1.基于人工智能的智能教育管理系统,其特征在于:包括多源数据获取模块、教育方向选择模块、教育路径优化模块和智能培训教育管理模块;
所述多源数据获取模块,具体为通过数据采集和数据优化操作,得到教育管理优化数据;
所述教育方向选择模块,用于根据学员的实时情境和任务导向的需求,动态调整和推荐最适合学员当前情境的教育方向,具体为首先构建输入矩阵,并分别采用图卷积网络和改进的双向长短期记忆网络提取教育环境匹配特征与教育时序动态特征,随后利用动态注意力机制对两个特征进行特征融合,生成教育方向推荐融合特征,最后经全连接层和Softmax函数处理,生成教育方向推荐结果,从而建立教育方向推荐模型,并对此模型进行模型训练,最后将目标数据输入到训练后的教育方向推荐模型,得到学员实时教育方向推荐结果;
所述建立教育方向推荐模型,包括以下步骤:
构建输入矩阵,具体为通过教育管理优化数据中教育方向选择数据构建静态教育特征矩阵 和时序动态教育特征矩阵 ;
教育环境匹配特征提取,具体为首先计算静态教育特征矩阵中每一对特征之间的互信息,通过设定稀疏阈值 ,从而构建稀疏邻接矩阵,并对其进行归一化,然后通过L层图卷积网络进行特征提取,每一层图卷积网络都嵌入了残差连接,最终得到教育环境匹配特征:;
式中, 表示特征 和特征 之间的互信息值,表示第i个静态教育特征,表示第j个静态教育特征, 表示稀疏邻接矩阵中的元素;
教育时序动态特征提取;
自适应特征融合,具体为首先通过全局平均池化操作将教育时序动态特征与教育环境匹配特征压缩为一维向量,生成时序动态特征强度向量和环境匹配特征强度向量,然后在通过全连接层计算两个强度向量的注意力得分,然后通过Softmax归一化得到两者的注意力权重,最后根据计算得到的注意力权重,将教育时序动态特征与教育环境匹配特征进行加权融合,得到教育方向推荐融合特征 ;
教育方向推荐输出,具体为将教育方向推荐融合特征经全连接层映射并通过Softmax函数计算各个教育方向的概率分布,选择最大概率对应的类别作为最终输出结果,得到教育方向推荐结果;
所述改进的双向长短期记忆网络通过引入因果卷积、应用上下投影策略,并结合多层感知机结构进行改进;
所述教育路径优化模块,用于结合学员实时教育方向,优化学员的教育路径;具体为首先构建并训练教育效果预测模型,将模型的输出结果作为优化算法目标函数值,接着,采用群体适配性策略自适应调整惯性权重和分数阶动态记忆机制改进粒子群优化算法,对教育路径参数进行优化搜索,获取最优教育路径参数组合,最后得到最优教育路径和此最优教育路径的教育效果预测值;
所述智能培训教育管理模块,具体为结合学员实时教育方向推荐结果、最优教育路径和教育效果预测值,实现学员培训教育的全面智能化管理。
2.根据权利要求1所述的基于人工智能的智能教育管理系统,其特征在于:所述教育方向选择模块,具体包括以下步骤:建立教育方向推荐模型;
教育方向推荐模型训练,具体为将参考教育方向选择数据作为训练数据,进行推荐模型训练,最终得到训练后的教育方向推荐模型;
目标学员教育方向实时推荐,具体为将目标教育方向选择数据输入到训练后的教育方向推荐模型,得到学员实时教育方向推荐结果。
3.根据权利要求1所述的基于人工智能的智能教育管理系统,其特征在于:所述教育时序动态特征提取,具体为将时序动态教育特征矩阵输入到改进的双向长短期记忆网络,得到教育时序动态特征;
所述改进的双向长短期记忆网络的构建,具体包括以下步骤流程:
构建教育时序因果感知卷积层,具体为通过一维因果卷积操作进行处理,将每个时间步的时序动态教育特征与前几个时间步的时序动态教育特征结合,得到短期时序因果特征;
构建时序特征维度优化层,具体为通过上投影将短期时序因果特征维度提升至高维空间,然后,通过下投影将其降回原始的维度,得到下投影输出时序因果特征;
构建非线性时序调整层,具体为通过引入多层感知机结构处理下投影输出时序因果特征中的非线性变化,得到非线性时序动态教育特征;
