复合材料知识图谱问答系统

项目概述

复合材料知识图谱问答系统旨在构建一个结构化、智能化的复合材料领域知识管理与交互平台。通过整合复合材料领域的实体和关系数据，构建知识图谱，并结合大语言模型与自然语言处理技术，系统支持智能问答、知识查询及可视化展示，为科研人员、工程师及相关专业用户提供高效的信息检索和决策支持。

核心价值体现在：

将复杂的复合材料知识结构化存储，提升数据的组织和检索效率。
基于Neo4j图数据库实现知识的高效存储和灵活查询。
利用OpenAI GPT等大语言模型，实现自然语言的智能问答交互。
提供友好且响应式的Web界面，支持用户的身份认证、个性化管理及图谱交互。

主要解决的核心问题包括：

复合材料领域知识数据的结构化管理和动态维护。
复杂关系数据的可视化与查询难题。
用户基于自然语言的知识问答需求与智能辅助决策。

目标用户群体：

复合材料领域科研人员与工程师。
高校及研究机构相关专业师生。
企业技术支持与产品研发人员。

技术架构

整体架构设计

系统采用经典的前后端分离的Web架构，基于Django框架构建后端业务逻辑和数据管理，利用Neo4j图数据库存储和管理知识图谱数据。前端使用Django模板引擎结合Bootstrap等现代前端框架，实现响应式页面与用户交互。系统还集成了OpenAI大语言模型的API，增强智能问答功能。

整体架构包含以下层级：

数据导入层（datas模块）：负责将结构化标注数据导入Neo4j数据库，构建知识图谱基础。
图谱管理与服务层（myneo4j模块）：提供图谱数据的增删改查接口、图谱展示及智能问答功能。
用户管理层（accounts模块）：实现用户身份认证、账户管理及权限基础。
前端展示层（templates模块）：负责页面渲染与用户交互界面。
外部服务层：调用OpenAI GPT等大语言模型API，实现自然语言理解与生成。

主要技术栈

后端框架：Python Django
图数据库：Neo4j，Python客户端py2neo
自然语言处理：jieba分词，OpenAI GPT模型API
前端技术：Django模板引擎，Bootstrap，Material Design Icons
数据库交互：Django ORM，py2neo图数据库操作封装
安全：Django用户认证框架，CSRF防护机制

模块间关系和交互

datas模块负责将标注的实体和关系数据批量上传至Neo4j，为知识图谱构建提供数据基础。
myneo4j模块作为核心业务模块，负责知识图谱的数据管理、查询接口、智能问答以及与前端数据交互。
accounts模块为系统提供用户认证和账户管理，确保系统安全性与个性化服务。
templates模块与后端视图紧密结合，负责渲染用户界面，实现用户认证、图谱查询和智能问答的前端交互。
系统通过调用OpenAI接口实现基于知识图谱的智能问答，增强用户体验和系统智能化水平。

功能模块

1. 数据导入模块（datas）

功能介绍：
读取结构化标注数据，包含复合材料实体和它们之间的关系。
通过文本内容的前五个单词分组，优化数据批量上传策略。
利用py2neo操作Neo4j，创建图节点和边，构建完整的知识图谱数据模型。
作用：
为知识图谱提供结构化数据输入。
支持灵活的图模型构建和管理。

2. 知识图谱管理与问答模块（myneo4j）

功能介绍：
定义Neo4j图谱节点及关系的Django模型映射。
封装图数据库的增删查改操作，提供图谱数据接口。
实现图谱数据的查询、展示及节点类型统计分析。
集成jieba分词及OpenAI GPT模型，实现基于知识图谱的自然语言智能问答。
提供RESTful接口，支持前端动态交互和数据渲染。
作用：
作为系统核心，承载知识图谱的构建、管理与智能交互。

3. 用户账户管理模块（accounts）

功能介绍：
用户注册、登录、登出及个人信息维护。
自定义用户模型扩展，包含手机号和明文密码字段。
用户认证、权限控制及密码加密管理。
管理后台支持用户数据维护。
作用：
提供完整的用户身份认证和账户管理服务，保障系统安全。

4. 前端模板模块（templates）

功能介绍：
提供统一的页面结构及样式基础模板。
实现用户认证相关页面（登录、注册、密码修改）。
用户个人信息展示与编辑页面。
知识图谱查询、问答交互及结果展示页面。
结合Bootstrap等前端框架，实现响应式、交互丰富的用户界面。
作用：
作为用户交互窗口，实现前后端的数据传递和动态渲染。

模块协作关系

datas模块将标注数据导入图数据库后，myneo4j模块基于该数据提供查询和智能问答服务。
accounts模块确保用户身份验证，支持myneo4j模块中的问答和数据访问权限。
templates模块作为前端界面，与accounts和myneo4j模块的视图层共同完成用户交互体验。
智能问答功能依赖myneo4j模块调用OpenAI接口，提升知识图谱的智能化水平。

项目结构

xy25_neo4j_materail/
├── accounts/          # 用户账户管理模块
│   ├── models.py      # 用户模型定义
│   ├── views.py       # 账户相关视图逻辑
│   ├── forms.py       # 用户表单定义
│   ├── urls.py        # 账户路由配置
│   └── admin.py       # 后台用户管理注册
├── datas/             # 数据导入模块
│   └── import_neo4j.py# 标注数据导入Neo4j实现
├── myneo4j/           # 知识图谱管理与问答模块
│   ├── models.py      # 图谱数据模型定义
│   ├── views.py       # 图谱查询及问答视图
│   ├── pyneo_utils.py # Neo4j数据库操作封装
│   ├── urls.py        # 路由配置
│   └── admin.py       # 后台问答数据管理
├── templates/         # 前端页面模板
│   ├── base.html      # 基础模板
│   ├── login.html     # 登录页面
│   ├── register.html  # 注册页面
│   ├── modify.html    # 密码修改页面
│   ├── my_info.html   # 用户信息页面
│   ├── index.html     # 首页查询界面
│   └── wenda.html     # 问答界面
├── static/            # 静态资源（CSS、JS、图片等）
├── xy_neo4j/          # Django项目配置目录
│   ├── settings.py    # 项目配置
│   ├── urls.py        # 全局路由配置
│   ├── wsgi.py        # WSGI入口
│   └── asgi.py        # ASGI入口
├── manage.py          # Django管理命令入口
├── README.md          # 项目说明文档
├── requests.txt       # 依赖包列表
└── .venv/             # Python虚拟环境

关键目录和文件作用说明：