一種公安院校教培知識圖譜本體構(gòu)建研究

劉彥飛,毛博文,袁浩然,劉德智

(1.天津大學(xué) 智能與計算學(xué)部,天津 300072;2.重慶警察學(xué)院 信息安全系,重慶 401331;3.重慶城市科技學(xué)院 人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院,重慶 402167;4.重慶理工大學(xué) 兩江人工智能學(xué)院,重慶 401135)

0 引言

人工智能的發(fā)展階段逐漸由計算智能經(jīng)感知智能向認(rèn)知智能發(fā)展。《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》[1]中“讓核心素養(yǎng)落地”是課程標(biāo)準(zhǔn)修訂中的重要工作,新課標(biāo)強調(diào)對課程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化方式組織,注重學(xué)科之間知識的結(jié)構(gòu),同時注意學(xué)生活動和方式的結(jié)構(gòu)。

目前,關(guān)于知識圖譜在教學(xué)應(yīng)用中的研究,將傳統(tǒng)的教學(xué)知識組織成三元組,可視化的知識圖譜在教學(xué)過程中可以靈活展示整個領(lǐng)域知識體系結(jié)構(gòu),教師也可以根據(jù)學(xué)生數(shù)據(jù)的分析跟蹤優(yōu)化教學(xué)進程。戈其平等[2]提出基于數(shù)學(xué)教學(xué)的知識圖譜構(gòu)建,通過圖譜可視化使得離散碎片化的數(shù)學(xué)知識相對完整和有聯(lián)系;茶思月等[3]提出基于學(xué)科核心素養(yǎng)的多模態(tài)教學(xué)圖譜,提高教學(xué)知識圖譜的趣味性和實用性。

為此,從用戶需求、教學(xué)資源和教學(xué)任務(wù)3個維度出發(fā),研究構(gòu)建基于公安教育的知識圖譜本體庫,并將其運用到實際課程教學(xué)中,其具備較好的便攜性、高效性和高參與性,讓學(xué)生能夠隨時隨地構(gòu)建當(dāng)前應(yīng)用場景的熱點圖譜,充分理解眾包構(gòu)建過程,教師能即時反饋圖譜運用可行性,使得在公安專業(yè)性方面的教學(xué)方式更加直觀化,教學(xué)目的性更加突出。

1 相關(guān)工作

1.1 教培需求調(diào)研

隨著社會數(shù)據(jù)的不斷增加和人工智能技術(shù)的迭代更新,數(shù)據(jù)的巨量化運用在社會關(guān)系應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)分析中可以研究社群結(jié)構(gòu)動態(tài),在公共安全應(yīng)用之中,對于特定人群的社群網(wǎng)絡(luò)挖掘也同樣具備實踐依據(jù)。

在公共安全體系,研究公安教育培訓(xùn)主題的文獻(xiàn)較少,基于知識圖譜的移動端公安院校教育軟件并研究其實踐意義能夠在多實際場景中讓公安教育培訓(xùn)直觀化,為培養(yǎng)下一代警務(wù)系統(tǒng)思想提供思路。

1.2 教培知識圖譜

知識圖譜是顯示知識發(fā)展進程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一系列各種不同的圖形,用可視化技術(shù)描述知識資源及其載體,挖掘、分析、構(gòu)建、繪制和顯示知識及它們之間的相互聯(lián)系。

公共安全應(yīng)用的前景包括社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)分析,研究關(guān)系結(jié)構(gòu)動態(tài)[4];社群發(fā)現(xiàn)研究社區(qū)特征屬性和演化方向,社會網(wǎng)絡(luò)分析挖掘研究演化關(guān)系結(jié)構(gòu)[5];社會人群研究保障社會安全穩(wěn)定性,以上只是在社會研究方向中利用知識圖譜的應(yīng)用。

用于教培的知識圖譜可以基于多種實體關(guān)系類型構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化圖譜解決方案。根據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同,應(yīng)用多個教學(xué)場景構(gòu)建跨圖譜多學(xué)科交叉融合的領(lǐng)域知識圖譜[6],利用眾包思想[7]高參與度宏觀展示知識結(jié)構(gòu),快速設(shè)計優(yōu)化實體關(guān)系組來表達(dá)復(fù)雜關(guān)系。

