構建基于web服務器平臺的智能答疑系統的研究與設計

德州職業技術學院計算機系 陳云萍

1.引言

隨著遠程教育的快速發展，網上學習不僅使自主學習成為現實，而且使自主學習成為時尚。基于Web的遠程教育平臺，為學習者提供了學科網絡教學課件、學科教師答疑。答疑或討論系統可以幫助用戶解決他在某些知識點方面的疑問。智能答疑系統，使答疑突破了答疑行為的時間、空間局限，并廣泛擴展了問題解答的資源內容、資源呈現形式和資源獲取方式，提供了高效率、高質量的用戶與教學環境的交互，不但支持了網絡教學的順利進行，而且成為傳統課堂教學的有益補充。

2.系統設計目標

本智能答疑系統的設計目標是相對獨立的、智能的、自適應的基于Web的網上通用答疑系統。

(1)開發一個基于Web的、應用級的、可擴展的、通用的、自適應的智能答疑系統、獨立運行或同遠程教育系統集成既可。

(2)在網上模擬和實現傳統課堂的答疑功能，為教師答疑和學生學習提供更方便快捷的渠道。

(3)采用先進的自然語言處理技術及Java服務器編程技術，充分利用WWW的有力資源，保證系統的先進性。

(4)保證系統的高效實用、操作簡單、容易維護和擴展、功能相對少等特點。

3.系統總體設計方案

3.1 系統運行模式

本系統是基于web系統的設計目的是用于遠程智能答疑，所有功能都是通過應用服務器和用戶瀏覽器之間的交互完成,如圖1。與系統相關的數據由數據庫服務器來組織和維護。通過internet網絡連接的用戶通過瀏覽器向應用服務器發出請求，應用服務器根據用戶的請求做相應的響應，檢索數據庫服務器的數據，并把服務結果通過瀏覽器反饋給用戶。最初的數據庫中的問題及答案是事先放進去的，通過系統的運行，數據庫會一直擴充，完善。滿足用戶的更多需求。

3.2 系統功能分析

系統功能包括系統的核心功能和輔助功能兩大模塊。核心功能主要是用戶管理和自動答疑，輔助功能主要是討論答疑、郵件答疑、BBS留言答疑等功能。

3.3 系統核心功能

(1)用戶管理：管理系統用戶的信息注冊錄入、入庫，負責系統的用戶驗證登錄、退出，識別戶類型并分配相應的操作權限等。

(2)智能答疑處理：根據用戶的科目選擇定位數據庫，對用戶的自然語言提問文本進行自分詞，提取出索引關鍵詞或關鍵詞組合，然后與問題庫中的問題進行匹配或全文匹配定位到一個參考答案或幾個參考答案，如不能匹配出合適的答案轉到輔助答疑模塊，把教師用戶的郵件答案和BBS留言答案的確認結果自動存入數據庫中。

3.4 系統輔助功能

(1)實時問題討論：為每一個系統用戶提供一個利用文字進行實時討論的空間。如果用戶所提問題未能得到系統的及時的自動回答，注冊用戶在可通過聊天方式提出問題，其它在線用戶可以各抒己見，用戶自己歸納總結較為合理的參考答案。

(2)BBS留言：如果提問用戶沒有得到系統的自動答疑且在討論室中沒有獲得滿意答復，可將所提問題貼到留言板上，等待教師或其它用戶進行回答，教師的答疑結果提交給智能答疑模塊進行后續處理。

(3)郵件答疑：如果提問用戶沒有得到系統的自動答疑且在聊天室中也沒有獲得滿意答復也可將所提問題轉發到相應學科的教師郵箱中，等待教師回復郵件答疑。教師回復的郵件除發往提問用戶的郵箱外，轉交給智能答疑模塊，由其完成數據庫的補充維護處理工作：提取郵件內容及關鍵詞轉換成符合要求的文檔存貯在數據庫中。系統自動定期地對用戶數據，BBS留言數據，郵件答疑數據，數據庫和系統狀態與配置數據進行備份。

3.5 系統模塊劃分

作為一個通用型的遠程答疑系統，其用戶包括教師，一般用戶和系統管理員，所以，基于用戶角色劃分，系統可劃分為三個模塊：教師模塊，一般用戶模塊和管理模塊。結合用戶角色劃分，系統在整體上是以系統功能劃分為子系統，系統包括管理子系統和答疑子系統兩個子系統，其功能描述為：

3.5.1 管理子系統

該子系統是網絡系統的重要模塊，有系統管理員負責，主要進行系統的日常維護工作，管理教師和用戶的注冊及用戶信息，登錄驗證，管理和維護智能答疑資源，智能管理教師和一般用戶的信息，接收教師用戶和一般用戶對系統使用方面的反饋意見，并進行相應的處理。對于系統管理員來說，系統應提供下述功能：

(1)注冊管理：包括教師和用戶注冊管理。用于處理教師和用戶的注冊信息，生成相應的帳號和密碼。教師和用戶的帳號在系統是唯一的，在實現中可以考慮將用戶輸入的登錄名作為用戶的帳號。系統管理員還應該為忘記密碼的教師或用戶刪除或修改密碼。

