人工智能技術在中醫醫師評測系統中的應用

易 鋼 金 敏 羅堯岳 謝 輝

（1.湖南大學軟件學院，湖南 長沙 410082；2.湖南中醫藥大學，湖南 長沙 410208）

1 引言

評測系統是計算機輔助技術應用的典型應用，利用計算機信息技術解決各種實際應用中的信息數據處理。隨著計算機技術的飛速發展，現代教育思想和教學手段的不斷變革，計算機輔助的評測系統越來越受到重視。通常評測系統是按照一定的教育測量理論，利用計算機技術在計算機系統中實現的某個學科知識庫的集合，它是嚴格遵循教育測量理論，在精確的數學模型基礎上建立起來的教育測量工具。評測系統是保證考試或測驗題目具有較高質量、保持水平穩定、更好地達到欲測目的的重要手段，并指導學生進一步學習。目前，國內外己有許多評測系統，它們為提高教師工作質量和教學的現代化進程起到重要作用。

但是在以往的評測系統中，學生的評估導學策略一般由學生自己選擇學習內容，制訂學習計劃和方案，評估效果不顯著。作者提出了將人工智能技術與評測系統系統相結合[1]，實現具有一定智能性的評測系統，在此基礎上特別針對中醫藥學科的獨特性[2]，提出了中醫藥學科的評測系統實現方法。由于人工智能技術具有很強的推理功能和智能性，我們結合傳統學生模型中的評估方法重點設計評估Agent，讓其適應中醫藥學科的獨特性，使其主動搜集、分析來自學生的反饋信息，動態地對反饋信息進行計算，了解和評價學生的個人偏好和知識弱點，體現中醫藥學科與其它自然學科的不同之處。然后指導者Agent結合學生信息及知識庫，自動生成切合學生實際的評估導學策略和自學方案等。因材施教、有的放矢地設計評估導學策略來實現中醫藥學科評測系統的智能性。

2 研究背景

2.1 中醫藥學科對評測系統的特殊性[2]

隨著計算機技術的發展和評估形式的要求，評測系統已經成為網絡教育測量學中的自動化、智能化的工具。盡管人們開發了這些評估導學軟件，但這些計算機題庫系統的通用性是面向傳統的人文和理工科，難以適應中醫藥學科。如果中醫院校采用這樣的評測系統將很難適應中醫學科的需要。中醫學科需要的評測系統需要滿足以下幾點：第一，中醫學科不同于其它人文和理工科；第二，中醫學科的測評應該是對一個中醫醫師總體中醫水平的測評，不能簡單的分課程、分知識點進行；第三，因為中醫學科是一個獨立的完整的知識體系，測評系統的組卷和測評也就不能按照已有的這些評測系統方式進行。怎樣培養和衡量一個合格的中醫醫師，也不是簡單的分數能直接反映。應進行分數的收集、整理、分析研究，通過對試卷做出全面統計分析，充分挖掘和利用這些信息，這也是促進中醫醫師測評走向科學化、規范化必不可缺少的手段。

2.2 評測系統的概念及標準

評測系統是是指通過因特網或其他數字化內容進行學習與教學的活動，它充分利用現代信息技術所提供的、具有全新溝通機制與豐富資源的學習環境，實現一種全新的學習方式；這種學習方式將改變傳統教學中教師的作用和師生之間的關系，從而根本改變教學結構和教育本質。

2.3 人工智能Agent技術[3]

Agent的原意是“代理”，即一個人代表另一個人或（另）一個組織去完成某件（些）事情。在計算機領域，Agent可認為是被授權的“個人軟件助理（Personal Software Assistants）”，是一種在分布式系統或協作系統中能持續自主地發揮作用的計算實體，簡稱為智能主體[4]，它具有以下特征：①自主性：Agent具有屬于其自身的計算資源和局部于自身行為控制的機制，能在無外界直接操縱的情況下，根據其內部狀態和感知到的（外部）環境信息，決定和控制自身的行為；②交互性：能與其他Agent進行多種形式的交互，能有效地與其他Agent協同工作；③反應性：能感知所處的環境，并對相關事件做出適時的反應；④主動性：能遵循承諾采取主動行動，表現出面向目標的行為。

2.4 MAS 系統

Multi-Agent system 是由多個Agent形成的松散耦合的網絡系統[4]，在MAS中，主要研究一組自治的智能主體之間智能行為的協調，多Agent協調它們的知識、目標、技巧和規劃，聯合起來采取行動或求解問題。

MAS的體系結構是指多Agent系統中Agent間的信息關系和控制關系，以及問題求解能力的分布模式，它是結構和控制的有機結合，是提供Agent活動和交互的框架。它描述了組成Agent的基本成分及其作用、各成分的聯系及交互機制等，大致可分為審慎式、反應式和混合式三種體系結構。