2 教培知識圖譜本體庫研究

2.1 教培知識圖譜本體庫價值與解決問題

分析公安教培知識的廣度化和可挖掘深度化因素,提出對公安教培過程的跨領(lǐng)域、跨學(xué)科需求,改善因教培知識的專業(yè)性而造成的知識低密度性。

公安教育的數(shù)據(jù)來源復(fù)雜度高,異構(gòu)化數(shù)據(jù)較常規(guī)可用數(shù)據(jù)擁有不可被機器識別的特點,無法與相關(guān)課程現(xiàn)有離散數(shù)據(jù)契合。現(xiàn)有的公安教育數(shù)據(jù)庫在大數(shù)據(jù)建設(shè)下,人機交互方面仍有所欠缺。

依據(jù)公安院校的教育知識情況,對常規(guī)教育過程的數(shù)據(jù)來源分析,提取其因廣度、深度問題導(dǎo)致的用戶需求、教育資源和教學(xué)任務(wù)問題[8],引入知識圖譜工程對復(fù)雜學(xué)科系統(tǒng)的來源擬真魯棒性分析。

2.1.1公安教育數(shù)據(jù)來源

公安院校中,課程教育資源在教學(xué)環(huán)境下主要表現(xiàn)在3個來源:公安機關(guān)內(nèi)部資源、教育部門、其他通過審核的機構(gòu)和組織。

公安內(nèi)部資源是公安機關(guān)利用自身資源,如公安部門內(nèi)部培訓(xùn)機構(gòu)、警校、警察學(xué)院等進行教育培訓(xùn),提供公安教育的課程資源。

教育部門資源針對公安院校的特殊性,專門制定審核發(fā)放專門院校靶向性知識。

公安相關(guān)教育部門還可以和其他受信任機構(gòu)組織合作,例如法律部門、社會基層團體和企事業(yè)單位面向?qū)ｉT領(lǐng)域的知識教材。

2.1.2公安教培知識圖譜數(shù)據(jù)來源

根據(jù)公安教育數(shù)據(jù)的來源分析,初步離散教學(xué)數(shù)據(jù)處于較高熵態(tài),利用DIKWP模型[9]對其整個知識體系的建模進行分析,Data都是整個系統(tǒng)中的熵增個體,Information屬于熵增單元的狀態(tài)疊加表示,Knowledge代表了熵增單元組的信息提供系統(tǒng)輸出,Wisdom是針對以上數(shù)據(jù)的組合分析狀態(tài)態(tài)勢,Purpose滿足知識體系的跨領(lǐng)域關(guān)聯(lián)。主要操作就是利用模型構(gòu)建知識圖譜,達(dá)到整個系統(tǒng)熵降。所以結(jié)構(gòu)化知識圖譜數(shù)據(jù)來源于對于公安教育數(shù)據(jù)的實體關(guān)系重構(gòu)。

公安教培進程中,圖譜化知識體系結(jié)構(gòu)通過層次遞進的方式滿足用戶需求、教育資源和教育任務(wù),并推動數(shù)據(jù)重建。在跨領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的場景下,該結(jié)構(gòu)能夠避免較大混沌系統(tǒng)的產(chǎn)生[10]。

2.2 公安教培知識圖譜的本體庫構(gòu)建設(shè)計

2.2.1公安教培知識圖譜本體庫設(shè)計目的

重點分析現(xiàn)階段公安教培知識庫中存在的問題,集中表現(xiàn)在教培過程中對于教育知識體系的專業(yè)性和課程跨學(xué)科領(lǐng)域數(shù)據(jù)質(zhì)量低。從廣度來看是公安知識的廣度缺失,從深度角度分析,因為離散實體點缺乏廣度關(guān)聯(lián),導(dǎo)致圖譜區(qū)塊的分離[11]。

為應(yīng)對公安教育數(shù)據(jù)來源復(fù)雜,且更好耦合人力情報,服務(wù)教育本體[12],運用知識圖譜,解構(gòu)、重構(gòu)知識主體,構(gòu)建基于公安角度的知識圖譜本體庫是對日益復(fù)雜的公安知識體系的研究實踐設(shè)計。