(2)科目管理：智能答疑系統的數據庫是分科目組織的。系統管理員應該可以對系統中的科目進行增加，刪除，修改。在系統中，每個科目的教師都是預先指定的，每增加一個科目，管理員就要指定教師。

(3)數據資源管理：系統中數據資源包括教師信息，用戶信息，各科的常見問題庫。系統管理員可以直接訪問創建，刪除和修改這些數據。

(3)信息反饋處理：系統管理員要對教師用戶和一般用戶的反饋信息進行分類處理，根據用戶對系統功能，性能，使用等方面的意見和建議對系統進行進一步的改進，以提高答疑質量。

3.5.2 答疑子系統

在答疑子系統中，可分為智能答疑子系統和輔助傳統子系統兩個子模塊。

智能答疑子系統：完成模擬現實的智能答疑，這是系統的主要模塊，系統中需要提供以下基本功能：

(1)操作提示：智能答疑系統應具有一個操作提示和操作信息反饋欄，提供友好的用戶界面這樣可以方便用戶使用。

(2)身份認證：用戶在瀏覽智能答疑系統主頁時，需要用戶登錄后才能進行提問或維護常見問題庫。這就要提交用戶ID和密碼，并做相應的權限檢查。

(3)自動答疑：分為自然語言查詢方式；按關鍵字提問方式；按課本章節知識點提問方式；輔助傳統答疑子系統。

2011年中央1號文件明確提出把嚴格水資源管理作為轉變經濟發展方式的戰略舉措，2012年 《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》（國發〔2012〕3 號）對實行最嚴格水資源管理制度進行了全面部署。水利部把落實最嚴格水資源管理制度作為水利工作的重中之重，舉全部和全系統之力，推進最嚴格水資源管理制度的落實。為了以點帶面，實踐最嚴格水資源管理制度，水利部開展了加快實施最嚴格水資源管理制度試點工作，希望通過試點地區先行先試，探索不同類型地區實行最嚴格水資源管理制度的模式、經驗和做法，推廣試點經驗，全面推進最嚴格水資源管理制度的實施。

4.系統功能模型

在系統功能模型(如圖2)中，系統具有以下四層結構：

第一層(OS)：支持網絡功能的操作系統是智能答疑系統的運行平臺。

第二層(TCP/IP)：TCP/IP協議作為現在網絡的通用標準，是智能答疑系統通信的支撐協議。

第三層(Application)：應用層利用HTTP實現客戶端對WEB服務器的訪問，建立C/S之間的連接。通過系統通信通道發送，接收或者轉發系統狀態消息，成員消息。BBS消息，答疑情況等。

第四層：提供面向用戶的人機交互接口。

5.系統工作流程

(1)注冊：系統使用者首先通過系統注冊頁面進行注冊，經過管理員確認批準(主要是針對教師用戶)，即可成為智能答疑系統的合法成員。

圖1 智能答疑模式

圖2 智能答疑系統模型示意圖

圖3 系統工作流程圖

(2)登錄：已注冊的成員，需通過智能答疑系統的登錄頁面進行登錄，登錄成功后即可進入答疑系統。

(3)科目選擇：已經進入智能答疑系統的成員需要選擇所需答疑的科目，以便進入相應的答疑網頁.

(5)答疑或維護結束：用戶推出，保存相應的重要答疑過程記錄。

智能答疑系統的教師用戶和一般用戶的工作流程示意如圖3所示.

6.智能答疑系統的實現方案

系統設計環境：

(1)協議的選擇：智能答疑系統的設計目標是建立一個用于Internet的網上系統，所以采用TCP/IP協議。

(2)跨平臺的選擇：系統設計是面向WWW的，系統采用Java技術，保證了系統的跨平臺性。

(3)支持中文信息處理：采用Apache Tomcat 5.5.26處理JSP、Java Servlet、JavaBean；JDK包使用J2sdk1.6；數據庫服務器采用Microsoft SQL Server 2000。

7.智能答疑系統的相關技術

7.1 自動分詞技術

自動分詞是自然語言處理最基本的、無法回避的一個技術環節，同時也是人們研究的一個熱點問題。檢索的目的在于跟蹤、獲取與用戶的檢索需求相關的信息線索或信息全文，并以友好的交互界面呈現給檢索者。

7.2 java語言

自從java正式問世以來，java的快速發展已經讓整個Web世界發生了翻天覆地的變化，隨著java Servlet和JSP技術的推出，讓java成為基于Web的應用程序的首選開發工具。

8.結束語

本文研究設計了基于WEB和自然語言理解的智能答疑系統(IQAS_bowanlu)的體系結構、準確率較高的中文自然語言的自動分詞技術、HTML、JSP、Java Servlet、Java Beans的有機整合技術、基于JAVA的WEB服務器環境的配置方案和智能答疑能力的加強方法，并詳細闡述了IQAS_bowanlu的實現方案。

IQAS_bowanlu采用JSP和Java Servlet技術相結合開發系統，充分利用了Java的跨平臺、多線程、結構中立、安全性等優勢性能，比目前流行的運用ASP或PHP等開發的WEB應用系統更易于使用和改進，同時也提高了系統的通用性。

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[2]邱建波.基于網絡的答疑系統的設計與實現[C].陜西師范大學碩士論文,2004.

[3]張銀.答疑系統學習機制的分析與思考[J].中國遠程教育,2006,f21:36-38.