一种知识库及其展示方法、查询方法与流程

本发明涉及一种知识库及其展示方法、查询方法，属于网络技术领域，尤其涉及互联网教育技术领域。

技术背景

传统的知识库，是以图书的形式存在。而后，有出现了光盘发行的百科全书。随着互联网的出现，知识库主要是wiki的形式。和传统的百科全书，专业字典类似，它以词条为核心，提供对该词条的解释信息。

现有的知识库没有为学习优化，没有解决学习者遇到的最大的问题：

1.学习这个知识需要先掌握哪些(前置)知识？

2.用户如果对于当前知识的文章阅读不理解，应该如何获得其他关于当前知识点的文章？

现有知识库的设计中，没有知识关系的数据结构，无法设定知识关系，也就无法直接解决前置知识。针对第二个问题，现有知识库中，提供参考文献形式的链接，和当前知识点的关联程度不是很准确。现有知识库的设计中，一个词条只能有一个文章，导致不能适应多种学习需要的学习者。

搜索引擎也是人们搜索的知识的主要手段，而搜索的技巧以及结果的挑选，又是学习者遇到的又一困难。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种知识库及其展示方法、查询方法。本申请是建立知识单元为核心，知识关系为连接，多种表达风格的多媒体信息的知识库。知识库由输入处理模块，存储模块，自动处理模块，输出处理模块，人机交互模块组成。

本申请涉及的内容包括：

·设置知识单元的基本信息；基本信息包括名称、描述、所属知识领域；

·获取知识单元间关系的提交记录；

·基于提交记录生成知识单元关系；

·根据知识单元关系生成各知识单元的三维坐标，进行可视化展示；

·信息单元基本信息；名称，摘要，作者，媒体类型，表达风格，对应的知识单元，适用读者范围等，及媒体信息。

·作者(信息提供者)信息；

·信息单元与知识单元的对应关系。

本发明的技术方案为：

一种知识库展示方法，其步骤包括：

1)创建并存储知识单元；创建信息单元，存储信息单元及其与知识单元的关联关系；

2)存储对知识单元间关系进行选择和输入的提交记录；

3)根据步骤2)的提交记录，计算知识单元间关系；

4)使用步骤3)中的得到这些知识单元的关系，计算知识单元的网格化坐标；

5)根据展示要求，提取需要展示的知识单元，构成展示空间；其中，展示空间的知识单元坐标使用网格化坐标线性变换产生。

进一步的，使用和为1的有效系数数组对同一用户对同一对知识单元的同一知识关系的多个提交记录进行有效性加权计算。

进一步的，计算所述网格化坐标的方法为：

31)从知识单元集合中选取一个知识单元作为原始点，并给出初始坐标值；其中，指定一个具有方向性的知识关系，作为指定知识关系；对知识单元集合中和指定知识关系隐性等价的知识关系使用指定知识关系替换；

32)如果该知识单元集合中的一知识单元与该原始点为关系主动方向，则该知识单元称为一级知识单元，一级知识单元的层级坐标值＝原始点的层级坐标+1个单位常数；然后依次查找该知识单元集合中与一级知识单元具有关系主动方向的知识单元，称为二级知识单元，计算二级知识单元的层级坐标值＝一级知识单元的层级坐标+1个单位常数；依次类推，得到该知识单元集合中与上一级知识单元具有主动方向的各级知识单元的层级坐标值；

33)如果该知识单元集合中的一知识单元a与该知识单元集合中若干知识单元为关系被动方向，且这些知识单元在步骤32)中已有对应的层级坐标值，则选取层级坐标值最低的知识单元b，该知识单元a的层级坐标值＝知识单元b的层级坐标-1个单位常数。

进一步的，对于与所述原始点没有关系路径的一个或多个知识单元，则为其分别设置一个随机层级坐标；如有一知识单元c与该知识单元集合中的知识单元d具有知识关系，则将该知识单元c的层级坐标设置为该知识单元d的层级坐标。

进一步的，计算所述网格化坐标过程中，对两个知识单元，如果存在经过其他知识单元，关系方向相同的知识关系路径，则删除直接连接两个知识单元的关系；如果存在构成环路的知识关系路径，则将其标记为错误。