2.2.2公安教培知識圖譜本體庫設(shè)計要求

本體工程的建立依據(jù)Cruber的實踐分析,本體庫的清晰性、一致性、最大單詞可擴展性、本體約定最小性對公安知識體系的廣度、精度等方面要求較高[13]。

公安教培過程中,數(shù)據(jù)來源呈現(xiàn)較高復(fù)雜性,在知識體系網(wǎng)絡(luò)分析中,異構(gòu)特性突出且可利用耦合度低,從實際出發(fā),除了滿足以上本體庫建立的幾大特性以外,還對目的功能提出具體化需求。一是具有基本管理本體的功能,滿足本體庫中各個因子的清晰一致性。二是提煉出的課程所關(guān)聯(lián)的知識庫無法很好地與人力知識庫耦合,依據(jù)本體構(gòu)建基礎(chǔ)和結(jié)合教育認(rèn)知心理學(xué),從課程知識導(dǎo)向出發(fā),強調(diào)了人機交互功能的重要要求。三是以公安知識廣度、深度方面著重課程知識對教培過程的需求,提出標(biāo)準(zhǔn)化本體庫設(shè)計功能需求。四是根據(jù)本體工程建設(shè)要求,擴展最大單詞可擴展性到公安教培領(lǐng)域,本體構(gòu)建庫中應(yīng)當(dāng)具有經(jīng)審核后的擴展性和維護性。

2.2.3公安教培知識圖譜本體庫設(shè)計方法

1) 德爾菲法運用

稱為人腦云計算的德爾菲法(delphi methods,DM)根據(jù)匿名原則、循環(huán)往復(fù)原則、控制反饋原則、團體回答原則和專家共識原則設(shè)計選擇因子問卷發(fā)送給領(lǐng)域?qū)＜?列出所需功能因子清單,不斷地匿名隔離反饋和重復(fù)評審因子權(quán)重來對因子選擇排序。DM流程如圖1 所示。

圖1 DM流程框圖

根據(jù)當(dāng)下文件資料和存在問題,知識圖譜專家參與因子排序后進行排序考核,經(jīng)過整理歸納等數(shù)據(jù)初步處理之后,再反饋給專家進行權(quán)重劃分,重復(fù)集中反饋后獲得穩(wěn)定因子。

2) 層次分析法運用(AHP)

對于權(quán)重通級因子的劃分,使用基于判斷矩陣的AHP進行指標(biāo)權(quán)重一致性檢驗,判斷矩陣計算出相對權(quán)重,使用遞歸計算對級影響因子權(quán)重劃分序列。

根據(jù)專家提交的文本中功能因子關(guān)鍵詞,結(jié)合TF-IDF方法進行抽取,依據(jù)詞頻和逆向文件頻率來計算。

3) DF-IDF法

詞頻(term frequency,TF)是指某單詞在文件中出現(xiàn)的次數(shù),如下式所示。

(1)

式中:ni,j代表單詞i在文件j中出現(xiàn)的次數(shù)。

逆向文件頻率(inverse document frequency,IDF)衡量詞匯的一般意義,如式(2)中|D|是文件總數(shù),|j:ti∈dj|代表包含詞語的因子數(shù)。

(2)

最終得到功能因子i在專家提供的樣例j中的權(quán)重,如下式所示。

TF-IDFi,j=TFi,j×IDFi

(3)

通過專家提供因子劃分權(quán)重計算,得到本體特征因子。

2.2.4公安教培知識圖譜本體庫設(shè)計過程

1) 本體庫構(gòu)建數(shù)據(jù)來源

本體庫構(gòu)建數(shù)據(jù)來源于幾個方面,分別是基于現(xiàn)階段法律法規(guī)的提取、大數(shù)據(jù)構(gòu)建所總結(jié)的決策知識庫、公安內(nèi)部相關(guān)背景決策和專業(yè)行動知識。

2) 本體庫構(gòu)建數(shù)據(jù)提取

關(guān)于本體庫構(gòu)建的方式以復(fù)用歸納為主要操作手段,迭代過程如圖2所示,復(fù)用是針對數(shù)據(jù)來源中的類進行層次劃分;歸納是使用DF-IDF算法進行類的相似度計算,最終得到種子因素,研究參考文獻(xiàn)對種子因素的迭代發(fā)散和DM發(fā)散,完成本體因子庫的擴充,形成最初版本本體庫“匯合因子”。

