本發(fā)明是一種面向5w-（誰（who）、什么時候（when）、在哪里（where）、什么（what）和如何（how））的基于圖譜的目標驅(qū)動的學習點和學習路徑推薦方法。主要用于使學習者花費最少時間和精力（假定時間、精力均勻分布，單位時間和精力獲得的知識一樣多）得到最高效的學習指導，使學習者避開不必要去學習的知識，只在不會或者不熟練的知識上花費時間和精力，屬于分布式計算和軟件工程學技術(shù)交叉領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著知識經(jīng)濟的發(fā)展，當今社會對人們的知識掌握程度提出了更高的要求，智能教學系統(tǒng)中選擇合適的學習點推薦給學習者和個性化學習路徑的推薦與優(yōu)化已經(jīng)成為重要課題。目前，在線學習面臨的問題是網(wǎng)上數(shù)據(jù)龐雜，導致學習者難以快速找到適合自己的學習資源。適應性學習是遠程教育發(fā)展質(zhì)的飛躍，其直接原因是以計算機、遠程通信和認知科學結(jié)合的知識媒體的綜合運用。適應性學習能根據(jù)學習者的特征選擇合適的學習內(nèi)容和學習方法作為推薦。學習路徑是指學習活動的路線與序列，是學習者在一定的學習策略指導下，根據(jù)學習目標和學習內(nèi)容對所需完成的學習活動的排序。學習路徑是把學習的資源、方法、目標、程序、評價和監(jiān)控等有機成和在一起，把學習內(nèi)容以不同的策略展現(xiàn)給學習者。

知識圖譜于2012年5月17日被google正式提出，其初衷是為了提高搜索引擎的能力，增強用戶的搜索質(zhì)量以及搜索體驗。目前，隨著智能化和個性化信息服務應用的不斷發(fā)展，知識圖譜被廣泛地應用于智能搜索、智能問答、個性化推薦等領(lǐng)域。知識圖譜已經(jīng)成為用標記的有向圖形式表示知識的強大工具，并給出文本信息的語義。知識圖譜是通過將每個項目、實體或用戶作為結(jié)點表示，并且通過邊緣將彼此相互作用的那些結(jié)點鏈接起來構(gòu)造的圖形。結(jié)點之間的邊可以表示任意關(guān)系。知識點是學習活動中傳遞知識信息的基本單元，單獨的知識點應能體現(xiàn)知識內(nèi)容本身的拒不完整性，知識點的集合能保證專業(yè)知識體系的全局完整性知識點之間的關(guān)系是連接知識點的紐帶，使分散的知識點形成相互關(guān)聯(lián)的知識結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出了一種面向5w的基于圖譜的目標驅(qū)動的學習點和學習路徑推薦方法，根據(jù)學習者的當前學習狀況和學習目標為學習者提供一個高效的導學策略，保證學習者按需學習。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種面向5w的基于圖譜的目標驅(qū)動的學習點和學習路徑推薦方法，針對學習者的學習需求和學習目標，向?qū)W習者推薦合理的學習點內(nèi)容和學習策略，引導學習者達成學習目標，幫助學習者提高學習效率，優(yōu)化學習效果。

技術(shù)方案：本發(fā)明是一種策略性方法，可以應用于為學習者提供學習指導，有助于解決網(wǎng)絡學習環(huán)境下，大量學習資源導致的認知過載和學習迷航問題。

在一個知識點圖譜上，本發(fā)明假設(shè)學習者單位時間下和單位精力可學知識是固定的，知識圖譜上的結(jié)點不一定是獨立的，本發(fā)明劃分知識點的依據(jù)是根據(jù)教科書的組織為基礎(chǔ)，將知識點劃分為元知識、章知識和篇知識，元知識是知識體系中相對獨立、不能再分割的基本知識點；章知識是由相關(guān)元知識關(guān)聯(lián)組合得到的，表達一定范圍內(nèi)比較完整的知識；篇知識是對章知識進一步的分類和總結(jié)得到的。對于知識結(jié)點之間的關(guān)系本發(fā)明定義有以下有五種（語義）關(guān)系如圖1所示：

