智學(xué)分享資源檢測分類工具設(shè)計與實現(xiàn)

曲林 尹子軒 劉建賓

摘要：為了更加高效地對智學(xué)分享平臺中學(xué)生分享數(shù)據(jù)的分類情況進行判斷，運用Java開發(fā)一個資源檢測分類工具，該工具可通過已知的訓(xùn)練集樣本獲取當(dāng)前學(xué)科中最具代表性的關(guān)鍵字，并根據(jù)分享數(shù)據(jù)中的評價信息以及鏈接網(wǎng)址中的title信息計算出其與當(dāng)前所在學(xué)科的相關(guān)度，進而判斷出學(xué)生在該網(wǎng)站中分享數(shù)據(jù)的所在位置是否準(zhǔn)確。該工具可替代教師傳統(tǒng)的手動判定工作，實現(xiàn)批量處理數(shù)據(jù)的目的，從而在一定程度上減輕了教師工作壓力，具有較好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：分類算法；模糊匹配；中文分詞

DOI：10.11907/rjdk.173061

中圖分類號：TP319

文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2018）007-0158-04

Abstract：Inordertomakemoreefficientclassificationjudgmentofstudents'datasharingonthelearning-and-sharingplatform，wedevelopedaresourcedetectionclassificationtoolbyJava.Thetoolcanobtainthemostrepresentativekeywordsinthesubjectsbasedontheexisitedsetsoftrainingsamples，andcalculatethecorrelationwiththecurrentsubjectbysharingtheevaluationofinformationandthetitleinformationoflinkstofurtherjudgeifthelocationofstudents'datasharingisaccurate.Thetoolcansubstitutetraditionalmanualjudgementworkofteachersandachievethepurposeofbatchprocessingofdata，whichtosomeextentalleviatestheteachers'workload.

KeyWords：classificationalgorithm；fuzzymatching；Chinesewordsegmentation

0引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量與日俱增，如何有效地對其進行分類成為當(dāng)今研究的重點之一。數(shù)據(jù)分類作為數(shù)據(jù)挖掘的一個分支，是將已知數(shù)據(jù)分成幾大類，然后將新數(shù)據(jù)歸為其中一類的方法。

本文將獲取到的有關(guān)數(shù)據(jù)進行分類整合，應(yīng)用到智學(xué)分享平臺，供學(xué)生們查詢、使用。首先利用標(biāo)題和內(nèi)容特征進行相關(guān)性分析，然后提取關(guān)鍵字，作為分類學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)，例如：軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、計算機科學(xué)與技術(shù)等學(xué)科，再將學(xué)科進行細化，分為課后練習(xí)題、期末考試題、課堂練習(xí)等。

1相關(guān)概念

模糊匹配（又稱為模式匹配、模糊檢索）：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中字符串的一種基本運算，給定一個字串，要求在某個字符串中找出與該字串相同的所有子串[1]。

詞頻（TF）：給定詞語在該文章中出現(xiàn)的次數(shù)。

逆向文件頻率（IDF）：該詞語在全部文章中的普遍程度，可由全部文章除以有該詞語的文章，再將得到的商取對數(shù)得到[2]。

中文分詞（ChineseWordSegmentation）：將一個漢字序列切分成一個個單獨的詞。分詞即將連續(xù)的字序列按照一定規(guī)范重新組合成詞序列的過程[3]。

自然語言處理（NLP）：是計算機科學(xué)與人工智能領(lǐng)域中的一個重要方向，研究實現(xiàn)人與計算機之間用自然語言進行有效通信的各種理論和方法。

2程序設(shè)計

2.1功能分析

本程序以預(yù)先運用爬蟲技術(shù)爬取的智學(xué)分享網(wǎng)站數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對數(shù)據(jù)中的分享鏈接標(biāo)題、內(nèi)容評論以及路徑等信息進行分析，以實現(xiàn)對分享內(nèi)容分類的功能。主要步驟如下：首先對已有數(shù)據(jù)按照教師和學(xué)生進行劃分，分別作為訓(xùn)練集樣本和待分類數(shù)據(jù)；然后運用相關(guān)算法將訓(xùn)練集中的高頻詞語提取出來，通過人工調(diào)整后，將這些詞作為該門課程的關(guān)鍵字，完成分類準(zhǔn)備工作；最后將待分類的數(shù)據(jù)與關(guān)鍵字逐一匹配，根據(jù)匹配程度判斷該條數(shù)據(jù)是否符合當(dāng)前分享的位置，并對其細分類別，完成數(shù)據(jù)分類工作。

2.2模塊設(shè)計

該程序主要分為3個模塊：ReadFiles模塊負責(zé)對訓(xùn)練集樣本數(shù)據(jù)進行讀取、分詞，并計算出TF值和IDF值；Ngram模塊負責(zé)對待分類數(shù)據(jù)的讀取、分詞以及相關(guān)性分析；Main模塊負責(zé)相關(guān)文件的讀取以及調(diào)用各個模塊，最終輸出結(jié)果如圖1所示。