进一步的，确定知识单元在层级内的坐标，其方法为：和已确认坐标位置的知识单元a有知识关系且在相邻层的多个知识单元，按其和知识单元a的关系系数排序，顺序放至到按距离排序的可选位置点上。

一种知识库，其特征在于，包括知识单元生成模块、人机交互模块、输入模块、存储模块和知识单元间关系计算模块；其中，

所述知识单元生成模块，用于创建并存储知识单元；创建信息单元，存储信息单元及其与知识单元的关联关系；

所述人机交互模块，用于接收用户的提交记录请将其发送给输入模块；其中，所述提交记录包括用户信息、选取的两知识单元的知识单元关系名称；

所述输入模块，用于将收到的提交记录保存到存储模块的知识关系提交记录中；

所述知识单元间关系计算模块，用于根据各所述提交记录计算各知识单元之间的知识单元关系并保存到所述存储模块；以及根据指定的知识单元集合，首先提取集合内全部知识单元的知识关系，然后根据指定的知识关系及各知识单元之间的知识单元关系计算该知识单元集合中每一知识单元的层级坐标并保存到所述存储模块；然后根据各知识单元之间的知识单元关系计算该知识单元集合中每一知识单元的层级坐标并保存到所述存储模块；其中，所述知识单元关系具有方向性，包括关系主动方向和关系被动方向。

进一步的，还包括一三维网格化坐标计算模块；所述三维坐标计算模块从知识单元集合中选取一个知识单元作为原始点，并给出初始坐标值；如果该知识单元集合中的一知识单元与该原始点为关系主动方向，则该知识单元称为一级知识单元，一级知识单元的层级坐标值＝原始点的层级坐标+1个单位常数；然后依次查找该知识单元集合中与一级知识单元具有关系主动方向的知识单元，称为二级知识单元，计算二级知识单元的层级坐标值＝一级知识单元的层级坐标+1个单位常数；依次类推，得到该知识单元集合中与上一级知识单元具有主动方向的各级知识单元的层级坐标值；如果该知识单元集合中的一知识单元a与该知识单元集合中若干知识单元为关系被动方向，且这些知识单元已有对应的层级坐标值，则选取层级坐标值最高的知识单元b，该知识单元a的层级坐标值＝知识单元b的层级坐标-1个单位常数。

进一步的，还包括一展示模块，所述展示模块根据展示要求，提取需要展示的知识单元，调用所述三维网格化坐标计算模块，计算网格化坐标，构成展示空间；其中，展示空间的知识单元坐标使用网格化坐标线性变换产生。

一种知识库的查询方法，其步骤包括：根据用户输入的知识单元信息，从所述知识库中查找与其关联的所有知识单元；对于查询结果中的每一知识单元，查询该知识单元依赖的知识单元。

本发明的优点如下：

本方法可以建立一个知识单元为基础的知识索引；用于讲解知识的多个多媒体信息，与知识单元对应，使学习者可以以知识单元进行信息的快速搜索；知识单元的关系，特别是依赖关系，使得系统可以提示学习者前置学习必需的知识单元，帮助学习者进行学习顺序的优化。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明的方法进行进一步详细介绍。

本发明的方法流程如图1所示，其步骤包括：

一、学习者学习时的相关知识展示方法

使用者通过人机交互模块选择打开一个信息单元进行阅读学习时，人机交互模块和输出模块完成：

1.1依赖知识提示步骤:

人机交互模块和输出模块为学习者提供“依赖知识单元提示”，由以下步骤实现：

1.输出模块根据当前信息单元，查找其关联的所有知识单元；2.查询这些知识单元依赖的知识单元(依赖关系是知识单元关系中的一种)；3.传递给人机交互模块；4.人机交互模块将依赖知识单元的信息显示给用户。最佳处理方式是使用者打开信息单元之前展示。

1.2参考资料查询步骤:

人机交互模块为用户提供“查看参考资料”功能按钮或其他输入方式，可以为用户输入请求后：

1.人机交互模块将请求发送给输出模块，2.输出模块根据当前信息单元，查询存储模块，查找当前信息单元关联的所有知识单元：查询这些知识单元关联的所有信息单元，生成当前信息单元相关的所有信息单元列表，传递给人机交互模块。如果包含多个知识单元，则按知识单元汇聚信息单元。信息单元信息包括名称，作者，媒体类型，风格特点，适应读者范围/学习要求等；3.人机交互模块将信息单元信息列表进行展现。