1.先序關(guān)系：必須先學習結(jié)點a才能學習結(jié)點b，即學習知識點b需要知識點a的支持。先序關(guān)系具有傳遞性，包括直接先序關(guān)系和間接先序關(guān)系。如果學習知識點a后可以直接學習知識點b，則兩者滿足直接先序關(guān)系。如果學習知識點a后還需要學習其他知識點才能學習知識點b，則兩者滿足間接先序關(guān)系;

2.涵蓋關(guān)系：結(jié)點a包含的知識點涵蓋了結(jié)點b，學了結(jié)點a可以不用再去學習結(jié)點b;

3.或關(guān)系：對于最終學習目標，學習結(jié)點a和結(jié)點b都可以達成學習目標；

4.與關(guān)系（平行關(guān)系）：即結(jié)點間是獨立的，具有與關(guān)系的知識點在學習過程中不存在先后順序；

5.必要結(jié)點：對于最終學習目標，一定要去學習的結(jié)點；

6.游離結(jié)點：對于某個知識體系來講，游離結(jié)點是對這個知識體系無用的知識點。

方法流程：

1.一種面向5w的基于圖譜的目標驅(qū)動的學習點和學習路徑推薦方法，其特征在于學習點推薦和學習路徑優(yōu)化的步驟：

步驟1).構(gòu)建相應的有向的學習點知識圖譜，科學客觀地反應知識體系中的內(nèi)在知識關(guān)聯(lián)；

步驟2).建立學習者模型，在知識圖譜上標記出每個結(jié)點的權(quán)重作為學習者獲取對應知識點所需時間和花費精力的衡量；

步驟3).獲取學習者的當前學習進度和學習目標，在知識圖譜上標記已學知識和目標知識點；

步驟4).構(gòu)建問題模式庫，本發(fā)明將知識圖譜上的知識劃分為元知識、章知識和篇知識，分別對應于5w里的“誰（who）/什么時候（when）/在哪里（where）、什么（what）和如何（how）”；

步驟5).依賴于步驟3)所得到的結(jié)果，將學習者為達到學習目標待學習的知識點標記出來；

步驟6).依賴于步驟5)所得到的結(jié)果，選擇合適的出發(fā)點，即與最終學習目標結(jié)點之間有完整路徑的結(jié)點；

步驟7).依賴于步驟6)所得到的結(jié)果，將含有先序關(guān)系的知識結(jié)點連接起來；

步驟8).對于步驟5)產(chǎn)生的所有未學知識點，將存在或關(guān)系的知識結(jié)點按學習某個知識點所需時間和精力（即權(quán)重）進行排序；

步驟9).對于存在涵蓋關(guān)系的結(jié)點，假定結(jié)點a涵蓋結(jié)點b和結(jié)點c所含知識，判斷結(jié)點b和結(jié)點c是否都是學習者為達成學習目標所需要的知識。若需要，計算學習結(jié)點a和同時學習結(jié)點b和結(jié)點c所需的時間和精力；若不需要，選擇需要時間和精力較少的結(jié)點添加到學習路徑中；

步驟10).基于步驟9)產(chǎn)生的結(jié)果，將其它必要結(jié)點和并行結(jié)點添加至學習路徑中；

步驟11).輸出完整的學習路徑，推薦給學習者；

體系結(jié)構(gòu)：

圖2給出了一種面向5w的基于圖譜的目標驅(qū)動的學習點和學習路徑推薦方法的體系結(jié)構(gòu)，首先獲取學習者的當前學習狀況和最終要實現(xiàn)的學習目標，構(gòu)建相應學科的知識體系圖譜，并在知識圖譜上標記出學習者的已學知識點和未學知識點，以及學習每個知識點學習者要花費的時間和精力，本發(fā)明用權(quán)值來體現(xiàn)。通過路徑選擇算法，向?qū)W習者推薦需要學習的知識點以及高效的學習策略。

學習者模型：學習者模型中包含學習者的基本信息和學習過程中的動態(tài)信息，包括歷史學習記錄、學習目標和當前學習進程。歷史學習記錄中包括知識點名稱、學習該知識點的時間和學習次數(shù)；學習目標表示未學習到的知識點；當前學習進程中包括知識點名稱、學習進度。