MAS技術具有自主性、分布性、協調性，并具有自組織能力、學習能力和推理能力，采用MAS解決實際應用問題，具有很強的可靠性，并具有較高的問題求解效率。MAS技術在表達實際系統時，通過各Agent之間的通訊、合作、互解、協調、調度、管理及控制來表達系統的結構、功能及行為特性。由于在同一個MAS中各Agent之間可以異構，因此，MAS技術對于復雜系統具有無可比擬的表達力，它為各種實際系統提供了一種統一的模型，從而為各種實際系統的研究提供了一種統一的框架，具有廣闊的應用前景。見圖1。

圖1 MAS的體系結構

3 基于Agent的中醫藥學科評估導學模型設計[3]

整個MAS系統由四種Agent[5]組成，分別是指導者Agent，測評Agent，中介Agent，學生Agent和教師Agent，見圖2。

圖2 基于Agent的中醫學科評估導學MAS系統模型

3.1 中醫專家Agent管理整個評測系統

它指導學生進行學習，評估模塊進行評估，然后根據評測結果，結合系統知識庫產生導學策略，生成評估知識庫，包括中醫基礎理論、中醫方劑、針灸推拿等知識塊，形成覆蓋中醫全科的特有知識庫。

3.2 測評Agent接收中醫專家Agent的評估任務

對學生進行評估。評估任務主要分成兩塊：一塊內容是根據中介Agent對學生行為信息的收集對學生進行行為分析；另一塊是對學生復習練習和階段測試的建模評估，這一塊是確定學生學習水平最核心的一塊，測評Agent會根據練習或測試內容結合學生信息生成貝葉斯網絡，初始知識評估概率由專家給出。在學生Agent解題的過程中，更新貝葉斯網絡，當評估任務結束，保存最終的概率，即學生對知識點的掌握程度，更新學生信息庫，并分析主要的性能指標，反饋信息給中醫專家Agent。

3.3 中介Agent跟蹤學生Agent

記錄其動作行為信息，保存在跟蹤信息庫中。跟蹤信息在中醫專家Agent的指示下傳遞給測評Agent以進行分析。干涉其它Agent的行為， 起著一個總調度的作用。 中介Agent體現了Agent的自主性、反應性及合作性。

3.4 學生Agent

它不僅為對應的學生提供交互界面，還為學生提供他人的理解度和個性，這是學生Agent的關鍵功能。學生知識更新與學習的成長直接通過學生Agent表達。

3.5 教師Agent

可以由實際的專業任課教師進行控制，也可以獨立運行，它可根據學生信息和背景，對學生學習進行指導。通過中介Agent傳遞的消息來了解學生的學習過程和學習反應。還可以從習題庫中抽出相關的問題進行討論以加強理解。

4 評估結果

我們對湖南中醫藥大學基礎醫學院5年級學生進行中醫基礎理論網上測試，將網上測試情況作為樣本空間集合，使用EM參數估計法得到貝葉斯網絡結構和參數，并對學生進行評估，評估結果如表1所示。

在表中，當學生答對了所有題目的85%左右時， 貝葉斯網絡更新結果顯示該學生對經絡的概念和經絡系統這章的掌握程度三種情況的概率分別為：71.5%，22.14%，5.86%學生熟練掌握了該章節，熟練掌握系數為71.5%家給出的評估結果也為熟練掌握，則該結果與專家給出的評估結果大體一致，系統具有真實的評估指導作用。見表1。

表1 貝葉斯網絡的學生評估結果

5 總結

使用Agent技術，建立了中醫藥學科的評測系統，其中學生學習水平的評估主要是通過貝葉斯網絡概率模型的建立和更新來評價的。同時學生在學習過程中會受到跟蹤Agent的監控，以便對學生的學習進度及時掌握，系統會自動分析學生的個人行為特征，結合評估信息，由指導者Agent給予學生必要的指導。

[1]陳 萍,張 飛.基于Agent的個性化學習系統的研究與設計[J].菏澤學院學報,2007,29(25):29.

[2]胡志波.談中醫藥數字化學習資源的構建[J].中國醫學教育技術,2009,23(1):25.

[3]華 敏,楊 彩,賈松浩.基于Agent的Web學習協同組的構建[J].軟件與系統設計,2005:48.

[4]傅一峰,曹 健.服務Agent的設計與實現[J].計算機工程與應用,2009,45(9):80.

[5]王 璋,劉 志.基于Agent的e-learning評估導學系統[J].浙江工業大學學報,2007,35(2):142.