1.3关联知识展示步骤:

关联知识单元展示：(生成当前信息单元的相关知识单元列表),人机交互模块提供相关知识查询输入项,使用者输入后：

1.人机交互模块将用户请求传输给输出模块。

2.输出模块查询存储模块，根据当前信息单元关联的知识单元，查询存储模块的知识单元关系，获得知识单元和关系信息。将知识单元，与当前知识单元关系名称，关系系数传递给人机交互模块。

3.人机交互模块将关联知识信息显示，使用者可以继续通过界面输入选择多级关联参数(即与知识单元a直接关联的知识单元称为它的一级关联，知识单元a的一级关联的知识单元的直接关联知识单元，称为知识单元a的二级关联，依此类推)，由人机交互模块传递给输出模块。

4.输出模块查询存储模块，获得多级知识单元信息及关系，获得知识单元和关系信息，将知识单元，与当前知识单元关系名称，关系系数传递给人机交互模块。

5.人机交互模块将信息及显示控制程序。

6.人机交互模块可以根据用户从界面选择的过滤条件，将部分不满足条件的知识单元信息隐藏。

7.人机交互模块可以根据知识单元在展示空间的三维坐标，将知识单元和知识关系在三维空间显示，知识单元使用基本模型(如立方体或球型)显示，知识关系使用线表示，不同的知识关系使用不同的颜色。

二、知识单元关系处理方法

2.1知识单元的关系输入

知识单元关系由用户提交后，系统通过如下步骤生成知识单元关系：

1.人机交互模块将用户选择的两个知识单元，知识关系及输入的关系系数传输到输入模块；知识单元之间关系：两个知识单元a，b可以人工设置它们之间的关系，如a对b的依赖关系。知识单元有多种关系，如逻辑范畴的关系：一般-特殊,抽象-具体,主要-次要,现象-本质,原因-结果,概念-应用，面向对象分析的关系：继承、实现、依赖、关联、聚合、组合关系。本发明特别增加了面向学习的关系，学习依赖及学习顺序关系。

本发明采用了两级知识关系，第一级是分类方法(如逻辑范畴的关系)，第二级是具体关系(如一般-特殊)。

2.输入模块将用户信息，两个知识单元，选择的两级关系名称或id，关系系数等信息，保存到存储模块的知识关系提交记录中。

3.知识单元间关系计算模块在提交记录中找出所有记录，按两个知识单元，知识关系类型聚合，即两个知识单元id，知识关系id相同的记录。针对一组(两个知识单元，知识关系类型相同)记录进行加权处理计算知识单元间关系：

1)阈值处理：对于两个知识单元的单一关系，提取去重后全部提交的用户，系统根据用户等级，计算此关系的用户关注值，用户关注值＝∑(等级系数×此等级用户数)；如果该关系的用户关注值超过设置的阈值，才可创建系统使用的知识单元间关系。

2)系数加权处理：

对于两个知识单元的单一关系，用户存在多次提交时，将用户的提交记录按时间倒序排序。构造一个数量和提交次数相同的有效系数数组，其和为1。一般的，一个用户的多次提交，只能一次有效，则有效系数数组为(1，0，……)，最后一次的有效系数为1。

系统根据用户特征，如用户级别给与等级权重系数，对关系中的系数进行加权平均。计算方法为：

等级下全部用户的平均系数：∑(有效系数×提交系数)/用户数；

∑(等级平均系数x等级权重系数)/等级总数。

3)将处理后的知识单元关系保存到存储模块。

2.2信息单元和知识单元关联

信息单元一般都和一个知识单元关联，在输入和保存时候，可以将其关联的知识单元保存在信息单元的存储中。信息单元及与知识单元关系通过人机交互模块或前端系统输入，输入模块将信息单元与知识单元的关联关系保存在存储模块。信息单元包括作者信息，信息单元特征(作者标记的适应读者，文字风格/特点等)，对应的知识单元保存在存储模块。

4三维可视化空间中知识单元坐标的计算方法

为了展示知识单元及其之间的关系，可以使用三维空间展示。为了简化计算，可以采用挑选部分知识单元，一种核心关系(特别是依赖关系)为主，将知识单元组织起来，可以构建这种关系下知识三维展示空间。展示空间首先需要计算知识单元三维坐标，为了方便处理，可采用网格化模型构建，其处理规则约定为：

