遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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摘要：針對(duì)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)資源個(gè)性化推薦進(jìn)行深入性的探究，采用協(xié)同過(guò)濾推薦法進(jìn)行分析，借助于資源使用者的興趣來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的有效過(guò)濾，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于個(gè)性化推薦的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：個(gè)性化推薦；協(xié)同過(guò)濾；遠(yuǎn)程教育；UML建模

1概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)的群眾提供各種各樣的學(xué)習(xí)資源，同時(shí)不再受到時(shí)間和空間的限制，因此被廣大學(xué)習(xí)者所接受。在面對(duì)“信息過(guò)載”的問(wèn)題上，其中一個(gè)可行的問(wèn)題解決方法便是個(gè)性化推薦，隨著時(shí)間的推移，個(gè)性化推薦被大量的學(xué)者所探討[1]。借助于資源使用者的興趣來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的有效過(guò)濾，按照使用者的習(xí)慣和興趣，來(lái)為其提供相應(yīng)的信息或者產(chǎn)品，進(jìn)一步減少使用者篩選信息的時(shí)間，更好地服務(wù)學(xué)習(xí)者。

2系統(tǒng)功能需求分析

致力研究教育系統(tǒng)是根據(jù)用戶(hù)需求，為用戶(hù)推薦相應(yīng)教育信息資源的一個(gè)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)系統(tǒng)，綜合分析用戶(hù)需求：（1）課程管理：任何系統(tǒng)的背后管理者都是管理員，管理員具有權(quán)限在系統(tǒng)中對(duì)相應(yīng)課程進(jìn)行添加、刪除的操作，同時(shí)管理員還需要對(duì)課程的使用狀況進(jìn)行記錄，保證課程資源的有序和合理。當(dāng)然，管理員的職責(zé)之一是時(shí)刻指導(dǎo)相關(guān)學(xué)員的學(xué)習(xí)進(jìn)度、興趣以及發(fā)展方向，適時(shí)地向這些學(xué)員提出學(xué)習(xí)建議，使得遠(yuǎn)程教育更個(gè)性化。（2）學(xué)員信息的維護(hù)：管理員必須維護(hù)好學(xué)員的自身信息，不得隨意泄露。對(duì)于新學(xué)員必須做好注冊(cè)登記工作，對(duì)于發(fā)生變動(dòng)的學(xué)員，管理員同樣需要在系統(tǒng)中留檔。（3）學(xué)員分析：該系統(tǒng)的管理員有職責(zé)對(duì)系統(tǒng)中的所有學(xué)員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的分析，研究出學(xué)員的興趣以及隱藏興趣，以便能夠更好地引導(dǎo)和開(kāi)發(fā)學(xué)員。（4）學(xué)習(xí)中心：當(dāng)某個(gè)新學(xué)員正式在系統(tǒng)中注冊(cè)登記之后，學(xué)員便能夠運(yùn)用學(xué)習(xí)中心學(xué)習(xí)，該板塊包括課程選擇、學(xué)習(xí)、考試、評(píng)價(jià)等多個(gè)方面。（5）個(gè)性化定制：個(gè)性化定制，顧名思義，就是學(xué)員能夠根據(jù)自身的特殊需求對(duì)課程進(jìn)行定制。其分為兩類(lèi)，顯性定制與隱性定制。顯性定制是指學(xué)員自己首先準(zhǔn)備好定制的內(nèi)容，然后按照系統(tǒng)的程序?qū)⒍ㄖ茊紊辖?，管理員對(duì)此進(jìn)行核實(shí)，之后進(jìn)行具體的課程學(xué)習(xí)。隱性定制是指首先詳細(xì)地去分析學(xué)員的個(gè)人興趣，然后提供相應(yīng)的資料，利用協(xié)同過(guò)濾算法，將課程進(jìn)行及時(shí)的過(guò)濾和選擇，然后自動(dòng)得出最后的推薦學(xué)員，這樣的定制方法更具有高效的特性。

