[发明专利]数学题解答方法及装置

说明书

本发明公开了一种数学题解答方法及装置，其中，数学题解答方法针对现有的自然语言处理技术在数学解答场景中的弊端，提出利用基于第一训练数据预先构建的题目表示模型对数学题目进行自动的结构转化，为数学题及其背后的公理和定理提供链接桥梁，之后以此为基础再利用基于第二训练数据预先构建的解题规则模型对转化后的数学题目进行解答。可见本发明的构思在于通过两个各司其职的模型完成自然语言处理无法实现的特定数学语言表达以及相应的解题处理过程，使得计算机可以更加迅速且准确地自动运算出题目的答案，由此还可以更佳地辅助其他计算机批改系统和推荐类似题目系统。

技术领域

本发明涉及智能教育领域，尤其涉及一种数学题解答方法及装置。

背景技术

随着人工智能技术的发展和自然语言处理技术的不断成熟，相关的应用也得到了广泛的应用，然而现在关于自然语言处理相关的教育应用主要集中于语言类的应用，例如外语翻译、文章理解、语文英语阅卷等，鲜有涉及到数学领域，因为数学领域中存在着一套自成体系的文字符号系统，与日常使用的自然语言有明显的差别。

通常，数学题目涉及到基于公理的推理，无法直接使用现有存在的自然语言处理技术，每一道数学题题目背后都有相对应的公理，定理，数学语言(包含符号，公式，图形等)，现有的自然语言处理技术难以获得相对应的关系，也不涉及逻辑推理的建立，例如“等差数列a_n的首项为1，公差为5，求第四项是多少”，就需要使用等差数列的通项公式以及第四项与通项公式之间的关系，以现有的自然语言处理技术无法准确对应地描述出上述知识点。关于数学解题的现有技术一方面只能针对简单表述的题目，直接地转化为等式或者等式组进行运算或者把一步算式拆解成多步进行规则匹配，例如计算“10+12-2”，先引入加法规则变成22-2，再引入减法规则变成20的最终结果，其中不涉及复杂的知识点；另一方面关注点主要集中在数学应用题的语言文字表达上，即如何进行题意理解的部分，例如现有技术可解决以下题目：“小明原有7块糖，送给小刚2块，又从小红处得到了4块糖，问小明现在有几块糖？”或者“x+y＝10，当x＝3时，y等于多少”的简单题目。一旦题目中涉及到需要使用数学公理和定理的数学题目则较难处理，例如“有一个存在5个数的集合，平均数为10，则这个集合的所有数累加的总和是多少？”。

发明内容

本发明旨在提供一种数学题解答方法及装置，基于数学知识表达结构特性，为数学题及其背后的公理和定理提供链接桥梁，使得计算机可以更加迅速且准确地自动运算出题目的答案。

本发明采用的技术方案如下：

一种数学题解答方法，包括：

利用基于第一训练数据预先构建的题目表示模型对数学题目进行结构转化；

利用基于第二训练数据预先构建的解题规则模型对转化后的数学题目进行解答。

可选地，所述第一训练数据的获得方式包括：

收集大量数学题目以及知识点数据；

将数学题目中所包含的知识点转变为结构化的表示形式，并标注出题干部分和问题部分，由此得到所述第一训练数据。

可选地，所述第二训练数据的获得方式包括：

收集大量数学题目及其解答步骤，以及数学运算规则数据；

将数学题目及其解答步骤中所包含的知识点转变为结构化的表示形式；

将数学运算规则转变为结构化表达的规则推导格式并汇总成规则库，所述规则推导格式包括前提条件和规则结论；

从所述规则库中为数学题目及其解答步骤匹配对应的数学运算规则，由此得到第二训练数据。

可选地，所述第二训练数据的获得方式还包括：

根据数学题目、解答步骤以及所用的数学运算规则，确定合法的实例化规则。