摘  要： 針對目前學習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技術設計實現(xiàn)了一個B/S架構的知識網(wǎng)絡系統(tǒng)。分析了樹形結構的特點，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)點間路徑的獲取。通過對Lucene.Net全文檢索技術的研究,將其與SQL Server數(shù)據(jù)庫的索引技術相結合,實現(xiàn)了一個高效的檢索引擎。
關鍵詞： 知識網(wǎng)絡; .Net; Lucene.Net； 全文檢索

    隨著計算機技術及網(wǎng)絡的普及，人們對知識的獲取不只來源于學校課堂，很大一部分來源于網(wǎng)絡平臺。如何為用戶提供一個層次清晰、內容豐富的網(wǎng)絡學習平臺，成為國內外的研究熱點及網(wǎng)絡教學的趨勢[1]。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡學習平臺大都信息分類簡單，知識脈絡不夠清晰，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、檢索結果的排列順序也不夠合理。針對傳統(tǒng)網(wǎng)絡學習平臺的不足，本文提出的新型的網(wǎng)絡學習系統(tǒng)不僅提供對知識信息的解讀，還分析知識內部的聯(lián)系，梳理知識脈絡，將知識以立體網(wǎng)絡的形式展現(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。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用中實現(xiàn)全文索引與檢索功能[2]。目前Lucene全文檢索技術發(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)庫技術相融合，實現(xiàn)效率高、搜索結果準確的檢索引擎模塊。
1 系統(tǒng)設計
    本系統(tǒng)將零散的知識信息收集起來,進行科學的整理、分類，組織成一個知識網(wǎng)絡，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構也有了立體的了解。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) 知識點信息資源模塊
    此模塊收集信息，對信息進行科學的整理、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) 知識點網(wǎng)絡模塊
    此模塊在收集信息資源時，建立信息之間的父子或兄弟關系，并將這種關系存儲在數(shù)據(jù)庫中，逐步構建知識的網(wǎng)絡結構，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，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)地進行模糊或精確查詢，找到符合用戶要求的相關內容，并進行排序顯示。

    (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，能夠實時地將系統(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、權限及知識信息的相關操作進行管理。
    根據(jù)對上述各個模塊的分析，在SQL Server 2005中構建了本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫Knowledge，數(shù)據(jù)庫中各表之間的關系如圖2所示。

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

2 系統(tǒng)關鍵模塊的實現(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全文檢索技術和SQL Server索引技術相結合，構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，知識信息的標題、條目、編輯人、內容都作為檢索條件存在。標題、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。
    對于標題、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)庫進行查詢，效率能夠提高50%左右。
    對于用戶編輯的內容，本文利用Lucene.Net技術，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，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，以便在目標系統(tǒng)中實現(xiàn)全文檢索的功能，或者以此為基礎建立起完整的全文檢索引擎[5]。
    Lucene.Net全文檢索模塊的架構如圖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行創(chuàng)建，加入Document。其構造函數(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，將查詢關鍵詞轉換為搜索用的Query；使用IndexSearcher進行檢索；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) 檢索結果的顯示：Hits類取得查詢得到的內容。
2.2 知識點網(wǎng)絡模塊
    一般來說網(wǎng)絡結構是由N個復雜的樹形結構組成，其形狀表現(xiàn)為二維或三維網(wǎng)絡，如圖5為知識網(wǎng)絡的抽象圖。而為了構建一個立體的知識網(wǎng)絡，對各知識點之間的關系設定、樹形結構存儲、遍歷、節(jié)點路徑等問題的處理顯得非常重要。此模塊主要負責兩個問題:一是為用戶提供清晰、立體的知識網(wǎng)絡；二是為用戶提供一個尋找節(jié)點間路徑的方法。

2.2.1 樹形結構的存儲
    對于以上兩個問題的解決，都涉及到樹形結構在關系數(shù)據(jù)庫中存儲方式的問題。
    樹形結構模型為不規(guī)則、可變化、有序的，而關系數(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)點逐級編碼,實現(xiàn)樹形結構的存儲。這種方法需要預先設置分段的最大值，即樹中任意節(jié)點的最大子節(jié)點數(shù)，由于各節(jié)點的節(jié)點數(shù)并不固定或均衡，容易造成內存空間浪費[5]。利用父指針的任意樹法，一般采用與表1類似的表結構。這種表結構能夠很好地表示樹形結構的本質，并且空間利用率很高，對于復雜的樹形結構也能適應。因此本文采用此存儲方法。
2.2.2 知識網(wǎng)絡的構建及節(jié)點路徑的獲取
    通過系統(tǒng)后臺整理好的知識層次關系，將關鍵節(jié)點的父、子、兄節(jié)點進行讀取，利用SilverLight技術，通過將節(jié)點模塊化，動態(tài)地構建知識網(wǎng)絡圖。
    對于樹形結構節(jié)點路徑的獲取，本系統(tǒng)使用遞歸尋路徑法。遞歸尋路徑法在數(shù)據(jù)表中只存放父子關系，如表1所示，并沒有進行樹的多級編碼或設置層次列；所以若想取到某一知識點的全路徑，需要通過遞歸函數(shù)來獲得。

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

2.3 知識點信息資源模塊
      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，而應根據(jù)類別、階段進行整理。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習階段：基礎知識學習階段、進階階段、高級應用階段。每個階段又根據(jù)實際情況分設不同條目，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技術設計實現(xiàn)了一個網(wǎng)絡學習系統(tǒng)，對系統(tǒng)中各個模塊的功能進行了簡要概述。詳細分析了系統(tǒng)主要模塊的功能實現(xiàn)。在知識網(wǎng)絡模塊中，系統(tǒng)對于樹形結構在關系數(shù)據(jù)庫中的存儲，采用了父指針的任意樹法，此方法更適用于復雜的網(wǎng)絡結構的存儲與構建，對于節(jié)點路徑的獲取，系統(tǒng)提出了遞歸尋路徑法，更加準確、快速地實現(xiàn)了節(jié)點之間路徑的獲??；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，將Sql的模糊檢索改進為Lucene下多條件字段和多索引目錄的全文檢索，并將Lucene.Net的全文檢索技術與SQL Server的索引技術相結合，構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。
參考文獻
[1] WELSH E T, WANBERG C R, BROWN K G. et al. Elearning: emerging uses, empirical results and future directions[J].International Journal of Training and Development, 2003, 7(4):245-258.
[2] 譚文堂，賀明科，李 阜.基于Lucene.Net的分布式全文檢索系統(tǒng)[J].計算機應用與軟件,2009, 26(9):142-145.
[3] 丘哲，符滔滔，王學松.開發(fā)自己的搜索引擎[M].北京：人民郵電出版社,2010.
[4] 姚雄偉，劉莉，邸書靈，等.在數(shù)據(jù)庫上實現(xiàn)一種高效顯示的任意樹形結構[J].河北省科學院學報，2005,22(4):15-17.
[5] 夏明偉，劉星沙.父子結點樹的樹枝串的形成方法[J].科技咨詢導報,2007(13):152-153.