Semantic Web, Ontology & ITSSemantic Web, Ontology & ITS

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汇报流程

一、一、 ITSITS 概述概述 一、一、 ITSITS 概述概述

二、语义网与本体二、语义网与本体 二、语义网与本体二、语义网与本体

三、语义网、本体与三、语义网、本体与 ITSITS 三、语义网、本体与三、语义网、本体与 ITSITS

四、结论四、结论 四、结论四、结论

一、 ITS 概述

1.2 ITS 的体系结构

1.3 现有 ITS 的局限性

1.4 解决出路

ITS 概念、结构、功能、与发展局限、对策

1.1 ITS 概念

1.1 ITS 概念

What is ITS? ITS is such a large and varied field is that

“intelligent tutoring system” is a broad term, encompassing any computer program that contains some intelligence and can be used in learning. ITS is an outgrowth of the earlier computer-aided instruction or CAI model, which usually refers to a frame-based system with hard-coded links, i.e. hypertext with an instructional purpose.

ITS 的理想功能

1.2 ITS 的体系结构

Derry et al architecture 1988Derry et al architecture 1988

领域知识 解决教什么的问题。

教学模块

解决如何教的问题。以适当的形式呈现给学生。

学生模块

对学习者信息建模。实现个性化教学

1.2 ITS 的体系结构

1.3 现有 ITS 的局限性

1.3 现有 ITS 的局限性

High Development and Maintenance Costs1Lack of Interoperability 2Restrictive Delivery Platform Requirements 3Difficulty of Sharing

Materials 、 Benchmarking 4

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1.4 解决出路

二、语义网与本体

2.2 RDF 、描述逻辑

2.3 本体概念与作用

语义网和本体的相关该概念、优势、作用

2.1 语义网介绍

2.1 语义网介绍

传统web中存在的问题

Web 信 息 无法被自动处理

Web 信 息 无法被有效利用

Web 服 务存 在 异 构问题

2.1 语义网介绍

Semantic Web

并不是一个独立的另一个 Web ，而是对现在广泛使用的 Web 的扩展。但是与现在使用的 Web 的一个明显的区别是semantic web 中的信息具有定义完好的语义 ( 含义 ) ，并且计算机可以理解这些语义，也就是说通过为信息赋予表达特定内容的语义，来使计算机变得聪明起来。

语义网体系结构

2.2 RDF ：资源描述框架

RDF ：资源描述框架 RDF ：资源描述框架

描述

框架资源

RDF 可以通过三元组 ( 由主题、谓词和对象构成 ) 来描述信

息的含义，并且可以使用 XML语法格式表述这些三元组。

2.3 本体概念与作用

Ontology 是共享概念模型的明确的形式化规范说明。

概念模型：通过抽象出客观世界中一些现象的相关概念而得到的模型。明确：指概念及概念的约束都有明确的定义形式化：指是计算机可读的（即能被计算机处理）。共享：体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集（即 Ontology 针对的是团体而非个体的共识）。

2.3 本体概念与作用

Ontology 的结构是一个五元组 O ： = { C, R, Hc,rel,AO} C ：概念； R ：关系； Hc ：概念层次，例如 HC （ C1 ， C2 ）； rel ：概念间的关系，

例如， rel （ R ）＝（ C1 ， C2 ）； AO ：用某种逻辑语言表示的一组本体公理。

C1 是 C2的子概念

C1 和 C2具有关系 R

2.3 本体概念与作用

建立本体的方法第一，明确建立本体的目的和所建立的本体的范围；

第二，建立本体，通过 3 个子步骤实现，即本体获取（包括标识关键概念关联，产生无二义性的自然语言定义、指定标识这些概念和关联的术语）、本体编码（是指一种形式化的语言表示上述概念和关联）和本体集成（是指集成已经获取的关联的定义，使它们成为一个整体）；

第三，对所建立的本体进行评价；

第四，形成文档。

2.3 本体概念与作用

本体的作用：通讯：提供共同的词汇互操作：不同系统间的互操作与集成系统工程 a ：重用 b ：知识获取 c ：可靠性 d ：规范描述

三、语义网对 ITS 的影响

3.2 语义网、本体与领域模型

3.3 语义网、本体与教学模型

3.4 语义网、本体与学生模型

3.6 基于语义网的 ITS 体系结构

语义网与 ITS 的关系

3.1 语义网与 ITS

3.5 基于语义网、本体的自然语言交互

4.1 语义网与 ITS

3 种 ITS 的演化

单机的环境：单机的环境：智能授导系统的目标是为学习者提供单独的辅导，促进学生程序性知识的形成。

WebWeb 环境：环境：智能授导系统移植到网络环境下，开发技术要求提高， ITS功能得到扩展。

语义网环境语义网环境 ::

降低开发的难度，促进 ITS间以及与其它学习系统间的互操作、知识的重用和共享

3.1 语义网与 ITS

相似点 相关性

都是根源于人工智能领域，都具有完整的、良好定义的系统结构，都是建立于坚实的原理基础之上

SW 可以通过对 ITS 不同模块嵌入的知识和学习者的交互信息进行共享，推动 ITS走向开放

不同点

语义 Web 是用来促进互联网上不同应用程序间的整合和互操作，智能授导则是较为封闭的系统。

3.2 语义网、本体与领域模型

采用标准的、可互操作的格式表示概念模型，促进系统的互操作性、共享性和可重用性

采用本体技术建立领域知识模型、增加系统语义、加强人 - 机交互智能化和自生成性

模型不能共享和重用 ,缺少语义信息。系统的智能化、自生成性、交互性水平比较低 .

当前存在问题

3.2 语义网、本体与领域模型

3.3 语义网、本体与教学模型

基于标准和规范设计教学知识， IMS-LD ，实现知识与教学方法的关系的可重用与交换

按照学习活动理论建立基于本体的教学活动与教学策略，实现分享与交互

任务繁重，多学科专家参与，分享性、自生成性和智能性差。

当前存在问题

3.4 语义网、本体与学生模型

学习者本体是关于学生的更高层次的抽象，这种抽象将有利于建造更加灵活和个性化的学生模型。学习者本体因素有：知识水平、认知能力与风格、学习习惯等。其本体建立的方法与领域本体基本相同。

在学习者本体的基础上，可应用贝叶斯（ Bayesian ）方法在本体层次上对学生的数据进行挖掘，提高

学生模型建立的效率。

3.5 基于语义网、本体的自然语言交互

智能教学系统实现自然语言交互的关键在于计算机对自然语言的理解和自然语言的生成。领域本体为计算机的自然语言理解和自然语言生成提供了一个明确的词汇术语表，再结合语音识别技术、模糊推理技术和人工神经网络，将有效解决自然语言交互的问题。

3.6 基于语义网的 ITS 体系结构

小结

语义 Web 技术可以对传统智能授导系统各模块内嵌入的知识进行显性的形式化描述使得这些知识可以得到重用和共享，进而减少了智能授导系统构建的难度，并且改善了系统内存储信息的质量。

整合各个 ITS 的信息与交互，联通了各个孤单的 ITS,

并实现各个 ITS 系统之间模块的共享、互操作，降低ITS开发成本。

语义网与 Web services 结合推动用于 ITS 的模块化（例如，用户模型服务、领域模服务等）

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