圖2 本體迭代過程

二次DM法對匯合因子進行篩選,其基礎(chǔ)工作是排除語義易混淆的因子,之后制定相關(guān)規(guī)則來限制因子層級關(guān)系和數(shù)量[14],最終運用DM-AHP算法,根據(jù)屬性三元組關(guān)聯(lián)形成基于公安教培的本體庫。

2.2.5公安教培知識圖譜本體庫設(shè)計

結(jié)合德爾菲法、層次分析法和認(rèn)知能力學(xué)構(gòu)建知識圖譜教培體系,該體系基于相關(guān)政策文件和現(xiàn)階段公安教培數(shù)據(jù)資料構(gòu)建,選擇因子權(quán)重計算獲得體系結(jié)構(gòu),教學(xué)過程中結(jié)合認(rèn)知心理學(xué)針對廣度知識化的公安教培環(huán)境指定宏觀策略。設(shè)計策略是:2個二級因子,前端功能選擇和后端功能選擇;12個三級因子,中前端10個功能設(shè)計和后臺主要2個因子功能設(shè)計,后臺分別是用戶權(quán)限管理和知識圖譜管理,10個功能按照認(rèn)知心理學(xué)在實際課程不同層級的知識教培階段情景劃分權(quán)重排序;7個四級因子主要是對于后端功能應(yīng)用的細(xì)分。德爾菲法功能設(shè)計指標(biāo)因子如表1所示,層次分析法功能因子權(quán)重如表2所示。

表1 德爾菲法功能設(shè)計指標(biāo)因子

表2 層次分析法功能因子權(quán)重(取整)

功能設(shè)計因子的設(shè)計和權(quán)重劃分結(jié)合關(guān)聯(lián)主義認(rèn)知心理學(xué)學(xué)習(xí)策略,對領(lǐng)域知識圖譜不斷迭代優(yōu)化,探索多學(xué)科融合優(yōu)勢[15],具象化知識圖譜教培應(yīng)用。

公安教培知識圖譜軟件構(gòu)建方案的提出是嘗試為公安院校培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才探尋路徑,使此類專業(yè)人才具備創(chuàng)新的思維潛能,在走上工作崗位遇到具體案件時,能積極、主動地從新的角度發(fā)現(xiàn)問題,用新的方法分析問題,用綜合的手段來解決問題。讓學(xué)員明白在專業(yè)知識、職業(yè)素質(zhì)和技能等方面達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的培養(yǎng)過程不可能一蹴而就,需要按照一定的次序,層次遞進性地由淺入深、由低級到高級逐步完成。

3 公安教培本體庫實踐樣例

公安院校教學(xué)內(nèi)容的泛化性需要大規(guī)模關(guān)聯(lián)集成,但現(xiàn)階段的教學(xué)實踐環(huán)境中,常規(guī)教學(xué)數(shù)據(jù)處理相對離散,因此開發(fā)基于知識圖譜的移動端教培軟件成為了必要的需求。該軟件可以在常規(guī)課程時間內(nèi)由學(xué)員在教師指導(dǎo)下進行學(xué)習(xí),同時也支持課后知識眾包活動,讓學(xué)員參與數(shù)據(jù)整合和挑戰(zhàn)賽等活動,以便更好地提升自身知識水平。

在常規(guī)教學(xué)活動中,學(xué)員可以根據(jù)教師上傳的資料進行當(dāng)前課程的學(xué)習(xí),還可以通過愛學(xué)習(xí)功能強化自己的興趣領(lǐng)域,并通過挑戰(zhàn)賽等活動在劃定領(lǐng)域中進行知識的碰撞和擴充,從而不斷擴展自己的領(lǐng)域和知識。

當(dāng)學(xué)員掌握了宏觀基礎(chǔ)理論和進行初步設(shè)計實踐之后,在教師的授權(quán)下,學(xué)員可以擁有更多的權(quán)限實現(xiàn)知識眾包技能。他們可以提出自己的算法和預(yù)處理方式,以控制龐大離散數(shù)據(jù)采集,降低時間和空間復(fù)雜度,確保數(shù)據(jù)的兼容性和結(jié)構(gòu)化[16],并導(dǎo)入平臺進行標(biāo)注審核,最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)向領(lǐng)域知識圖譜的轉(zhuǎn)變。

