概念圖在主觀題自動(dòng)批改技術(shù)中的應(yīng)用

1、概念圖在主觀題自動(dòng)批改技術(shù)中的應(yīng)用論文導(dǎo)讀：國(guó)外許多專(zhuān)家和學(xué)者就致力于基于任意文本答案的主觀題的計(jì)算機(jī)自動(dòng)批改技術(shù)的研究，同時(shí)也出現(xiàn)了各種不同的自動(dòng)批改系統(tǒng)。認(rèn)為可以利用“概念圖”來(lái)表示標(biāo)準(zhǔn)答案和學(xué)生答案，通過(guò)概念圖之間的相似度計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主觀題的自動(dòng)批改。采用基于詞典的分詞方法對(duì)學(xué)生答案進(jìn)行處理，這里所用的詞典就是領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)。以計(jì)算機(jī)為輔助工具的主觀題的自動(dòng)批改技術(shù)一直是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)和大規(guī)模在線考試系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的難點(diǎn)。關(guān)鍵詞：概念圖,主觀題,自動(dòng)批改技術(shù),分詞引言在遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中，在線考試系統(tǒng)是一個(gè)重要組成部分，它涉及了大規(guī)模題庫(kù)的建立與維護(hù)、自動(dòng)組卷、大規(guī)模的并發(fā)訪問(wèn)、試卷自動(dòng)批改

2、等多項(xiàng)技術(shù)。其中文字類(lèi)主觀題的自動(dòng)批改由于涉及了人工智能、模式識(shí)別以及自然語(yǔ)言理解等方面的理論和知識(shí)，需要解決許多技術(shù)上的問(wèn)題，因而成為在線考試系統(tǒng)中的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。自20世紀(jì)60年代以來(lái)， 1 國(guó)外許多專(zhuān)家和學(xué)者就致力于基于任意文本答案的主觀題的計(jì)算機(jī)自動(dòng)批改技術(shù)的研究，同時(shí)也出現(xiàn)了各種不同的自動(dòng)批改系統(tǒng)。而基于內(nèi)容的文字類(lèi)主觀題的自動(dòng)批改，目前國(guó)內(nèi)外在這方面的研究還不是很多，真正實(shí)用的系統(tǒng)就更少了。文章提出了一種基于課程的主觀題自動(dòng)批改方法。認(rèn)為可以利用“概念圖”來(lái)表示標(biāo)準(zhǔn)答案和學(xué)生答案，通過(guò)概念圖之間的相似度計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主觀題的自動(dòng)批改。1 概念圖概念圖（Concept maps/Con

3、cept mapping）的知識(shí)表示方法是由JohnF.Sowa于1976年 2 首先提出的。1984年，他出版了“Conceptual Structures” 3 一書(shū)，形成了完整的概念結(jié)構(gòu)理論。論文格式。概念圖是一種新的知識(shí)表示方法，借助它可將一組彼此關(guān)聯(lián)又各具復(fù)雜含義的信息轉(zhuǎn)化成易于理解、條理化的結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)一步分析。具有表達(dá)能力強(qiáng)，表達(dá)直觀、可靠性好、易于實(shí)現(xiàn)、接近自然語(yǔ)言等特點(diǎn)。概念圖主要用來(lái)表示概念的相互關(guān)系，包括兩種結(jié)點(diǎn)：概念結(jié)點(diǎn)和關(guān)系結(jié)點(diǎn)。概念結(jié)點(diǎn)表示問(wèn)題領(lǐng)域中一個(gè)概念，關(guān)系結(jié)點(diǎn)表示概念之間的聯(lián)系。概念圖有兩種表示形式，一種是線形形式（Liner Form）表示，通常用于推理運(yùn)

4、算。另一種是顯示形式表示（Display Form），它更優(yōu)于直觀形象。本文應(yīng)用顯示形式的概念圖來(lái)表達(dá)概念之間的關(guān)系，有利于概念之間的相互比較和匹配。2 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)主觀題答案在表現(xiàn)形式上具有多樣性，所以，目前采用自然語(yǔ)言理解來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在完全理解基礎(chǔ)上的批改還有一定的難度。但是，對(duì)于具體的某一課程而言，對(duì)學(xué)生的考察往往是圍繞該課程的基本概念（知識(shí)點(diǎn)）以及概念之間關(guān)系的論述進(jìn)行的。學(xué)生在回答時(shí)所用的語(yǔ)言一般均屬課程范圍的簡(jiǎn)單論述，閱卷老師一般對(duì)簡(jiǎn)答題、簡(jiǎn)述題等主觀題的答題要求知識(shí)點(diǎn)比較簡(jiǎn)明、清晰，各知識(shí)點(diǎn)之間的相互關(guān)系也要比較明確，其在批改時(shí)只要出現(xiàn)了考題所考察的知識(shí)點(diǎn)，以及各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)