2.3算法設(shè)計

2.3.1中文分詞算法

中文分詞技術(shù)屬于自然語言處理技術(shù)范疇，人們可以通過自己的知識判斷哪些是詞，但計算機必須通過人為設(shè)定一系列算法進行判斷，其過程即為中文分詞算法。

中文分詞算法可以分為3大類：基于字符串匹配的分詞方法、基于理解的分詞方法和基于統(tǒng)計的分詞方法，本文采用基于字符串匹配的分詞方法[4]。基于字符串的分詞方法又稱為機械分詞方法，它是將需要分析的字符串與一個中文庫進行匹配，如果在中文庫中能夠成功匹配某個字符串，則稱為識別出一個詞。

本文使用的中文庫是名為MMAnalyzer的一款開源分詞器，其支持英文、數(shù)字、中文（簡體）混合分詞，以及常用的地區(qū)名和人名匹配。MMAnalyzer分詞算法[5]步驟如下：讀取一個字，然后聯(lián)想，如果當(dāng)前可以構(gòu)成詞，便返回一個token；如果當(dāng)前不能構(gòu)成詞，則返回上一個可構(gòu)成詞語的字，然后從返回結(jié)果的下一個字重新開始聯(lián)想。

該算法具有以下優(yōu)勢：首先，傳統(tǒng)的最大匹配算法需要確定一個切分最大長度。如果該長度過大，將影響分詞效率，并且超出最大長度的詞將無法切分。但本算法不需要最大長度，根據(jù)詞庫中的詞進行匹配，可以切分為任意大小，而且對于未登錄的非漢字具有一定切分能力。本文詞庫具有可擴展性，比如可以將人們需要但詞庫中沒有的關(guān)鍵詞加入詞庫。最重要的是，由于本文選用的為論文、學(xué)術(shù)著作等較為科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈恼拢谜Z精煉，采用該算法能夠快速有效地區(qū)分出關(guān)鍵詞。

2.3.2TF-IDF算法

當(dāng)給定的詞語在文章中出現(xiàn)次數(shù)越多，即TF越大，而在全部文章中出現(xiàn)的概率越小，則該詞語具有很強的區(qū)分能力。例如：“軟件”這個詞在一些計算機類的文章中出現(xiàn)次數(shù)很多，但在體育及文學(xué)類文章中很少出現(xiàn)，因而該詞能很好地區(qū)分計算機類與其它類文章。

詞語在某篇文章中的重要性即詞頻，用公式（1）表示。

而詞語在所有文章中的普遍程度即逆文件頻率，用公式（2）表示。

|F|為包含所需詞語的文件數(shù)目，如果該詞語不在語料庫中，則會導(dǎo)致被除數(shù)為零，因此一般情況下使用公式（4）。

文件內(nèi)的某些詞語在該文件中頻繁出現(xiàn)，但可能該詞語在整個文件集合中僅偶爾出現(xiàn)，從而產(chǎn)生出高權(quán)重的TF-IDF[6]。因此，TF-IDF傾向于過濾掉常見詞語，保留重要詞語。

由于本文采用的樣本集文章較為科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，使用TF-IDF算法能夠充分考慮每個詞項的統(tǒng)計信息，突出關(guān)鍵詞在每篇文章中的關(guān)鍵地位，使結(jié)果更加清晰明了。

2.3.3N-gram算法

模糊匹配在生活中最常見的應(yīng)用即輸入法的輸入提示功能，例如：當(dāng)輸入“問”再輸入一個“t”時，輸入法會自動優(yōu)先提示“題”字；或者使用數(shù)據(jù)庫查詢時，經(jīng)常使用usernamelike“%name%”形式，查詢出的username字段中含有name的數(shù)據(jù)，此即為模糊匹配[7]。

N-Gram模糊匹配算法是利用兩個字符串之間的“差異”（Smith-Waterman算法和Needleman-Wunsch算法中的“編輯距離”）進行匹配[8]。假設(shè)兩個字符串a(chǎn)、b，它們的N-Gram即表示按長度N切分原字符串得到長度為N的子串，通過比較子串中相同數(shù)量占總數(shù)量的比重表示兩字符串之間的相似程度[9]。但該方法并不利于計算機理解，于是有學(xué)者提出以非重復(fù)的N-Gram分詞為基礎(chǔ)定義N-Gram距離概念，可用以下公式表述[10]：

一篇文章中有許多句子，而一個句子由各種詞語組成，需要將詞語從句子中區(qū)分出來，所以要用到基于N-Gram算法的模糊匹配技術(shù)。該算法較為全面，每條數(shù)據(jù)的出現(xiàn)都有一定概率，所有詞的出現(xiàn)都會影響其后的詞，但對之前的詞沒有影響，因而對于關(guān)鍵詞有更好的區(qū)分作用。

