DGEKT: A Dual Graph Ensemble Learning Method for Knowledge Tracing

计算机科学 追踪 图形 对偶(语法数字) 机器学习 水准点(测量) 人工智能 理论计算机科学 跟踪(心理语言学) 大地测量学 语言学 操作系统 文学类 哲学 艺术 地理
作者
Chaoran Cui,Yumo Yao,Chunyun Zhang,Hebo Ma,Yuling Ma,Zhaochun Ren,Chen Zhang,James Ko
出处
期刊: 卷期号:42 (3): 1-24 被引量:55
标识
DOI:10.1145/3638350
摘要

Knowledge tracing aims to trace students’ evolving knowledge states by predicting their future performance on concept-related exercises. Recently, some graph-based models have been developed to incorporate the relationships between exercises to improve knowledge tracing, but only a single type of relationship information is generally explored. In this article, we present a novel Dual Graph Ensemble learning method for Knowledge Tracing (DGEKT), which establishes a dual graph structure of students’ learning interactions to capture the heterogeneous exercise–concept associations and interaction transitions by hypergraph modeling and directed graph modeling, respectively. To combine the dual graph models, we introduce the technique of online knowledge distillation. This choice arises from the observation that, while the knowledge tracing model is designed to predict students’ responses to the exercises related to different concepts, it is optimized merely with respect to the prediction accuracy on a single exercise at each step. With online knowledge distillation, the dual graph models are adaptively combined to form a stronger ensemble teacher model, which provides its predictions on all exercises as extra supervision for better modeling ability. In the experiments, we compare DGEKT against eight knowledge tracing baselines on three benchmark datasets, and the results demonstrate that DGEKT achieves state-of-the-art performance.
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