Cognitive diagnostic assessment aims to measure specific knowledge structures in students. To model data arising from such assessments, cognitive diagnostic models with discrete latent variables have gained popularity in educational and behavioral sciences. In a learning context, the latent variables often denote sequentially acquired skill attributes, which is often modeled by the so-called attribute hierarchy method. One drawback of the traditional attribute hierarchy method is that its parameter complexity varies substantially with the hierarchy's graph structure, lacking statistical parsimony. Additionally, arrows among the attributes do not carry an interpretation of statistical dependence. Motivated by these, we propose a new family of latent conjunctive Bayesian networks (LCBNs), which rigorously unify the attribute hierarchy method for sequential skill mastery and the Bayesian network model in statistical machine learning. In an LCBN, the latent graph not only retains the hard constraints on skill prerequisites as an attribute hierarchy, but also encodes nice conditional independence interpretation as a Bayesian network. LCBNs are identifiable, interpretable, and parsimonious statistical tools to diagnose students' cognitive abilities from assessment data. We propose an efficient two-step EM algorithm for structure learning and parameter estimation in LCBNs. Application of our method to an international educational assessment dataset gives interpretable findings of cognitive diagnosis.


翻译:认知诊断评估旨在测量学生的具体知识结构。为对此类评估产生的数据进行建模,采用离散潜在变量的认知诊断模型已在教育科学和行为科学中广泛应用。在学习情境中,潜在变量常表示依次获得的技能属性,这通常通过所谓的属性层级方法进行建模。传统属性层级方法的一个缺陷在于,其参数复杂度随层级图结构显著变化,缺乏统计简洁性。此外,属性之间的箭头并不承载统计依赖性的解释意义。受此启发,我们提出了一类新的潜在合取贝叶斯网络(LCBNs),该方法严谨地统一了用于序列技能掌握的属性层级方法和统计机器学习中的贝叶斯网络模型。在LCBN中,潜在图不仅保留了属性层级中技能先决条件的硬性约束,还作为贝叶斯网络编码了良好的条件独立性解释。LCBNs是可识别、可解释且简洁的统计工具,可依据评估数据诊断学生的认知能力。我们提出了一种高效的两步EM算法,用于LCBN的结构学习和参数估计。将我们的方法应用于一项国际教育评估数据集,得到了可解释的认知诊断结果。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
Arxiv
18+阅读 · 2019年1月16日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
0+阅读 · 今天16:06
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:31
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:49
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员