1)关系方向。知识单元关系有方向性(如果知识单元a与知识单元b的知识单元关系为依赖关系，且依赖关系为知识单元a依赖知识单元b，则知识单元a为主动、知识单元b为被动。反之，则知识单元b为主动、知识单元a为被动)，可以约定关系的主动方向的知识单元处于高层级，层级方向采用xyz坐标轴中的任意一个。即选择一个坐标轴作为层级坐标；2)一个三维网格内只有一个知识单元；3)知识单元的三维坐标值都为整数。单位常数，知识单元距离的最小值，非0整数，一般设置为1。

建立一个指定的知识单元关系(如依赖关系)下文中使用特定关系1的知识展示空间，处理步骤为：

1.先按展示要求或范围搜索知识单元，并搜索结果集中所有知识单元间的知识关系。

2.在上一步骤中的结果集的知识单元关系中，搜索特定关系1及所有特定关系1的隐性关系，(如两个知识单元的应用关系，是隐性的依赖关系)，统一替代为特定关系1。

3.隐性关系会导致两个知识单元的关系存在多个，去除结果集中的简单重复关系。

4.去除有其他关系路径的直接关系。如a依赖b，b依赖c，a依赖c。a和c之间，存在a-b-c和a-c两个路径，则去除a-c关系。

5.查找错误知识关系路径。最可能出现的问题是循环路径，可导出进行人工处理，或自动删除引起错误的关系。

6.对知识单元按关系排序，确立知识单元的层级坐标。

61)初始化：指定一个知识单元作为原始点，并给出初始坐标值。一般会选择最基础的知识单元作为原始点，如数学会选择“自然数”作为原始点。

62)关系主动方向处理：和原始点有直接主动关系的知识单元(称为一级知识单元)层级坐标值＝原始点的层级坐标+1个单位常数。和一级知识单元有直接主动关系知识单元为二级知识单元，其层级坐标＝一级知识单元层级坐标+1个单位常数。其他知识单元依次处理。

63)关系被动方向处理：一些知识单元没有和其他知识单元有主动关系，但是和其有被动关系的知识单元在上述计算中已经有层级坐标。则从前一步结果中的最高层知识单元按关系被动方向查找直接关联的知识单元，被动关系方向的知识单元的层级坐标比其关联的知识单元低一个单位常数，其他各层次依次处理；

64)独立知识单元：和原始点没有关系路径的一个和多个知识单元为独立知识单元。单个可以为其设置一个随机层级坐标；一组有指定的知识关系(含隐性关系)的知识单元，首先为其中一个知识单元随机设置层级坐标值，然后这组知识单元按关系主动/被动方向处理规则，设置其层级坐标。

65)其他知识关系处理：其他知识单元关系，即非指定关系及隐性关系。简单的，可以将其他具有知识关系的两个知识单元设置为同一层级坐标。

66)独立知识单元的层级调整。独立知识单元通过其他知识关系。

7.同层知识单元位置处理：

71)处理原则是不同的知识单元不能占据相同位置，同层处理是处理知识单元的x、y坐标，最终得到每一知识单元的坐标为(x，y，层级坐标)。

72)优化处理方法：使用相邻层，已经固定坐标的知识单元，作为参考点；和参考点相关知识单元，按它们与参考点的关系系数排序；将可分配位置按与参考点的距离排序；将排序后的待分配坐标按知识单元顺序设置到已排序的可分配位置。例如：参考点知识单元坐标为(0，0，10)，距离参考点的可供选择的位置按顺序为：最近的垂线连接点(0，0，11)，次之的(1，0，11)，(0，1，11)，(-1，0，11)，(0，-1，11)，原始点知识单元有5个主动关系方向知识单元，这些知识单元按关系系数排序，依次设置位置坐标。

8.将结果存储到存储模块的展示空间的知识单元三维坐标中。

9.实际展示的三维坐标根据上述结果做线性变换后生成显示坐标。

知识单元有多种定义，本发明采用广义知识单元定义，即概念的内涵是泛指知识的任何一种相对独立的单元内容。

信息单元是承载知识的形式，可以是独立文字，图片，视频等，也可以是混合排版的多媒体文章。

以上实施仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。