在該平臺中,其他學(xué)員和普通用戶可以依據(jù)圖譜相關(guān)操作,如語義檢索、語義瀏覽等,進行知識的全覆蓋遍歷,查詢知識實體和實體之間的關(guān)系圖譜,實時了解課程熱點和實際運用領(lǐng)域的熱點TOP10,回顧查看內(nèi)容,實時跟蹤學(xué)習(xí)進度和歷史,滿足后期對于功能兼容和擴充的全部頻道。

在課程實踐過程中,學(xué)員在教師指導(dǎo)下對離散數(shù)據(jù)進行處理,最終審核納入采集數(shù)據(jù)庫,通過對實體的增刪改查和對關(guān)系的優(yōu)化設(shè)置,把所得到的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)由相關(guān)責(zé)任分組的學(xué)員錄入后臺系統(tǒng)進行實體關(guān)系關(guān)聯(lián),擁有普通用戶權(quán)限的用戶和學(xué)員組可在前端界面使用語義瀏覽。使用遍歷卷功能從宏觀層面查詢某一個關(guān)鍵信息的覆蓋關(guān)系領(lǐng)域圖譜,結(jié)果如圖3所示,生成由不同色塊對不同實體進行分類的領(lǐng)域關(guān)聯(lián)圖譜,可以幫助學(xué)員在宏觀思想下彌補由傳統(tǒng)教學(xué)所帶來的數(shù)據(jù)廣度密度缺失,為培養(yǎng)下一代警務(wù)系統(tǒng)思想提供思路。

圖3 公安本體實體映射實踐

3.1 基于公安教培本體庫構(gòu)建的實際前端應(yīng)用

如圖4所示,為了使用戶在教培過程中直接了解軟件功能實際運作和可視化交互,前端功能界面由Delphi法結(jié)合AHP分析法構(gòu)建設(shè)計后由關(guān)系圖譜、AB路徑、遍歷卷、TOP10、來勞動、晉級路、挑戰(zhàn)賽、愛學(xué)習(xí)、我歷史、全部頻道等主要模塊組成。

圖4 前端因子實踐邏輯視圖

對于課程知識的定義在現(xiàn)有研究中并沒有一個完整的定義。在《簡明國際教育百科全書》中,“課程知識”的含義包括課程內(nèi)容和課程編制知識,是對基本概念、相關(guān)原理、基本法則和知識之間的內(nèi)在聯(lián)系的總概述。

在公安教育體系中,課程知識不僅僅局限于當(dāng)前課本的內(nèi)容編制,因其知識廣度多元化特點使得公安領(lǐng)域教育專業(yè)性過強,對于跨學(xué)科知識的組織較弱。依據(jù)教學(xué)實踐過程中的認(rèn)知心理學(xué)學(xué)習(xí)理論和參考課程不同定義,教培應(yīng)用在關(guān)聯(lián)主義中具有階段層級結(jié)構(gòu)。學(xué)員發(fā)揮主觀能動性,在教師的指引下,建立自己的知識網(wǎng)絡(luò),通過與其他知識實體連接獲取對應(yīng)知識點。知識圖譜教學(xué)邏輯中默認(rèn)學(xué)員自我創(chuàng)建,從而用于研究開發(fā)知識圖譜軟件功能模塊。

依據(jù)用戶教學(xué)資源需求來進行軟件前端功能劃分。如果需要進行重點知識點的語義檢索瀏覽,在“關(guān)系圖譜”功能中實現(xiàn)以搜索知識點為中心的相關(guān)聯(lián)圖譜;2個對象的關(guān)系分析,運用“AB路徑”功能查找檢索實體間的關(guān)聯(lián);主題中從宏觀角度了解領(lǐng)域關(guān)系圖譜,能夠以最大的視角來進行整個事件統(tǒng)籌化分析,“遍歷卷”功能為其提供領(lǐng)域圖譜支持;宏觀到中觀再到微觀的操作邏輯給予遍歷卷功能的放大縮小操作邏輯,讓用戶可以全方位、細(xì)致化地對領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)瀏覽。

