蕾，王楠，鐘義信.基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念檢索研究與實(shí)現(xiàn)[J].情報(bào)學(xué)報(bào)，2000，19（5）：525-531.

[12]李源，何清，史忠植.基于概念語(yǔ)義空間的聯(lián)想檢索[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23（6）：577-580.

[13]唐成.答疑系統(tǒng)中基于概念的搜索引擎的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007：25-41.

[14]黃名選，嚴(yán)小衛(wèi)，張師超，等.關(guān)聯(lián)語(yǔ)義的概念查詢(xún)擴(kuò)展模型[J].情報(bào)雜志，2007（8）：92-95.

[15]李海芳，史俊冰，段利國(guó)，等.一種基于含糊同義詞的查詢(xún)擴(kuò)展方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2011，28（12）：41-43.

[16]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.