基于知识图谱的散数学课程学习系统

项目概述

基于知识图谱的散数学课程学习系统旨在构建一个智能化、系统化的在线学习平台，专注于散数学课程的教学管理与学习辅助。该项目集成了用户账户管理、教学内容管理、知识图谱构建与查询、习题及考试功能，突破传统在线教学的局限，增强学习的互动性和智能化。

主要目的和价值

• 智能教学资源管理：通过知识图谱技术，实现散数学教学内容与知识点的结构化管理与关联，为学生提供系统全面的学习内容展示。
• 个性化学习评价：结合习题、考试及错题回顾功能，支持学习过程中的自我检测与知识巩固。
• 用户安全与便捷管理：完善的用户认证体系保障用户信息安全，同时支持个性化头像上传及用户信息维护。
• 提升教学交互体验：利用富文本编辑、多媒体资源（PPT、视频）、智能问答和图谱查询等技术，提升教学内容的丰富度和交互性。

解决的核心问题

• 如何系统化管理散数学课程的教学内容和知识点，实现内容间的关联和智能查询。
• 如何构建全面的学习评估机制，包括习题练习、考试及错题分析，辅助学习效果提升。
• 如何保障用户身份认证的安全性和数据的灵活管理。
• 如何通过前端模板技术实现前后端的高效交互和动态展示。

目标用户群体

• 散数学课程学生：通过系统获取结构清晰且丰富的教学内容，参与习题练习和考试，提升学习效果。
• 教师及课程管理人员：方便管理教学内容章节、资源、习题及考试，支持内容的动态编辑和发布。
• 教育平台运维人员：通过后台管理界面进行用户及内容的统一管理和监控。

技术架构

整体架构设计

该系统基于Django框架构建，采用MVC设计模式，清晰分离模型、视图和控制器。系统核心功能分布于多个独立模块：

• 用户模块（accounts）：负责用户注册、登录及信息管理。
• 教学模块（teaching）：负责教学内容的编辑、展示与多媒体资源管理。
• 前端模板模块（templates）：承担界面渲染和用户交互，采用Django模板技术实现动态页面。
• 图谱及智能服务：集成Neo4j图数据库以及OpenAI接口扩展智能问答和知识查询功能。

同时，系统配合静态资源及媒体文件管理，支持用户头像、视频、PPT等教学资料的上传和访问。

主要技术栈

• 后端框架：Django 3.x
• 用户认证：Django标准认证系统，AbstractUser扩展
• 富文本编辑：ckeditor
• 图数据库：Neo4j（通过py2neo库操作）
• 自然语言处理：jieba分词
• 智能问答：OpenAI接口集成
• 前端技术：Django模板语言、Bootstrap CSS框架，支持响应式设计及多媒体展示
• 其它依赖：Pillow图像处理、相关静态文件管理

模块间的关系和交互

• accounts模块为全系统提供用户身份验证与权限基础，其他模块如teaching通过用户模型获取用户信息内容定制化访问。
• teaching模块依赖accounts模块管理的用户身份，利用Neo4j图数据库为章节与习题提供知识图谱支持，丰富教学内容结构。
• templates模块依托后台视图逻辑，展现用户相关页面、安全的表单处理及教学内容多媒体展示。
• 静态文件与媒体文件管理支持用户头像、PPT和视频等多媒体资源的存储和访问，由Django配置统一管理。

功能模块

1. 用户账户管理 (accounts)

• 用户模型扩展：基于Django的AbstractUser，增加头像上传和存储明文密码字段（安全处理后）。
• 身份认证功能：实现用户的注册、登录、登出及密码找回流程。
• 个人信息维护：支持用户查看和编辑个人资料，包含头像上传。
• 后台管理集成：提供便捷的用户数据管理界面，密码加密处理保证安全性。

2. 教学管理与交互 (teaching)