3系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

基于個(gè)性化推薦的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)為B/S，用戶(hù)在客戶(hù)端借助于網(wǎng)頁(yè)瀏覽器進(jìn)行客戶(hù)層界面資源和服務(wù)的選擇，系統(tǒng)把用戶(hù)信息在服務(wù)器端進(jìn)行保存，具體的說(shuō)，是保存在用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)用戶(hù)需求來(lái)給出相應(yīng)的頁(yè)面。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括用戶(hù)層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡(luò)層。其中用戶(hù)層負(fù)責(zé)與用戶(hù)聯(lián)系，接受用戶(hù)輸入，同時(shí)將用戶(hù)信息輸入到服務(wù)層。服務(wù)層是用戶(hù)與系統(tǒng)聯(lián)系的唯一通道，服務(wù)層對(duì)用戶(hù)信息進(jìn)行檢查，根據(jù)用戶(hù)給出的要求來(lái)為其提供服務(wù)。該層次有著很多模塊，每個(gè)模塊均有著對(duì)應(yīng)的算法，針對(duì)用戶(hù)給出的請(qǐng)求來(lái)加以回應(yīng)，同時(shí)和上下層聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)信息的溝通；數(shù)據(jù)層中有很多數(shù)據(jù)庫(kù)，不同數(shù)據(jù)庫(kù)有相應(yīng)的系統(tǒng)管理員來(lái)維護(hù)。

4系統(tǒng)流程

（1）學(xué)員在使用個(gè)性化服務(wù)的過(guò)程中，系統(tǒng)能夠提醒學(xué)員對(duì)自己感興趣的內(nèi)容進(jìn)行注冊(cè)，同時(shí)系統(tǒng)也能夠?qū)W(xué)員感興趣的東西進(jìn)行收集和保存。（2）在編制好一個(gè)學(xué)員用戶(hù)描述文件之后，仍能夠修改，這樣系統(tǒng)中的內(nèi)容便具備動(dòng)態(tài)性，能夠隨著學(xué)員需求的變化而更新數(shù)據(jù)。（3）系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)對(duì)用戶(hù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照學(xué)習(xí)信息源來(lái)對(duì)學(xué)生的活動(dòng)進(jìn)行分析，進(jìn)一步對(duì)學(xué)生興趣權(quán)重加以更新。根據(jù)學(xué)習(xí)信息源，學(xué)生跟蹤方法主要是兩種，第一種是顯式跟蹤，第二種是隱式跟蹤，顯式跟蹤中，系統(tǒng)需要學(xué)生可以對(duì)推薦資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，隱式跟蹤中系統(tǒng)主動(dòng)完成操作。用戶(hù)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中的各種活動(dòng)記錄一般是學(xué)生個(gè)人跟蹤手機(jī)的，比如對(duì)學(xué)生順序請(qǐng)求日期和時(shí)間進(jìn)行收集，進(jìn)一步對(duì)學(xué)生上網(wǎng)資源和時(shí)間來(lái)進(jìn)行分析，從而可以知道學(xué)生喜歡哪些資源，喜歡的程度有多少，這樣可以更好的對(duì)學(xué)生感興趣的資源分類(lèi)，進(jìn)一步提高信息推薦精準(zhǔn)度。

5系統(tǒng)功能模塊

基于個(gè)性化推薦的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，分學(xué)員客戶(hù)端和管理員服務(wù)器端。

5.1學(xué)員注冊(cè)登錄模塊

在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，一定有一個(gè)入口登錄子系統(tǒng)，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，能夠?qū)ο到y(tǒng)的安全程度有個(gè)基本了解。

5.2課程管理模塊

基于個(gè)性化推薦的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，課程資源屬性會(huì)將課程信息表達(dá)出來(lái)，每一種資源在進(jìn)入系統(tǒng)中，系統(tǒng)均會(huì)賦予該資源的屬性，該屬性被數(shù)據(jù)庫(kù)所保管，通過(guò)資源二進(jìn)制模式在磁盤(pán)目錄中保存。系統(tǒng)具備課程資源屬性描述功能，能夠?qū)⒄n程資源的元數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行保存，這樣可以更好地對(duì)課程資源屬性描述進(jìn)行管理。

5.3學(xué)習(xí)中心模塊

學(xué)習(xí)中心是學(xué)員進(jìn)行選擇課程、在線(xiàn)學(xué)習(xí)、在線(xiàn)考試、成績(jī)查詢(xún)、課程評(píng)價(jià)的中心模塊。

5.4學(xué)員分析模塊

學(xué)員興趣獲取及分析方式包括兩種，即顯示分析和隱式分析。在顯示分析中，需要用戶(hù)能夠回應(yīng)系統(tǒng)給出的問(wèn)題，在建模上發(fā)表自己的意見(jiàn)，這個(gè)過(guò)程一般是通過(guò)表達(dá)的填寫(xiě)來(lái)進(jìn)行。這樣的方法中，可以更加客觀地獲取到用戶(hù)信息，但是需要一定的時(shí)間來(lái)進(jìn)行，靈活性較低。在隱式分析中，系統(tǒng)可以主動(dòng)按照用戶(hù)行為來(lái)進(jìn)行用戶(hù)興趣的分析，這樣可以節(jié)省時(shí)間，也不會(huì)干擾用戶(hù)。為了能夠更好地對(duì)用戶(hù)興趣有個(gè)全面的分析，結(jié)合這兩種方式，通過(guò)顯示分析進(jìn)行靜態(tài)用戶(hù)信息的獲取，通過(guò)隱式分析進(jìn)行動(dòng)態(tài)用戶(hù)信息的獲取。

