摘  要： 針對目前學(xué)習(xí)平臺中信息簡單羅列,、組織層次不清晰的問題,利用.net平臺上的ASP.Net、SilverLight技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)了一個B/S架構(gòu)的知識網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。分析了樹形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),，提出了遞歸尋路徑法，將知識信息層次清晰地展現(xiàn)給用戶,，并實現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間路徑的獲取,。通過對Lucene.Net全文檢索技術(shù)的研究,將其與SQL Server數(shù)據(jù)庫的索引技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)了一個高效的檢索引擎。
關(guān)鍵詞： 知識網(wǎng)絡(luò); .Net; Lucene.Net,； 全文檢索

    隨著計算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)的普及,，人們對知識的獲取不只來源于學(xué)校課堂，很大一部分來源于網(wǎng)絡(luò)平臺,。如何為用戶提供一個層次清晰,、內(nèi)容豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的趨勢[1],。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺大都信息分類簡單,，知識脈絡(luò)不夠清晰，而檢索系統(tǒng)大多是基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自帶的查詢命令,，如“like%keyword%”的形式實現(xiàn)檢索,。這種檢索方法不能分詞、不夠智能,、檢索結(jié)果的排列順序也不夠合理,。針對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺的不足，本文提出的新型的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)不僅提供對知識信息的解讀,，還分析知識內(nèi)部的聯(lián)系,，梳理知識脈絡(luò)，將知識以立體網(wǎng)絡(luò)的形式展現(xiàn)給用戶,，從而使用戶對知識信息有更立體深刻的了解,；同時為了能夠保證用戶高效、準(zhǔn)確地檢索到需要的信息，本系統(tǒng)的檢索模塊中引入了新型的專用于.Net平臺的Lucene.Net全文檢索技術(shù),。Lucene.Net是一個類庫, 提供了簡單的函數(shù)接口, 可以方便地嵌入到各種應(yīng)用中實現(xiàn)全文索引與檢索功能[2],。目前Lucene全文檢索技術(shù)發(fā)展迅猛，很多項目都使用了Lucene作為其后臺的全文檢索引擎,，如Nutch(WebCrawler工具),，Hadoop(基于Lucene的分布式計算平臺)等[3]。本文通過對Lucene.Net的分析研究,，將其與SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)相融合,，實現(xiàn)效率高、搜索結(jié)果準(zhǔn)確的檢索引擎模塊,。
1 系統(tǒng)設(shè)計
    本系統(tǒng)將零散的知識信息收集起來,進(jìn)行科學(xué)的整理,、分類，組織成一個知識網(wǎng)絡(luò),，通過高效的檢索模塊,，用戶可以查找到需要的信息，同時對知識的整體結(jié)構(gòu)也有了立體的了解,。根據(jù)對系統(tǒng)的功能性需求及特色的分析,，將系統(tǒng)分為如圖1所示的6個模塊。

1.1 系統(tǒng)模塊功能簡介
    (1) 知識點(diǎn)信息資源模塊
    此模塊收集信息,，對信息進(jìn)行科學(xué)的整理,、分類、存儲,將存儲在數(shù)據(jù)庫中的信息層次化地展現(xiàn)在客戶端頁面,。
    (2) 知識點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模塊
    此模塊在收集信息資源時,，建立信息之間的父子或兄弟關(guān)系，并將這種關(guān)系存儲在數(shù)據(jù)庫中,，逐步構(gòu)建知識的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，為用戶提供清晰、立體的知識表現(xiàn)形式,。
    (3) 系統(tǒng)搜索引擎模塊
    利用SQL Server自有的索引功能及Lucene.Net全文檢索技術(shù),，建立高效的檢索系統(tǒng)，通過識別用戶輸入的檢索詞,，系統(tǒng)地進(jìn)行模糊或精確查詢,，找到符合用戶要求的相關(guān)內(nèi)容，并進(jìn)行排序顯示,。