有益效果：本發(fā)明方法提出了一一種面向5w的基于圖譜的目標驅(qū)動的學習點和學習路徑推薦方法。具有如下一些顯著優(yōu)點：

（1）合理配置資源，提高學習資源的使用效率：學習資源的合理配置和有效使用是我國遠程教育發(fā)展的重要內(nèi)容，網(wǎng)絡上的學習資源豐富，質(zhì)量良莠不齊，基于知識圖譜的目標驅(qū)動的學習點推薦幫助學習者按需學習，不必花費大量時間在海量的資源中尋找自己需要的學習資源；

（2）為學習者指引學習方向，避免知識迷航：向?qū)W習者推薦和優(yōu)化學習路徑，提供學習高效的策略，幫助學習者建立合適的知識體系，使學習者有針對性的進行學習，提高學習效率；

（3）通過分析建立不同學習者的學習情況，建立學習者模型，有針對性地為不同學習者提供個性化的學習指導。

附圖說明

圖1是知識圖譜上結(jié)點之間可能含有的關(guān)聯(lián)關(guān)系的展示。

圖2是面向5w的基于圖譜的目標驅(qū)動的學習點推薦與學習路徑優(yōu)化方法的體系結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

一種面向5w的基于圖譜的目標驅(qū)動的學習點和學習路徑推薦方法的具體實施方案為：

步驟1).構(gòu)建相應的有向的學習點知識圖譜，科學客觀地反應知識體系中的內(nèi)在知識關(guān)聯(lián)，將所有的知識點用一個數(shù)組knowledgepoint[n]存儲，將學習路徑用數(shù)組bestpath[p]存儲；

步驟2).建立學習者模型，假定單位之間內(nèi)單位精力學習者能掌握的知識點的固定的，在知識圖譜上標記出每個結(jié)點的權(quán)重作為學習者獲取對應知識點所需時間和花費精力的衡量；

步驟3).獲取學習者的當前學習進度和學習目標，在知識圖譜上用紅色標記已學知識，用綠色標記目標知識點，把學習者的目標知識點存放在數(shù)組target_knowledge[m]里；

步驟4).構(gòu)建問題模式庫，本發(fā)明將知識圖譜上的知識劃分為元知識、章知識和篇知識，分別對應于5w里的“誰（who）/什么時候（when）/在哪里（where）、什么（what）和如何（how）”；

步驟5).依賴于步驟3)所得到的結(jié)果，將學習者為達到學習目標待學習的知識點用黃色標記出來；

步驟6).依賴于步驟5)所得到的結(jié)果，選擇合適的出發(fā)點，即與最終學習目標結(jié)點之間有完整路徑的結(jié)點；

步驟7).依賴于步驟6)所得到的結(jié)果，從每個目標知識結(jié)點出發(fā)，一直尋找與當前結(jié)點有先序關(guān)系的結(jié)點，添加至bestpath[p]數(shù)組，直到當前結(jié)點的先序結(jié)點是出發(fā)結(jié)點；

步驟8).將步驟5)產(chǎn)生的所有未學知識點，將存在或關(guān)系的知識結(jié)點按學習該知識點所需時間和精力（即權(quán)重）進行排序；

步驟9).對于存在涵蓋關(guān)系的結(jié)點，假定結(jié)點a涵蓋結(jié)點b和結(jié)點c所含知識，判斷結(jié)點b和結(jié)點c是否都是學習者為達成學習目標所需要的知識。若需要，計算學習結(jié)點a和同時學習結(jié)點b和結(jié)點c所需的時間和精力；若不需要，選擇需要時間和精力較少的結(jié)點添加到學習路徑中；

步驟10).基于步驟9)產(chǎn)生的結(jié)果，將其它必要結(jié)點和并行結(jié)點添加至學習路徑中；

步驟11).優(yōu)化的路徑存放在數(shù)組bestpath[p]里，最后輸出完整的學習路徑，推薦給學習者。