基于知识图谱的知识管理平台设计与实现

吴 云，郭健辉，王安平

(东北电力大学，吉林 吉林 132012)

0 引言

随着现代信息技术的快速崛起，信息量呈现爆炸式增长，知识更新的速度越来越快，社会也对研究生的综合素质提出了更高的要求。研究生在学习方面的特点是不拘泥于课堂上的知识，有更多独立的科研项目，经常要查找与研究方向相关的专业知识，注重知识的时效性。另外，研究生作为推动我国成为创新型国家的主力军，需要具备相关信息的检索能力，及时地了解专业发展的前沿技术，通过不断地实验与分析，做出更多的创新型研究。研究生学习阶段是学习道路上的黄金时期，对于个人的提升、社会的需求以及国家的发展都至关重要。

本文设计并研发出一种基于知识图谱的知识管理平台，对收集到的数据信息进行整合，实现论文管理、笔记资料管理、科技竞赛管理、文件管理和可视化展示等功能，通过知识图谱可视化就可以简单直观的展示知识的核心结构，让知识成体系，帮助研究生快速地获取相应的知识，提升学习效率。

1 设计思想和体系结构

本系统基于B/S架构模式进行开发，是一种基于浏览器载体的框架，主要包括浏览器、Web服务器和数据库服务器3个部分[1]。其中，浏览器处理小部分的事务逻辑，通过网址就能轻松访问，面向的是用户群体，界面设计应清晰简洁。Web服务器主要用于信息传送。当用户使用系统点击相应的功能时，就会先向Web服务器发出请求，再将页面的各种提示信息编译成前端代码传回给用户浏览器，实现人机交互。数据库服务器通过相应的编程接口对数据库进行具体的增删改查操作[2]。本系统采用B/S架构的好处在于，便于编程人员进行开发设计，能面对广大用户实现信息传播共享；数据信息都集中放在数据库服务器中，保证数据的完整性；系统扩展性强，只需增加业务扩展的页面即可，不需要编写大量的代码。

根据具体的需求分析并结合项目本身的特点，本系统在软件架构方面采用Django框架[3]，通过MVT的设计模式进行开发。M指的是模型层，主要负责业务对象与数据库对象的业务操作。V指的是视图层，负责基于用户的请求从数据库读取数据、指定向用户展示数据的方式(网页或json数据)。另外，对于用户提交的数据信息，可以选定渲染模板进行处理。T指的是模板层，主要用来呈现视图层传来的数据信息，同时也决定了用户界面的美观程度。另外，模板层中还含有表单，可以通过这种方式整理输入的数据信息。此外，Django中的URL分发器会将很多个页面请求发送给不同的视图层进行处理，视图层再调用模型层和模板层，各层次分工明确，相互配合，提高了系统的使用效率[4]。

系统的总体架构图是从系统开发的角度出发，把系统按功能逐次分割成层次结构，也就是说将待开发的复杂软件系统分解为多种小组件，及确定这些组件之间关系的设计[5]。本系统主要按照界面层、展示层、视图层、应用层及数据层对软件系统进行层次分割，让编程人员的开发思路更加清晰，便于后期高效地进行系统开发。系统的总体架构如图1所示。

图1 系统总体架构

2 系统功能结构

本知识管理平台共设计了7个功能模块，分别是登录注册模块、知识图谱管理模块、论文管理模块、笔记资料管理模块、科技竞赛管理模块、文件管理模块、可视化展示模块。系统的总体功能设计如图2所示。

图2 研究生知识管理平台总体功能

2.1 登录注册模块

登录注册模块用于进行用户登录和注册，当未注册的用户登录系统时会先进入用户注册界面，根据系统提示信息完成用户注册；当注册信息填写正确时，系统会进行用户唯一性验证，再输入注册过的用户名和密码成功登录系统进行具体操作。