    (4) 問答專區(qū)模塊
    此模塊實現(xiàn)用戶提問,、回答、交流的功能,，增加了用戶間的有效溝通,，并使系統(tǒng)的設(shè)計更加人性化。
    (5) 新聞通知模塊
    此模塊用于管理系統(tǒng)新聞和通知，能夠?qū)崟r地將系統(tǒng)動態(tài)顯示給用戶,。
    (6) 用戶管理模塊
    此模塊用于對用戶的基本信息,、權(quán)限及知識信息的相關(guān)操作進(jìn)行管理。
    根據(jù)對上述各個模塊的分析,，在SQL Server 2005中構(gòu)建了本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫Knowledge,，數(shù)據(jù)庫中各表之間的關(guān)系如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)
    本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),，編程語言為C#，所用技術(shù)為 .Net平臺下的ASP.NET,、Silverlight,，后臺數(shù)據(jù)庫為SQL Sever2005。從軟件設(shè)計上采用三層結(jié)構(gòu),，通常意義上的三層結(jié)構(gòu)就是將整個業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為：表現(xiàn)層,、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層,。區(qū)分層次的目的是為了實現(xiàn)“高內(nèi)聚,，低耦合”。為了展現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)的動態(tài)網(wǎng)絡(luò),，本系統(tǒng)還建立了SilverLight應(yīng)用程序?qū)?。具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的實現(xiàn)
2.1 系統(tǒng)搜索引擎模塊
    本系統(tǒng)為了保證用戶能夠高效,、準(zhǔn)確地搜索到需要的信息,，將適用于.Net平臺的Lucene.Net全文檢索技術(shù)和SQL Server索引技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了一個新型的搜索引擎模塊,。
    搜索引擎模塊采用多條件檢索,，知識信息的標(biāo)題、條目,、編輯人,、內(nèi)容都作為檢索條件存在。標(biāo)題,、條目,、編輯人是作為較短的信息存儲在數(shù)據(jù)庫中；而用戶編輯的內(nèi)容則作為一段很長的信息對象存儲在數(shù)據(jù)庫中,。為了達(dá)到比較高效的檢索效果,，本模塊對不同檢索條件使用不同的檢索技術(shù)。
    對于標(biāo)題,、條目,、編輯人檢索條件，通過建立SQL Server數(shù)據(jù)庫的聚集和非聚集索引來實現(xiàn)對它們的快速查找。標(biāo)題的ID作為主鍵聚集索引,，而編輯人ID作為連接知識表和編輯人表的外鍵,，設(shè)定為非聚集索引，條目ID作為條目表的主鍵聚集索引,。這樣在建立好索引后,，利用查詢語句“like%keyword%”對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，效率能夠提高50%左右,。
    對于用戶編輯的內(nèi)容,，本文利用Lucene.Net技術(shù)，實現(xiàn)全文檢索,。Lucene.Net是基于Java的全文索引工具包Lucene的.Net移植版本,。Lucene不是一個完整的全文檢索引擎，而是一個全文檢索引擎的架構(gòu),，提供了完整的查詢引擎和索引引擎及部分文本分析引擎,。Lucene的目的是為軟件開發(fā)人員提供一個簡單易用的工具包，以便在目標(biāo)系統(tǒng)中實現(xiàn)全文檢索的功能,，或者以此為基礎(chǔ)建立起完整的全文檢索引擎[5],。
    Lucene.Net全文檢索模塊的架構(gòu)如圖4所示。

    Lucene.Net的工作流程如下：
    (1) 由于是為數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容建立全文索引,，所以建立與數(shù)據(jù)庫的連接,。
    (2) 利用IndexWriter創(chuàng)建索引；IndexWriter是Lucene.Net的索引器,，其主要作用是對索引進(jìn)行創(chuàng)建,，加入Document。其構(gòu)造函數(shù)IndexWriter(Directory d,、 Analyzer a,、bool create)中的參數(shù)分別代表索引路徑，使用哪種分詞類,，是否重建索引[5],。
    (3) 將需要檢索的數(shù)據(jù)（本文為數(shù)據(jù)表中的字段信息）轉(zhuǎn)換為Document的Field對象，然后將Document添加到索引文件中,；
    (4) 搜索：利用QueryParser類對查詢字符串的解析,，將查詢關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)換為搜索用的Query；使用IndexSearcher進(jìn)行檢索,；在本系統(tǒng)中用到的是Lucene.Net的多字段檢索及多索引目錄搜索,，多索引目錄搜索就是要在多個索引目錄中進(jìn)行比較搜索，類似概念在SQL中就是select * from TableA union select * from TableB,。用到的檢索語句為：
    IndexSearcher[] searchers=new IndexSearcher[2];
    searchers[0]=new IndexSearcher(IndexPath0);
    searchers[1]=new IndexSearcher(IndexPath1);
    MultiSearcher multisearcher=new MultiSearcher(searchers);
    (5) 檢索結(jié)果的顯示：Hits類取得查詢得到的內(nèi)容,。
2.2 知識點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模塊
    一般來說網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由N個復(fù)雜的樹形結(jié)構(gòu)組成,，其形狀表現(xiàn)為二維或三維網(wǎng)絡(luò)，如圖5為知識網(wǎng)絡(luò)的抽象圖,。而為了構(gòu)建一個立體的知識網(wǎng)絡(luò),，對各知識點(diǎn)之間的關(guān)系設(shè)定、樹形結(jié)構(gòu)存儲,、遍歷,、節(jié)點(diǎn)路徑等問題的處理顯得非常重要。此模塊主要負(fù)責(zé)兩個問題:一是為用戶提供清晰,、立體的知識網(wǎng)絡(luò),；二是為用戶提供一個尋找節(jié)點(diǎn)間路徑的方法。