教培過程中,學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、自我強化、實戰(zhàn)環(huán)節(jié)作為課程知識體系中牢基應(yīng)用需求,即時性的可交互“TOP10”功能讓學(xué)生和老師能隨時查看熱點節(jié)點和按照所需定義熱點;“來勞動”增加學(xué)生自我深化能力;“晉級路”囊括整個教學(xué)內(nèi)容;實戰(zhàn)題目可運用“挑戰(zhàn)賽”,以及強化運用能力,課外拓展自身結(jié)構(gòu)化知識能力的“愛學(xué)習(xí)”。基于知識圖譜的移動端教培APP將合理教學(xué)可追蹤的服務(wù)運用到實際課程中,眾包邏輯讓教培參與性提升,層次化遞進學(xué)習(xí)法為培養(yǎng)人才提供實踐途徑。

3.2 基于公安教培本體庫構(gòu)建的實際后端應(yīng)用

移動端公安院校教培知識圖譜軟件的后臺功能設(shè)計分析基于認(rèn)知科學(xué),并結(jié)合教學(xué)環(huán)境中的兩大角色——學(xué)生和教師,建立知識圖譜模式。

在常規(guī)教培環(huán)境中,教師和學(xué)生通過用戶角色管理互動。教師可以將學(xué)生分組[17],如圖5所示,滿足不同分組的不同責(zé)任劃分,或作為發(fā)布眾包任務(wù)的標(biāo)注任務(wù)發(fā)布者來審核本體資源和數(shù)據(jù)資源[18]。對于當(dāng)前教培任務(wù)的資源管理,可以通過精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化課程所需功能模塊來管理。學(xué)生可以利用實體管理扮演多個角色,在常規(guī)教學(xué)任務(wù)中靈活應(yīng)用圖譜管理功能,作為數(shù)據(jù)采集活動的角色分組,對離散數(shù)據(jù)采集、清洗和審核后錄入平臺統(tǒng)一管理。學(xué)生分組將其分類并設(shè)置知識節(jié)點之間的關(guān)系,通過知識眾包等方式,構(gòu)建場景領(lǐng)域知識圖譜,從而為普通用戶在前端界面提供語義檢索、瀏覽和宏觀查看領(lǐng)域知識圖譜。

圖5 本體實體映射實踐邏輯視圖

4 公安教培本體庫評估

4.1 公安教培本體庫評估目的

從課程需求角度出發(fā),構(gòu)建公安院校教育本體庫可以滿足學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的需要。其中,“知識廣度耦合較低”和“知識深度耦合較低”表明學(xué)生需要掌握的知識點較為分散,且知識之間的關(guān)聯(lián)性不是很強,因此需要一個本體庫來系統(tǒng)地整合和組織這些知識點。此外,本體庫也可以用于教師開設(shè)課程,幫助教師更好地掌握課程的知識點和相關(guān)概念,提升教學(xué)效果。

從課程內(nèi)容角度出發(fā),公安院校教育本體庫的構(gòu)建包含各種數(shù)據(jù)和知識點,以滿足用戶需求。其中,“數(shù)據(jù)知識量龐大”是一個重要的關(guān)鍵詞,表明本體庫需要包含大量的數(shù)據(jù)和知識點。為了確保本體庫的質(zhì)量和有效性,需要對數(shù)據(jù)和知識點進行分類、篩選和組織。此外,對于不同學(xué)科領(lǐng)域的知識點,需要進行分類和整合,確保用戶可以輕松找到所需的知識點。

從用戶需求角度出發(fā),公安院校教育本體庫的構(gòu)建可以滿足不同用戶的需求。例如,學(xué)生可以通過本體庫找到自己需要的知識點和相關(guān)概念,提升自己的學(xué)習(xí)效果;教師可以利用本體庫更好地組織課程內(nèi)容,提高教學(xué)質(zhì)量和效果;同時,其他研究者也可以利用本體庫進行相關(guān)研究和分析。因此,從用戶需求角度出發(fā),本體庫的構(gòu)建需要考慮不同用戶的需求和使用場景,提供多種查詢和搜索方式,以方便用戶獲取所需信息。