构建改进的长短期记忆网络内部架构,具体为通过在输入门和遗忘门将Sigmoid函数替换为exp激活函数,同时将候选细胞单元状态计算方式修改为通过引入多层感知机结构进行处理,所用公式如下:;
式中,表示遗忘门的输出,表示输入门的输出, 表示当前时刻细胞单元状态,表示上一时刻细胞单元状态, 表示输出门的输出, 表示对应输出门处理的权重矩阵,表示输出门的偏置项参数, 表示第t时间步的隐藏状态, 表示双曲正切函数,表示Sigmoid函数, 表示非线性时序动态教育特征, 表示下投影输出时序因果特征, 表示第 时间步的时序动态教育特征;
构建双向输出层,具体为将正向方向隐藏状态与反向方向隐藏状态按特征维度拼接,得到教育时序动态特征 。
4.根据权利要求1所述的基于人工智能的智能教育管理系统,其特征在于:所述教育路径优化模块,具体包括以下步骤:构建并训练教育效果预测模型,具体为通过多层感知机神经网络构建教育效果预测模型,并将参考教育效果预测数据作为教育效果预测模型的训练数据,进行预测模型训练,得到训练后教育效果预测模型;
设置教育路径参数边界,具体为根据学员实时教育方向推荐结果,结合学员基本信息,并据此生成教育学习时间和教育完成标准的动态边界区间;
教育路径参数优化;
最优教育路径输出,具体为基于最优教育路径参数组合,生成并输出学员在教育推荐方向上的最优教育路径,并通过优化算法中粒子全局最优位置的适应度值,得到此最优教育路径的教育效果预测值。
5.根据权利要求4所述的基于人工智能的智能教育管理系统,其特征在于:所述教育路径参数优化,具体包括以下步骤:粒子种群初始化,具体为将教育路径参数作为优化算法中的粒子个体位置向量,并结合教育学习时间和教育完成标准的动态边界区间进行随机生成M个粒子个体的位置向量,从而完成粒子种群的初始化;
粒子适应度值计算,具体为计算种群中粒子适应度值,将粒子代表的教育路径数据、学员实时教育方向推荐结果与学员基本信息合并输入到训练后教育效果预测模型,得到教育效果预测值,作为粒子适应度值;
惯性权重计算,具体为通过群体适配性策略自适应调整惯性权重;所用公式如下:;
式中, 表示第i个粒子的惯性权重, 表示惯性权重最大值, 表示惯性权重最小值, 表示第i个粒子的适应度值, 表示粒子种群的平均适应度值, 表示粒子个体的最优适应度值;
粒子更新,具体为基于分数阶动态记忆机制进行粒子速度更新,然后根据更新后的粒子速度进行位置更新;所用公式如下:;
;
式中, 表示第i个粒子在第 次迭代中动态记忆速度, 表示第i个粒子在第次迭代中速度, 表示第i个粒子在第 次迭代中位置, 表示粒子个体局部最优位置, 表示粒子全局最优位置, 和 表示[0,1]范围内的随机数, 表示第i个粒子在第 次迭代中位置, 和 分别表示个体学习因子和群体学习因子, 表示第i个粒子在第 次迭代中速度, 表示第i个粒子在第 次迭代中速度, 表示第i个粒子在第 次迭代中速度, 表示第i个粒子在第 次迭代中速度;
粒子最优位置更新,具体为对所有更新后的粒子重新评估适应度值,并基于当前粒子的适应度值,与当前粒子全局最优位置进行比较,若当前粒子适应度值更优,则更新粒子全局最优位置;
粒子搜索终止,具体为当所述粒子适应度值高于适应度阈值时或达到最大迭代次数时,终止搜索并获得粒子全局最优位置;所述粒子全局最优位置具体指最优教育路径参数组合。
6.根据权利要求1所述的基于人工智能的智能教育管理系统,其特征在于:所述多源数据获取模块,具体为通过从教育学习平台和工作任务平台进行数据采集,得到教育管理原始数据,并对教育管理原始数据进行数据优化处理,得到教育管理优化数据;所述教育管理原始数据包括参考教育方向选择数据、参考教育效果预测数据和目标教育方向选择数据;
所述数据优化处理,具体包括数据清洗、数据标准化和数据编码处理,得到教育管理优化数据。