基于知識(shí)圖譜的知識(shí)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳 云，郭健輝，王安平

(東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132012)

0 引言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速崛起，信息量呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，知識(shí)更新的速度越來(lái)越快，社會(huì)也對(duì)研究生的綜合素質(zhì)提出了更高的要求。研究生在學(xué)習(xí)方面的特點(diǎn)是不拘泥于課堂上的知識(shí)，有更多獨(dú)立的科研項(xiàng)目，經(jīng)常要查找與研究方向相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，注重知識(shí)的時(shí)效性。另外，研究生作為推動(dòng)我國(guó)成為創(chuàng)新型國(guó)家的主力軍，需要具備相關(guān)信息的檢索能力，及時(shí)地了解專(zhuān)業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)，通過(guò)不斷地實(shí)驗(yàn)與分析，做出更多的創(chuàng)新型研究。研究生學(xué)習(xí)階段是學(xué)習(xí)道路上的黃金時(shí)期，對(duì)于個(gè)人的提升、社會(huì)的需求以及國(guó)家的發(fā)展都至關(guān)重要。

本文設(shè)計(jì)并研發(fā)出一種基于知識(shí)圖譜的知識(shí)管理平臺(tái)，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)論文管理、筆記資料管理、科技競(jìng)賽管理、文件管理和可視化展示等功能，通過(guò)知識(shí)圖譜可視化就可以簡(jiǎn)單直觀的展示知識(shí)的核心結(jié)構(gòu)，讓知識(shí)成體系，幫助研究生快速地獲取相應(yīng)的知識(shí)，提升學(xué)習(xí)效率。

1 設(shè)計(jì)思想和體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，是一種基于瀏覽器載體的框架，主要包括瀏覽器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器3個(gè)部分[1]。其中，瀏覽器處理小部分的事務(wù)邏輯，通過(guò)網(wǎng)址就能輕松訪(fǎng)問(wèn)，面向的是用戶(hù)群體，界面設(shè)計(jì)應(yīng)清晰簡(jiǎn)潔。Web服務(wù)器主要用于信息傳送。當(dāng)用戶(hù)使用系統(tǒng)點(diǎn)擊相應(yīng)的功能時(shí)，就會(huì)先向Web服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，再將頁(yè)面的各種提示信息編譯成前端代碼傳回給用戶(hù)瀏覽器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通過(guò)相應(yīng)的編程接口對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行具體的增刪改查操作[2]。本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)的好處在于，便于編程人員進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，能面對(duì)廣大用戶(hù)實(shí)現(xiàn)信息傳播共享；數(shù)據(jù)信息都集中放在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，保證數(shù)據(jù)的完整性；系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，只需增加業(yè)務(wù)擴(kuò)展的頁(yè)面即可，不需要編寫(xiě)大量的代碼。

根據(jù)具體的需求分析并結(jié)合項(xiàng)目本身的特點(diǎn)，本系統(tǒng)在軟件架構(gòu)方面采用Django框架[3]，通過(guò)MVT的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。M指的是模型層，主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的業(yè)務(wù)操作。V指的是視圖層，負(fù)責(zé)基于用戶(hù)的請(qǐng)求從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)、指定向用戶(hù)展示數(shù)據(jù)的方式(網(wǎng)頁(yè)或json數(shù)據(jù))。另外，對(duì)于用戶(hù)提交的數(shù)據(jù)信息，可以選定渲染模板進(jìn)行處理。T指的是模板層，主要用來(lái)呈現(xiàn)視圖層傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也決定了用戶(hù)界面的美觀程度。另外，模板層中還含有表單，可以通過(guò)這種方式整理輸入的數(shù)據(jù)信息。此外，Django中的URL分發(fā)器會(huì)將很多個(gè)頁(yè)面請(qǐng)求發(fā)送給不同的視圖層進(jìn)行處理，視圖層再調(diào)用模型層和模板層，各層次分工明確，相互配合，提高了系統(tǒng)的使用效率[4]。

系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖是從系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的角度出發(fā)，把系統(tǒng)按功能逐次分割成層次結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)將待開(kāi)發(fā)的復(fù)雜軟件系統(tǒng)分解為多種小組件，及確定這些組件之間關(guān)系的設(shè)計(jì)[5]。本系統(tǒng)主要按照界面層、展示層、視圖層、應(yīng)用層及數(shù)據(jù)層對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行層次分割，讓編程人員的開(kāi)發(fā)思路更加清晰，便于后期高效地進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