4.2 公安教培本體庫評估方法

從本體庫構(gòu)建因子個體因素分析本體的準(zhǔn)確完整性、可讀可維護性和交互操作。本體所包含的實體關(guān)系是否準(zhǔn)確無誤,以及是否覆蓋了相關(guān)的概念和實體;本體的格式規(guī)范、命名規(guī)則、注釋等是否符合標(biāo)準(zhǔn),以及是否容易理解和修改。

4.3 公安教培本體庫評估實踐結(jié)果

本體的質(zhì)量直接對知識表征與推理結(jié)果產(chǎn)生影響,決定了本體在實際應(yīng)用場景中的有效性。

使用本體質(zhì)量評估框架(the ontology quality evaluation framework,OQuaRE)方法[19],結(jié)合公安教培知識圖譜的本體實踐情況做出評估。

定義：Ci代表本體中的第i個類,RCi代表類Ci具有的關(guān)系,PCi代表類Ci的屬性,SupCi代表類Ci的直接父類,Thing是所有類的根源。

指標(biāo)1:Weighted Method Count (WMCOnto)表示每個類的屬性與關(guān)系的平均數(shù)量,其計算方法如下:

指標(biāo)2:Number of Children (NOCOnto)表示直接子類的平均數(shù)量,其計算方法如下:

指標(biāo)3:Response for a class (RFCOnto)表示可以直接從類中訪問的屬性數(shù),其計算方法如下:

指標(biāo)4:Lack of Cohesion in Methods (LCOMOnto)表示類的語義與概念相關(guān)性,可以用于度量本體元素的代表性與本體元素的獨立性,其計算方法如下:

式中:∑path(|C(leafi)|)是葉類i到Thing的路徑長度;m是本體中的路徑的總數(shù)。

指標(biāo)5:Coupling between Objects (CBOOnto)表示相關(guān)類的數(shù)量,其計算方法如下:

指標(biāo)6:Modification stability(Mods)表示本體在穩(wěn)定性方面的評估結(jié)果,其計算方法如下:

ModS=φ(WMCOnto,NOCOnto,

RFCOnto,LCOMOnto,CBOOnto)

式中:φ(x1,x2,…,xn)用于計算各項指標(biāo)的算數(shù)平均值,并將得分轉(zhuǎn)換到1～5。

從實踐過程出發(fā),由OQuaRE計算,如圖6所示,所得公安院校教培知識圖譜本體平均分高于3分,表明其符合本體工程構(gòu)建基本要求。其中,圖譜管理的本體質(zhì)量優(yōu)勢較高,主要體現(xiàn)在處理知識元過程中該項占有主導(dǎo)地位,而前端功能因子優(yōu)先級較低,從用戶需求出發(fā),主要是滿足用戶的語義瀏覽等過程。

圖6 公安教培知識圖譜本體評估得分直方圖

5 總結(jié)與展望

為解決公安教培過程中知識廣度缺失而無法充分覆蓋領(lǐng)域?qū)W科的問題,構(gòu)建多模態(tài)跨界圖譜應(yīng)用。應(yīng)用德爾菲法和層次分析法對用戶需求、教育資源、教學(xué)任務(wù)進行梳理,結(jié)合教育心理學(xué)研究構(gòu)建公安教培本體庫。運用本體實體構(gòu)建實現(xiàn)多場景融合,實現(xiàn)了“開發(fā)功能”以學(xué)員課程與知識圖譜結(jié)合為指導(dǎo);“晉級路功能”在本體迭代性學(xué)習(xí)中具有較好的靶向性;“愛學(xué)習(xí)功能”在深化本體構(gòu)建方法上融合教學(xué),實現(xiàn)學(xué)員自我突破;“眾包功能”實現(xiàn)人人參與共建的領(lǐng)域知識圖譜庫。

對于公安教培知識圖譜本體的豐富是一項持續(xù)性工作,在下一步的研究中,可以充分利用以ChatGPT為代表的大模型工具助力本體設(shè)計,大模型在知識圖譜本體構(gòu)建中能夠發(fā)揮重要作用,可以幫助學(xué)習(xí)本體結(jié)構(gòu),推斷屬性和關(guān)系,處理實體鏈接和消岐,并支持本體的擴展和修訂。這些功能使得大模型成為構(gòu)建高質(zhì)量知識圖譜本體的有力工具。