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介绍资料

Python知识图谱中华古诗词可视化技术说明

一、技术背景与目标

中华古诗词作为中华文化的重要载体,蕴含着丰富的历史、地理、人物及情感信息。传统诗词研究多依赖人工文本分析,难以挖掘其深层关联。知识图谱技术通过结构化数据建模,可揭示诗词中实体(如诗人、朝代、意象)间的复杂关系;可视化技术则将抽象数据转化为直观图形,辅助用户快速理解诗词网络。本方案旨在利用Python构建古诗词知识图谱,并通过可视化技术实现多维信息展示,为文化研究、教育传播提供工具支持。

二、系统架构设计

系统采用模块化设计,分为数据采集、知识图谱构建、可视化展示三大核心模块,各模块间通过JSON/CSV格式交互数据。

(一)数据采集与预处理

  1. 数据源选择
    • 结构化数据:从《全唐诗》《全宋词》等古籍数字化文本中提取诗词元数据(标题、作者、朝代、正文)。
    • 半结构化数据:爬取诗词网站(如古诗文网、搜韵网)的诗人简介、创作背景、注释等非结构化文本。
    • 外部知识库:整合DBpedia、百度百科等开放知识库中的诗人关系(师承、交游)、历史事件等数据。
  2. 数据清洗与标准化
    • 使用正则表达式去除HTML标签、特殊符号,统一诗人姓名别称(如“李白”与“李太白”)。
    • 通过NLTK分词工具对诗词正文分词,标注词性(名词、动词等),提取高频意象(如“月”“酒”“雁”)。
    • 示例代码:
      
          

      python

      1import re
      2from nltk.tokenize import word_tokenize
      3
      4def clean_poem(text):
      5    text = re.sub(r'<[^>]+>', '', text)  # 去除HTML标签
      6    tokens = word_tokenize(text)
      7    return [token for token in tokens if token.isalpha()]  # 保留字母字符

(二)知识图谱构建

  1. 实体识别与关系抽取
    • 实体类型:诗人、朝代、诗词、意象、地点。
    • 关系类型
      • 诗人-朝代(如“李白→唐朝”)
      • 诗人-诗词(如“杜甫→《春望》”)
      • 诗词-意象(如“《静夜思》→月”)
      • 诗人-交游(如“李白→杜甫”)
    • 使用Spacy库进行命名实体识别(NER),结合规则匹配抽取关系。
    • 示例代码:
      
          

      python

      1import spacy
      2
      3nlp = spacy.load("zh_core_web_sm")  # 加载中文模型
      4doc = nlp("李白与杜甫是好友,均活跃于唐朝")
      5for ent in doc.ents:
      6    print(ent.text, ent.label_)  # 输出实体及类型
  2. 图数据库存储
    • 选择Neo4j图数据库存储知识图谱,利用其Cypher查询语言高效检索关系。
    • 通过Py2neo库实现Python与Neo4j交互,批量导入实体和关系。
    • 示例代码:
      
          

      python

      1from py2neo import Graph, Node, Relationship
      2
      3graph = Graph("bolt://localhost:7687", auth=("user", "password"))
      4li_bai = Node("Poet", name="李白")
      5du_fu = Node("Poet", name="杜甫")
      6friendship = Relationship(li_bai, "FRIEND_WITH", du_fu)
      7graph.create(friendship)

(三)可视化展示

  1. 静态可视化:NetworkX+Matplotlib
    • 生成诗人社交网络图,节点大小表示诗词数量,边粗细表示交游频率。
    • 示例代码:
      
          

      python

      1import networkx as nx
      2import matplotlib.pyplot as plt
      3
      4G = nx.Graph()
      5G.add_edge("李白", "杜甫", weight=5)
      6G.add_edge("李白", "孟浩然", weight=3)
      7pos = nx.spring_layout(G)  # 布局算法
      8nx.draw(G, pos, with_labels=True, node_size=1000, width=[d["weight"]*0.5 for _, _, d in G.edges(data=True)])
      9plt.show()
  2. 动态可视化:PyVis+D3.js
    • 使用PyVis生成交互式HTML图表,支持缩放、拖拽、悬停显示详情。
    • 示例代码:
      
          

      python

      1from pyvis.network import Network
      2
      3net = Network(height="750px", width="100%", directed=False)
      4net.add_node(1, label="李白", size=20)
      5net.add_node(2, label="杜甫", size=15)
      6net.add_edge(1, 2, title="好友")
      7net.show("poets_network.html")  # 生成HTML文件
  3. 时空可视化:Folium+Geopandas
    • 结合诗词创作地点与时间轴,生成动态地图展示诗人游历轨迹。
    • 示例代码:
      
          

      python

      1import folium
      2import geopandas as gpd
      3
      4# 加载中国地图数据
      5china = gpd.read_file("china_shapefile.shp")
      6m = folium.Map(location=[35, 105], zoom_start=4)
      7for _, row in china.iterrows():
      8    folium.GeoJson(row["geometry"], name=row["name"]).add_to(m)
      9# 添加诗人轨迹点
      10folium.Marker([31.2, 121.5], popup="李白在苏州").add_to(m)
      11m.save("poets_map.html")

三、关键技术实现

(一)诗人交游关系挖掘

  1. 共现分析:统计诗词中同时提及两位诗人的频率,作为交游强度指标。
  2. 文本相似度:计算诗人诗词的TF-IDF向量余弦相似度,辅助判断风格影响关系。
    
      

    python

    1from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
    2from sklearn.metrics.pairwise import cosine_similarity
    3
    4poems = ["李白诗1", "杜甫诗1", "李白诗2"]
    5vectorizer = TfidfVectorizer()
    6tfidf = vectorizer.fit_transform(poems)
    7similarity = cosine_similarity(tfidf[0], tfidf[1])  # 李白与杜甫诗词相似度

(二)意象情感分析

  1. 情感词典匹配:构建中文情感词典(如BosonNLP),标注意象情感倾向(积极/消极)。
  2. LSTM模型训练:使用诗词数据集训练情感分类模型,预测整首诗词情感极性。
    
      

    python

    1from tensorflow.keras.models import Sequential
    2from tensorflow.keras.layers import LSTM, Dense
    3
    4model = Sequential([
    5    LSTM(64, input_shape=(100, 1)),  # 假设诗词长度为100
    6    Dense(1, activation="sigmoid")
    7])
    8model.compile(loss="binary_crossentropy", optimizer="adam")
    9model.fit(X_train, y_train, epochs=10)  # X_train为词向量序列

四、应用场景与效果

  1. 教育领域:生成诗人关系图谱辅助课堂教学,学生可通过交互式图表探索诗词背景。
  2. 文化研究:量化分析诗人风格演变(如从盛唐到中唐的意象变化),为学术研究提供数据支持。
  3. 公众传播:开发微信小程序,用户输入诗人姓名即可查看其社交网络与代表诗词地图。

效果示例

  • 在李白知识图谱中,用户点击“李白”节点可展开其好友(杜甫、孟浩然)、游历地点(长安、洛阳)、代表诗词(《将进酒》《静夜思》)等子节点。
  • 时空地图动态展示李白一生轨迹,标记关键事件(如“赐金放还”发生地)。

五、未来优化方向

  1. 多模态扩展:引入诗词朗诵音频、书法图片等非文本数据,丰富图谱维度。
  2. 实时更新:对接诗词创作平台API,动态添加新作品至知识图谱。
  3. 跨语言支持:构建中英双语知识图谱,促进国际文化交流。

本方案通过Python生态工具链实现了古诗词知识图谱的自动化构建与可视化,为传统文化数字化提供了可复用的技术框架。

运行截图

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