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摘 要

随着信息技术的快速发展，互联网相关技术在教育领域得到了广泛的应用，并且随着技术的不断更新，大数据与人工智能也正在课堂事件中发挥着重要的作用^[1]。在计算机的各个科目中，数据结构就有举足轻重的地位，是重要的基础课程。但是学生对数据结构知识进行学习时，存在着很大的个体差异性，这是因为不同的学习者已有的知识学习经验和算法认知都有着较大的差异，对数据结构的理解和结构组织能力也有所不同，从而在学习新知识时接受的程度也就会不同^[2]。所以，如何构建一个数据结构知识图谱以帮助学生在学习数据结构这门课程时，提高学习效率，成为了一个重要而有意义的课题^[3]。

知识图谱以科学知识为研究对象，以可视化的结构展现科学知识的结构关系，并以空间结构的形式将学科内部的交互关系展现出来^[4]。因此知识图谱是帮助学习数据结构课程的有力工具。在应用过程中，学生可根据相应的问题模板提出问题，本系统根据数据结构知识图谱给出相应的解答，对知识点不够了解或是对知识结构不够清晰的学生来说更为实用，一定程度上发挥了智能答疑系统的作用，这对提高学生自主学习的效率与兴趣能起到积极的作用。研究内容如下：

1）本文在数据结构思维导图及课本的基础上构建了数据结构的知识图谱，在整理好一定量的数据后导入Neo4j数据库，从而构建出数据结构的知识图谱。

2）基于所构建的知识图谱，设计和实现了包括答疑模块和后台修改图谱模块的数据结构课程答疑模块。问答模块采用模板的方式。

关键词：知识图谱；答疑系统；Neo4j图数据库；分词处理；python

Data structure intelligent question answering system based on knowledge graph

Abstract

With the rapid development of information technology, Internet-related technologies have been widely applied in the field of education. With the continuous update of technology, big data and artificial intelligence are also playing an important role in classroom events^[1]. In each subject of computer, data structure has the pivotal position, is an important basic course. But students knowledge of data structure, there are a lot of individual differences, that is because different existing knowledge learning experience and the algorithm has a larger difference, understanding of data structure and structure of the organization ability is also different, so in learning new things at the same time as acceptable level will be different^[2]. Therefore, how to build a knowledge graph of data structure to help students improve learning efficiency when learning the course of data structure has become an important and meaningful topic^[3].

Taking scientific knowledge as the research object, knowledge graph presents the structural relationship of scientific knowledge in a visual structure, and reveals the inter-disciplinary interaction in the form of spatial structure^[4]. Therefore, knowledge graph is a powerful tool for learning data structure courses. In the process of application, the problem of students according to the corresponding template, this system according to the data structure of knowledge map is given the corresponding solutions, understanding of knowledge is not enough or more practical for students knowledge structure is not clear, performs the function of intelligent question-answering system, to a certain extent, to improve the efficiency of students' autonomous learning and interests can play a positive role. The research contents are as follows:

1) In this paper, the knowledge graph of data structure is constructed on the basis of the mind map of data structure and textbooks. After sorting out a certain amount of data, it is imported into Neo4j database to construct the knowledge graph of data structure.

2) Based on the constructed knowledge graph, the data structure course question-answering module including question-answering module and background modification graph module is designed and implemented. The question and answer module adopts the way of template.

Key words: Knowledge graph; Question answering system; Neo4j graph database；Word segmentation processing; python

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪引 5

1.1 研究背景及意义 5

1.2 研究现状 5

1.3 研究内容 6

1.4 论文组织结构 6

第二章 相关技术基础 7

2.1 知识图谱简介 7

2.2 答疑系统介绍 8

2.3 知识库组织 8

2.4 分词处理 8

2.5 本章小结 9

第三章 系统需求分析与总体设计 10

3.1 系统功能需求分析 10

3.2 系统非功能需求分析 11

3.3 系统总体设计 11

3.3.1 系统分层结构设计 11

3.3.2 系统功能模块结构设计 11

3.3.3 系统总体工作流程设计 12

3.3.4系统数据库设计 12

3.4 本章小结 18

第四章 系统详细设计 19

4.1 系统详细设计 19

4.1.1 问句匹配模块设计 19

4.1.2 答案查询模块设计 20

4.1.3 后台管理模块设计 20

4.2问句拆分及自定义数据构建 21

4.2.1 问句拆分 21

4.2.2 自定义数据构建 21

4.3本章小结 22

第五章 系统实现与测试 23

5.1系统实现工具与环境 23

5 .2 核心代码分析 23

5.2.1 问句分词模块 23

5.2.2 答案组织模块 24

5.3 系统主要运行界面 24

5.3.1用户查询界面 24

5.3.2返回问题答案 25

5.3.3管理员后台查询 25

5.4 系统测试 26

5.4.1 系统测试环境与工具 26

5.4.2 系统功能测试 26

5.4.3 系统非功能测试 26

第六章 总结与展望 28

6.1 总结 28

6.2 展望 28

致谢 29

参考文献 30

1. 绪引
   1. 研究背景及意义

1.1.1 背景

对于计算机信息技术专业、计算机科学与技术专业等专业基础课来说，数据结构是非常重要的课程。由于几乎所有的应用系统和计算机软件都使用了各种各样的数据结构，所以仅仅掌握几门程序语言是不够的，无法应对现在众多复杂的课题。所以学好数据结构对计算机相关专业学生来讲是十分重要的。

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