• 教学内容管理：定义和管理课程章节（Chapter）、知识点（Point）、习题（Exercises）、考试（Exam）等核心教学数据模型。
• 多媒体资源支持：支持PPT和视频文件的上传与展示，提升内容丰富性。
• 知识图谱集成：利用Neo4j图数据库存储和查询教学章节及知识点间的关联，支持图谱可视化以及关键点提取。
• 互动功能：实现习题答题、考试流程控制及错题回顾，促进学习效果反馈。
• 智能问答及文本处理：结合OpenAI接口及jieba分词，支持自然语言问答和智能辅助教学。

3. 前端动态展示 (templates)

• 动态HTML页面：基于Django模板系统，处理登录、注册、个人信息、课程章节、资源展示、考试和知识图谱展示等页面。
• 界面基础布局：提供统一的页面框架和响应式设计，基于Bootstrap CSS。
• 安全表单设计：集成CSRF防护，确保表单提交安全。
• 多媒体及分页支持：嵌入视频、PPT资源；实现列表分页功能提升浏览体验。
• 错误与异常处理：统一错误页面提示，提升系统可用性。

模块间协作关系

• accounts模块为teaching模块和templates模块提供用户身份及权限支持。
• teaching模块利用模型和视图与templates目录中页面紧密结合，共同实现教学内容的展示与交互。
• templates页面调用教学与用户模块的数据接口进行动态渲染，并调用静态/媒体资源提供丰富的用户体验。
• 后台管理拓展深入整合于accounts和teaching的admin配置，便于系统运维和内容维护。

项目结构

xy25_descrete_platform/
├── accounts/                 # 用户账户模块（模型、视图、表单、URL、后台管理）
├── teaching/                 # 教学管理模块（模型、视图、URL、后台管理）
├── templates/                # Django前端模板，动态页面HTML文件
├── media/                    # 存储用户头像、视频、PPT等媒体文件
│   ├── avatar/               # 用户头像存储
│   ├── mp4/                  # 视频资源存储
│   └── ppt/                  # PPT资源存储
├── static/                   # 静态文件，包括CSS、JS、图片等
├── datas/                    # 项目数据存储（如词典、语料等）
├── xy_wrong/                 # 项目配置与启动文件（如settings.py、urls.py、wsgi/asgi.py）
├── manage.py                 # Django项目管理命令入口
├── requirements.txt          # 依赖包列表
└── README.md                 # 项目说明文档

关键目录和文件作用

• accounts/models.py：定义扩展用户信息的数据结构。
• accounts/views.py：处理用户身份认证及信息管理逻辑。
• teaching/models.py：定义课程章节、习题和知识点等教学核心数据结构。
• teaching/views.py：实现教学资源的浏览、考试及问答功能。
• templates/：组织前端页面模板，各功能页面分文件存储。
• media/：统一管理用户上传和课程资源的多媒体文件。
• static/：管理前端所需的样式表、脚本及图片资源。
• xy_wrong/settings.py：项目配置核心文件。
• manage.py：项目启动与管理命令。

部署和运行

环境要求

• Python 3.9+
• Django 3.x
• Neo4j数据库服务
• 安装依赖库：py2neo、ckeditor、jieba、OpenAI SDK等
• 支持文件存储系统（用于媒体文件）

安装和配置步骤

1. 克隆项目代码到本地。
2. 创建并激活虚拟环境，安装依赖：

   python -m venv .venv
   source .venv/bin/activate   # Linux/macOS  
   .venv\Scripts\activate      # Windows
   pip install -r requirements.txt

3. 配置xy_wrong/settings.py：数据库连接、MEDIA_ROOT、STATIC_ROOT、SECRET_KEY等。
4. 启动并配置Neo4j数据库，确保连接设置与项目一致。
5. 执行数据库迁移：

   python manage.py migrate

6. 创建超级用户用于后台管理（可选）：

   python manage.py createsuperuser

7. 收集静态文件：

   python manage.py collectstatic

启动方式

在项目根目录执行：

python manage.py runserver

默认在 http://127.0.0.1:8000/ 启动服务，访问系统首页。1000