3代碼實現(xiàn)過程

3.1訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)處理

首先讀取樣本數(shù)據(jù)，并使用MMAnalyzer的中文分詞功能對樣本數(shù)據(jù)進行分詞，分得的詞為原始數(shù)據(jù)，包括各種重復(fù)的雙字詞、三字詞、四字詞等，然后使用TF-IDF算法計算其中詞語的TF及IDF值。但由于一篇文章中至少有上百個詞，如果人工逐詞尋找每個單詞的TF或IDF值，無疑非常浪費時間與精力，因此需要一個方法對分詞得到的詞進行排序、過濾。本文將詞語與TF或IDF值綁定存入HashMap中，取出hashMap中的TF值進行比較。提取并分詞關(guān)鍵代碼如下：

//定義一個空數(shù)組

String[]cutWordResult；

//使用MMAnalyzer中的方法分割字詞

MMAnalyzeranalyzer=newMMAnalyzer（）；

StringtempCutWordResult=analyzer.segment（text，""）；

cutWordResult=tempCutWordResult.split（""）；

處理TF以及IDF值關(guān)鍵代碼如下：

privatestaticHashMap>allTheTf=newHashMap>（）；

外層HashMap的String存儲文件名字，內(nèi)層HashMap的String存儲得到的分詞詞語，F(xiàn)loat存儲該詞語對應(yīng)的TF值，從而通過文件名-詞語快速定位到TF值，程序流程如圖1所示。

TF值處理以及IDF值過濾部分流程如圖2所示。

3.2分析算法實現(xiàn)

該工具利用hashMap獲取學(xué)生分享的數(shù)據(jù)標(biāo)題及評論，并且使用基于N-Gram的模糊匹配算法，將其分別分為單個字、雙字詞、三字詞以及四字詞放入hashMap中，并與過濾算法得到的list集合匹配。如果匹配成功，則相關(guān)性加1。本文通過設(shè)定某個值大小，判斷該篇文章與學(xué)科相關(guān)的準(zhǔn)確度，若TF-IDF比值越高，則判斷該分享數(shù)據(jù)與學(xué)科越相關(guān)。偽代碼如下：

獲取分享的標(biāo)題以及評論

利用split將其進行分詞并存入hashMap中

for（此hashMap的大小）{

for（list詞庫大小）{

if（匹配成功）{

計數(shù)器加1

}

}

}

4實驗結(jié)果

該工具的運行環(huán)境為Win10，采用Java作為編程語言，eclipse作為編寫工具。

4.1學(xué)科關(guān)鍵字提取

以一篇軟件工程文章、一篇體育新聞、一篇財經(jīng)新聞為例進行學(xué)科關(guān)鍵詞提取，運行結(jié)果如表1-表3所示。

可看出在第一篇文章中，“軟件工程”的TF值遙遙領(lǐng)先，可結(jié)合“學(xué)生”、“計算機”、“信息資源”等關(guān)鍵詞確定為軟件工程相關(guān)文章；第二篇文章傾向性很強，可通過“阿根廷”、“世界杯”、“進球”等關(guān)鍵詞確定為體育類文章；第三篇文章可通過“股”、“跌幅”、“跌停”等關(guān)鍵詞確定為財經(jīng)類文章。

檢測的IDF值如表4所示。

由表4可以看出，“軟件工程”關(guān)鍵詞對于軟件工程學(xué)科的區(qū)分有著明顯效果，而關(guān)鍵詞“阿根廷”雖然TF值較高，但是IDF值較低，說明該詞尚不足以作為區(qū)分體育新聞學(xué)科的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然由于本文實驗條件所限，選取文章數(shù)量不是很多，可能存在誤差。

4.2分享數(shù)據(jù)檢驗

本文對3篇文章中的30條數(shù)據(jù)進行驗證，共檢測出24條數(shù)據(jù)符合當(dāng)前學(xué)科，6條數(shù)據(jù)不符合，準(zhǔn)確率為80%，其中“向上”、“中”、“結(jié)合”、“超”等數(shù)據(jù)明顯不符合當(dāng)前學(xué)科。

由于影響準(zhǔn)確率的因素主要為訓(xùn)練集樣本與學(xué)科相關(guān)度，以及判定數(shù)據(jù)符合與否的臨界值，因此為使結(jié)果更加準(zhǔn)確，需嚴(yán)格篩選訓(xùn)練集樣本，并多次調(diào)整臨界值，以使最終判定結(jié)果達到最理想效果。

5結(jié)語

本文運用中文分詞、模糊匹配等相關(guān)算法實現(xiàn)對智學(xué)分享網(wǎng)站中學(xué)生分享數(shù)據(jù)的分類工作，從而一定程度上減輕了教師手動檢測的工作量。該工具已在智學(xué)分享網(wǎng)站部分課程中得到初步應(yīng)用，取得了良好效果。

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（責(zé)任編輯：黃健）