本知識(shí)管理平臺(tái)共設(shè)計(jì)了7個(gè)功能模塊，分別是登錄注冊(cè)模塊、知識(shí)圖譜管理模塊、論文管理模塊、筆記資料管理模塊、科技競(jìng)賽管理模塊、文件管理模塊、可視化展示模塊。系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 研究生知識(shí)管理平臺(tái)總體功能

2.1 登錄注冊(cè)模塊

登錄注冊(cè)模塊用于進(jìn)行用戶(hù)登錄和注冊(cè)，當(dāng)未注冊(cè)的用戶(hù)登錄系統(tǒng)時(shí)會(huì)先進(jìn)入用戶(hù)注冊(cè)界面，根據(jù)系統(tǒng)提示信息完成用戶(hù)注冊(cè)；當(dāng)注冊(cè)信息填寫(xiě)正確時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行用戶(hù)唯一性驗(yàn)證，再輸入注冊(cè)過(guò)的用戶(hù)名和密碼成功登錄系統(tǒng)進(jìn)行具體操作。

2.2 知識(shí)圖譜管理模塊

知識(shí)圖譜管理模塊用于完成知識(shí)圖譜基本信息的管理功能。用戶(hù)擁有多個(gè)知識(shí)圖譜，可以對(duì)這些知識(shí)圖譜進(jìn)行添加、刪除、更新和檢索。

2.3 論文管理模塊

論文管理模塊用于管理研究生學(xué)習(xí)到的論文信息。當(dāng)用戶(hù)進(jìn)入該模塊時(shí)，會(huì)顯示一個(gè)下拉子菜單，包含論文分類(lèi)、論文發(fā)表情況統(tǒng)計(jì)和論文檢索3個(gè)子功能。該模塊記錄論文的研究方向、級(jí)別、作者、發(fā)表時(shí)間、題目、關(guān)鍵詞以及來(lái)源等字段信息。論文分類(lèi)功能主要是按照研究方向的不同對(duì)論文進(jìn)行分類(lèi)，選擇某個(gè)研究方向，會(huì)將該方向下的所有論文以知識(shí)圖譜的形式展現(xiàn)出來(lái)。論文發(fā)表情況統(tǒng)計(jì)功能是按照這些論文的發(fā)刊級(jí)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以柱狀圖的形式呈現(xiàn)出來(lái)。論文的檢索功能可以對(duì)論文的各個(gè)信息字段進(jìn)行模糊查詢(xún)，并以知識(shí)圖譜的形式展示。點(diǎn)擊圖譜中的某個(gè)結(jié)點(diǎn)會(huì)將該論文的概要信息以表格的形式呈現(xiàn)出來(lái)。

2.4 筆記資料管理模塊

筆記資料管理模塊用于對(duì)研究生的個(gè)人學(xué)習(xí)筆記信息進(jìn)行管理。當(dāng)用戶(hù)進(jìn)入該模塊后，可以進(jìn)行筆記的添加。通過(guò)在系統(tǒng)上輸入標(biāo)題、標(biāo)簽和詳情信息完成筆記的錄入。系統(tǒng)內(nèi)的所有筆記信息會(huì)以表格的形式分頁(yè)顯示出來(lái)，可以對(duì)表格里的筆記信息進(jìn)行修改和刪除。另外，該模塊還可以對(duì)筆記進(jìn)行檢索，選擇對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽，輸入相應(yīng)的標(biāo)題[6]，最后以知識(shí)圖譜的形式展示查詢(xún)到的筆記信息。

2.5 科技競(jìng)賽管理模塊

科技競(jìng)賽管理模塊用于管理研究生科技競(jìng)賽活動(dòng)信息。當(dāng)用戶(hù)進(jìn)入該模塊后，會(huì)顯示一個(gè)下拉子菜單，包含科技競(jìng)賽分類(lèi)、科技競(jìng)賽類(lèi)型統(tǒng)計(jì)和科技競(jìng)賽檢索3個(gè)子功能。該模塊記錄了科技競(jìng)賽的名稱(chēng)、類(lèi)型、等級(jí)、涉及學(xué)科知識(shí)以及成果展示等字段信息?？萍几?jìng)賽分類(lèi)功能主要是按競(jìng)賽活動(dòng)的內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi)，選擇某個(gè)競(jìng)賽類(lèi)型，會(huì)將該類(lèi)型下的所有科技競(jìng)賽活動(dòng)以知識(shí)圖譜的形式展現(xiàn)出來(lái)。科技競(jìng)賽類(lèi)型統(tǒng)計(jì)主要是通過(guò)柱狀圖的形式呈現(xiàn)?？萍几?jìng)賽的檢索功能可以對(duì)競(jìng)賽活動(dòng)的各個(gè)信息字段進(jìn)行模糊查詢(xún)，以知識(shí)圖譜的形式展示，點(diǎn)擊圖譜中的某個(gè)結(jié)點(diǎn)，會(huì)將該科技競(jìng)賽活動(dòng)的全部信息以表格的方式呈現(xiàn)出來(lái)。