2.2.1 樹形結(jié)構(gòu)的存儲
    對于以上兩個問題的解決,，都涉及到樹形結(jié)構(gòu)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存儲方式的問題,。
    樹形結(jié)構(gòu)模型為不規(guī)則、可變化,、有序的，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫為行列規(guī)則模型,，是固定不變的,、無序的。本文就涉及到父子關(guān)系在數(shù)據(jù)庫的存儲問題[4],。目前一般有兩種方法：分段編碼法和利用父指針的任意樹法,。分段編碼法即通過對樹節(jié)點(diǎn)逐級編碼,實現(xiàn)樹形結(jié)構(gòu)的存儲。這種方法需要預(yù)先設(shè)置分段的最大值,，即樹中任意節(jié)點(diǎn)的最大子節(jié)點(diǎn)數(shù),，由于各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)并不固定或均衡，容易造成內(nèi)存空間浪費(fèi)[5],。利用父指針的任意樹法,，一般采用與表1類似的表結(jié)構(gòu)。這種表結(jié)構(gòu)能夠很好地表示樹形結(jié)構(gòu)的本質(zhì),，并且空間利用率很高,，對于復(fù)雜的樹形結(jié)構(gòu)也能適應(yīng)。因此本文采用此存儲方法,。
2.2.2 知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及節(jié)點(diǎn)路徑的獲取
    通過系統(tǒng)后臺整理好的知識層次關(guān)系,，將關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的父、子,、兄節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀取,，利用SilverLight技術(shù)，通過將節(jié)點(diǎn)模塊化,，動態(tài)地構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)圖,。
    對于樹形結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)路徑的獲取,，本系統(tǒng)使用遞歸尋路徑法。遞歸尋路徑法在數(shù)據(jù)表中只存放父子關(guān)系,，如表1所示,，并沒有進(jìn)行樹的多級編碼或設(shè)置層次列；所以若想取到某一知識點(diǎn)的全路徑,，需要通過遞歸函數(shù)來獲得,。

    獲取某一指定節(jié)點(diǎn)路徑集的方法類命名為：GetPath。其內(nèi)部主要函數(shù)的執(zhí)行邏輯為圖6所示,。

2.3 知識點(diǎn)信息資源模塊
      此模塊實現(xiàn)對知識信息資源的編輯,、整理、層次化展現(xiàn),。系統(tǒng)對知識信息的整理,，不能簡單地以電子百科書的方式簡單地羅列，而應(yīng)根據(jù)類別,、階段進(jìn)行整理,。這也正是本系統(tǒng)與維基百科、百度百科這樣的電子百科平臺的不同,。系統(tǒng)對每個知識信息塊下分幾個學(xué)習(xí)階段：基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)階段,、進(jìn)階階段、高級應(yīng)用階段,。每個階段又根據(jù)實際情況分設(shè)不同條目,，輔助不同層次的訪問者獲取知識財富。其基本的層次體系如圖7所示,。

    本文基于.net平臺上的ASP.Net,、SilverLight技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)了一個網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，對系統(tǒng)中各個模塊的功能進(jìn)行了簡要概述,。詳細(xì)分析了系統(tǒng)主要模塊的功能實現(xiàn),。在知識網(wǎng)絡(luò)模塊中，系統(tǒng)對于樹形結(jié)構(gòu)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的存儲,，采用了父指針的任意樹法,，此方法更適用于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存儲與構(gòu)建，對于節(jié)點(diǎn)路徑的獲取,，系統(tǒng)提出了遞歸尋路徑法,，更加準(zhǔn)確、快速地實現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)之間路徑的獲??；在搜索引擎模塊中，對于全文檢索的實現(xiàn),，使用了Lucene.Net技術(shù),，將Sql的模糊檢索改進(jìn)為Lucene下多條件字段和多索引目錄的全文檢索,，并將Lucene.Net的全文檢索技術(shù)與SQL Server的索引技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了一個新型的搜索引擎模塊,，大大提高了檢索效率和檢索的精確度,。
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