5、系合乎考題的要求，則認(rèn)為回答正確。而且，每門(mén)課程的知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系相對(duì)穩(wěn)定。論文格式。鑒于這一點(diǎn)，將學(xué)習(xí)者的答案和標(biāo)準(zhǔn)答案用概念圖來(lái)表示，通過(guò)比較兩個(gè)概念圖來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)主觀題的部分理解評(píng)判功能。本系統(tǒng)主要由三部分組成：領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)的建立、學(xué)生答案概念圖的生成和概念圖之間相似度的計(jì)算。 圖1 整體結(jié)構(gòu)圖21 試題、標(biāo)準(zhǔn)答案以及領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)的建立試題、標(biāo)準(zhǔn)答案以及領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)都是采用計(jì)算機(jī)輔助的人工錄入方式來(lái)建立的。標(biāo)準(zhǔn)答案在數(shù)據(jù)庫(kù)中是以概念圖的方式存儲(chǔ)，命題老師通過(guò)友好界面確定試題所涉及的知識(shí)點(diǎn)及其相互關(guān)系。領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)有三個(gè)組成部分：概念表、關(guān)系連詞表和同義詞表。Collins和Quilian于19

6、72年 6 提出了表示系統(tǒng)關(guān)系的分類(lèi)方法：包含關(guān)系、從屬關(guān)系、類(lèi)同關(guān)系、組成關(guān)系、承接關(guān)系、因果關(guān)系、優(yōu)先關(guān)系。我們認(rèn)為在課程內(nèi)概念之間的關(guān)系主要有五種分類(lèi)：1.從屬關(guān)系、2.組成關(guān)系、3.承接關(guān)系、4.因果關(guān)系、5.分類(lèi)關(guān)系。在領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)中為每種關(guān)系建立一個(gè)關(guān)系連詞表。通過(guò)訪問(wèn)領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)，計(jì)算機(jī)獲得領(lǐng)域內(nèi)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)答案和學(xué)生答案之間的相似度，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)批改的功能。2.2 學(xué)生答案概念圖的生成學(xué)生答案的概念圖轉(zhuǎn)換是依賴(lài)領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)來(lái)完成的。采用基于詞典的分詞方法對(duì)學(xué)生答案進(jìn)行處理，這里所用的詞典就是領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)。把課程所涉及的概念和關(guān)系連詞從學(xué)生答案中提取出來(lái)，然后利用概念和

7、關(guān)系連詞生成概念圖，同時(shí)調(diào)用領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)中的關(guān)系連詞表，確定概念之間的關(guān)系類(lèi)型。為了避免把完全相反的答案作完全正確批改，在提取概念和關(guān)系連詞時(shí)，要對(duì)否定詞作相應(yīng)的處理。2.3 概念圖相似度的計(jì)算兩個(gè)概念圖的相似度計(jì)算主要分成兩步：1.確定兩個(gè)概念圖中相同/相似的部分；2.計(jì)算相似度。其中相似度的計(jì)算由相似結(jié)點(diǎn)的計(jì)算和結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)邊相似度的計(jì)算兩部分組成，先計(jì)算概念結(jié)點(diǎn)的相似度，然后再計(jì)算有相似性的概念結(jié)點(diǎn)所連接的關(guān)系結(jié)點(diǎn)的相似度。設(shè)概念圖C 1 和C 2 的相似部分有Nc個(gè)概念結(jié)點(diǎn)，連接成Lc條邊。其中標(biāo)準(zhǔn)概念圖有L1條邊。則概念圖C 1 和C 2 的相似度Sc計(jì)算如下：S c = 其中：Si、Sj

8、表示概念結(jié)點(diǎn)的相似度，i、j1, Nc，Sij表示關(guān)系結(jié)點(diǎn)的相似度。圖二、圖三分別代表標(biāo)準(zhǔn)概念圖和學(xué)生概念圖。論文格式。 圖2 標(biāo)準(zhǔn)概念圖圖3 學(xué)生概念圖由圖2和圖3得出：L1=7，Lc=4，設(shè)關(guān)系b和d的關(guān)聯(lián)度為：0.5，則：Sc=(1+1+1+1*0.5)/7=0.5學(xué)生得分=答題分值*Sc。3 結(jié)束語(yǔ)以計(jì)算機(jī)為輔助工具的主觀題的自動(dòng)批改技術(shù)一直是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)和大規(guī)模在線考試系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的難點(diǎn)。本文利用概念圖理論，提出了能實(shí)現(xiàn)部分理解的主觀題自動(dòng)批改方法。這種方法在考察學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握的同時(shí)也評(píng)判其理解能力。當(dāng)然，這種概念圖匹配方法對(duì)于有些考題的匹配度還不是很精確，例如否定詞處理

9、就存在問(wèn)題，因?yàn)榉穸ㄔ~在漢語(yǔ)中的用法是很復(fù)雜的。還需要更深入地研究概念圖理論以及自然語(yǔ)言理解領(lǐng)域的相關(guān)問(wèn)題。參考文獻(xiàn)1 高思丹，袁春風(fēng). 主觀題的計(jì)算機(jī)自動(dòng)批改技術(shù)研究J. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2004.22 JohnF.Sowa.Conceptual graphs for a datadase inferfanceJ. IBM J.Res.&Dev.,1976(7).3 JohnF.Sowa .Conceptual Structures M. UK: Addison-Welsley,1984.4HerlHE,ONeilHF,Chung W K,etal. Reliability and validity of a computer-basedknowledge mapping system to measure content understanding J. Computers inHunman Behavior,1999,15:315-333.5 王永成，許慧敏