2.2 知识图谱管理模块

知识图谱管理模块用于完成知识图谱基本信息的管理功能。用户拥有多个知识图谱，可以对这些知识图谱进行添加、删除、更新和检索。

2.3 论文管理模块

论文管理模块用于管理研究生学习到的论文信息。当用户进入该模块时，会显示一个下拉子菜单，包含论文分类、论文发表情况统计和论文检索3个子功能。该模块记录论文的研究方向、级别、作者、发表时间、题目、关键词以及来源等字段信息。论文分类功能主要是按照研究方向的不同对论文进行分类，选择某个研究方向，会将该方向下的所有论文以知识图谱的形式展现出来。论文发表情况统计功能是按照这些论文的发刊级别进行统计，以柱状图的形式呈现出来。论文的检索功能可以对论文的各个信息字段进行模糊查询，并以知识图谱的形式展示。点击图谱中的某个结点会将该论文的概要信息以表格的形式呈现出来。

2.4 笔记资料管理模块

笔记资料管理模块用于对研究生的个人学习笔记信息进行管理。当用户进入该模块后，可以进行笔记的添加。通过在系统上输入标题、标签和详情信息完成笔记的录入。系统内的所有笔记信息会以表格的形式分页显示出来，可以对表格里的笔记信息进行修改和删除。另外，该模块还可以对笔记进行检索，选择对应的标签，输入相应的标题[6]，最后以知识图谱的形式展示查询到的笔记信息。

2.5 科技竞赛管理模块

科技竞赛管理模块用于管理研究生科技竞赛活动信息。当用户进入该模块后，会显示一个下拉子菜单，包含科技竞赛分类、科技竞赛类型统计和科技竞赛检索3个子功能。该模块记录了科技竞赛的名称、类型、等级、涉及学科知识以及成果展示等字段信息。科技竞赛分类功能主要是按竞赛活动的内容进行分类，选择某个竞赛类型，会将该类型下的所有科技竞赛活动以知识图谱的形式展现出来。科技竞赛类型统计主要是通过柱状图的形式呈现。科技竞赛的检索功能可以对竞赛活动的各个信息字段进行模糊查询，以知识图谱的形式展示，点击图谱中的某个结点，会将该科技竞赛活动的全部信息以表格的方式呈现出来。

2.6 文件管理模块

文件管理模块用于对研究生在读期间涉及的重要文件的管理，主要包括学院的一些规章制度、各门课程的培养计划及有关研究生毕业和学位要求的相关文件信息。当用户进入该模块后，有文件分类和文件检索两个子功能。该模块记录了文件的名称、类型和内容等字段信息。文件分类功能主要是对文件的内容信息进行分类，选择某个文件类型，会将该类型下的所有文件以知识图谱的形式展现出来。文件的检索功能可以对文件的各个信息字段进行模糊查询，以知识图谱的形式展示，点击图谱中的某个结点，会将该文件的全部内容以表格的方式呈现。另外，检索出来的文件带有文件地址，点击后可以查看pdf形式的具体文件。

2.7 可视化展示模块

可视化展示模块用于为用户更直观地展示知识图谱的内在结构。知识图谱技术是本系统的核心，当录入的数据信息达到一定数量时，若不对知识图谱的内在结构进行适当调整，会导致知识图谱的结点过于密集，结构杂乱无章。通过本模块实现知识图谱比例调整、自动布局和结点移动等功能，使知识图谱更加清晰明了。另外，本系统通过引用可视化分析工具BizCharts将数据与图表相结合，利用图表的展现方式清楚地看到数据的发展趋势，极大地提升了用户体验。

3 系统主要实体联系E-R图

E-R图也称为实体-联系图，提供了表示实体类型、属性和联系的方法。本系统共有5个实体，分别是：用户信息实体、论文信息实体、笔记资料信息实体、科技竞赛信息实体以及文件信息实体。如图3所示为本系统的E-R图。

图3 系统E-R图

4 系统实现

为了实现各部分功能，系统利用Vue框架来实现，使用Python语言在PyCharm编译器中编写程序，基于Django框架为页面提供数据支持，并通过Neo4j图形数据库进行数据存储，最终完成基于知识图谱的知识管理平台的设计。

5 结语

本系统以知识图谱技术为核心，集用户登录注册、知识图谱管理、论文管理、笔记资料管理、科技竞赛管理、文件管理以及可视化展示等功能为一体，设计并实现了基于B/S架构的研究生知识管理平台。通过对知识进行信息化的统一处理，减轻了研究生在知识整理方面的负担，明显提高了研究生的学习效率，同时也便于研究生进行科学研究，形成更有价值的科研成果。