2.6 文件管理模塊

文件管理模塊用于對(duì)研究生在讀期間涉及的重要文件的管理，主要包括學(xué)院的一些規(guī)章制度、各門(mén)課程的培養(yǎng)計(jì)劃及有關(guān)研究生畢業(yè)和學(xué)位要求的相關(guān)文件信息。當(dāng)用戶(hù)進(jìn)入該模塊后，有文件分類(lèi)和文件檢索兩個(gè)子功能。該模塊記錄了文件的名稱(chēng)、類(lèi)型和內(nèi)容等字段信息。文件分類(lèi)功能主要是對(duì)文件的內(nèi)容信息進(jìn)行分類(lèi)，選擇某個(gè)文件類(lèi)型，會(huì)將該類(lèi)型下的所有文件以知識(shí)圖譜的形式展現(xiàn)出來(lái)。文件的檢索功能可以對(duì)文件的各個(gè)信息字段進(jìn)行模糊查詢(xún)，以知識(shí)圖譜的形式展示，點(diǎn)擊圖譜中的某個(gè)結(jié)點(diǎn)，會(huì)將該文件的全部?jī)?nèi)容以表格的方式呈現(xiàn)。另外，檢索出來(lái)的文件帶有文件地址，點(diǎn)擊后可以查看pdf形式的具體文件。

2.7 可視化展示模塊

可視化展示模塊用于為用戶(hù)更直觀地展示知識(shí)圖譜的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。知識(shí)圖譜技術(shù)是本系統(tǒng)的核心，當(dāng)錄入的數(shù)據(jù)信息達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，若不對(duì)知識(shí)圖譜的內(nèi)在結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，會(huì)導(dǎo)致知識(shí)圖譜的結(jié)點(diǎn)過(guò)于密集，結(jié)構(gòu)雜亂無(wú)章。通過(guò)本模塊實(shí)現(xiàn)知識(shí)圖譜比例調(diào)整、自動(dòng)布局和結(jié)點(diǎn)移動(dòng)等功能，使知識(shí)圖譜更加清晰明了。另外，本系統(tǒng)通過(guò)引用可視化分析工具BizCharts將數(shù)據(jù)與圖表相結(jié)合，利用圖表的展現(xiàn)方式清楚地看到數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)，極大地提升了用戶(hù)體驗(yàn)。

3 系統(tǒng)主要實(shí)體聯(lián)系E-R圖

E-R圖也稱(chēng)為實(shí)體-聯(lián)系圖，提供了表示實(shí)體類(lèi)型、屬性和聯(lián)系的方法。本系統(tǒng)共有5個(gè)實(shí)體，分別是：用戶(hù)信息實(shí)體、論文信息實(shí)體、筆記資料信息實(shí)體、科技競(jìng)賽信息實(shí)體以及文件信息實(shí)體。如圖3所示為本系統(tǒng)的E-R圖。

圖3 系統(tǒng)E-R圖

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)各部分功能，系統(tǒng)利用Vue框架來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用Python語(yǔ)言在PyCharm編譯器中編寫(xiě)程序，基于Django框架為頁(yè)面提供數(shù)據(jù)支持，并通過(guò)Neo4j圖形數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，最終完成基于知識(shí)圖譜的知識(shí)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)以知識(shí)圖譜技術(shù)為核心，集用戶(hù)登錄注冊(cè)、知識(shí)圖譜管理、論文管理、筆記資料管理、科技競(jìng)賽管理、文件管理以及可視化展示等功能為一體，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于B/S架構(gòu)的研究生知識(shí)管理平臺(tái)。通過(guò)對(duì)知識(shí)進(jìn)行信息化的統(tǒng)一處理，減輕了研究生在知識(shí)整理方面的負(fù)擔(dān)，明顯提高了研究生的學(xué)習(xí)效率，同時(shí)也便于研究生進(jìn)行科學(xué)研究，形成更有價(jià)值的科研成果。