5.5個(gè)性化推薦模塊

協(xié)同過(guò)濾推薦系統(tǒng)流程包括：（1）進(jìn)行用戶(hù)信息的獲取，這些信息指的是用戶(hù)興趣信息和在對(duì)資源上給出的評(píng)價(jià)信息；（2）將這些信息在數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中進(jìn)行處理，促使輸入數(shù)據(jù)能夠與推薦算法要求相統(tǒng)一，構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣；（3）進(jìn)入推薦模塊，以評(píng)價(jià)矩陣為前提，通過(guò)系統(tǒng)中的推薦算法來(lái)完成推薦，然后將推薦內(nèi)容呈現(xiàn)在用戶(hù)面前。另外推薦系統(tǒng)中還需有推薦反饋模塊，也就是用戶(hù)針對(duì)推薦結(jié)果給出評(píng)價(jià)，系統(tǒng)維護(hù)人員根據(jù)這些評(píng)價(jià)來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完善。教育信息個(gè)性化推薦模塊中有兩個(gè)部分，分別是推薦生成部分和數(shù)據(jù)預(yù)處理部分。其中在推薦生成部分中，按照輸入的評(píng)價(jià)矩陣，借助于基于項(xiàng)目的協(xié)同過(guò)濾給出推薦結(jié)果；在數(shù)據(jù)預(yù)處理部分中，按照數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶(hù)信息和資源描述評(píng)價(jià)，來(lái)給出資源評(píng)價(jià)矩陣。基于用戶(hù)的協(xié)同過(guò)濾中，需要通過(guò)這個(gè)評(píng)價(jià)來(lái)給出推薦，然而這需要一定數(shù)量的用戶(hù)能夠回答系統(tǒng)給出的問(wèn)題，然后才能夠保證推薦的準(zhǔn)確性。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，大部分用戶(hù)并不會(huì)配合系統(tǒng)的調(diào)查，鑒于此，文章通過(guò)基于內(nèi)容的推薦來(lái)對(duì)用戶(hù)在資源上的興趣度加以計(jì)算，將所計(jì)算出來(lái)的興趣度視為用戶(hù)在未評(píng)價(jià)資源上的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)值。

6系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

6.1學(xué)員管理模塊

在學(xué)員第一次登錄網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)的時(shí)候，該學(xué)員需要進(jìn)行基本信息的注冊(cè)，同時(shí)進(jìn)行自己有關(guān)興趣的填寫(xiě)。

6.2課程管理模塊

管理員成功登錄后，則進(jìn)入課程管理模塊，可對(duì)已有課程資源進(jìn)行模糊查詢(xún)。（1）按科目類(lèi)別分類(lèi)顯示；（2）輸入課程名稱(chēng)，進(jìn)行模糊查詢(xún)；（3）輸入課程資源的關(guān)鍵字，對(duì)課程基本信息的課程名、關(guān)鍵字、內(nèi)容簡(jiǎn)介進(jìn)行模糊查詢(xún)；（4）對(duì)查詢(xún)結(jié)果中的課程點(diǎn)擊“查看/修改”則進(jìn)入課程基本信息的更新。

6.3學(xué)習(xí)中心模塊

學(xué)員登錄成功后，則進(jìn)入到學(xué)習(xí)中心。在學(xué)習(xí)中心，學(xué)員可以看到自己“在學(xué)課程”、“完成課程”，能及時(shí)了解自己所學(xué)課程的學(xué)習(xí)進(jìn)度。同時(shí)，學(xué)員可以了解系統(tǒng)的學(xué)習(xí)公告，可以配合系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷。學(xué)員在“學(xué)習(xí)中心”點(diǎn)擊“在線(xiàn)學(xué)習(xí)”，或在“選擇課程”中點(diǎn)擊“選課”，則鏈接到相應(yīng)課程網(wǎng)站，進(jìn)入在線(xiàn)學(xué)習(xí)?？梢栽诰€(xiàn)觀看課程的文本、PPT、視頻等多形式的資源。

6.4學(xué)員分析模塊

系統(tǒng)根據(jù)學(xué)員注冊(cè)的基本信息，按性別、按專(zhuān)業(yè)、按學(xué)歷進(jìn)行學(xué)員的特征分析；根據(jù)學(xué)員所選課程進(jìn)行了學(xué)員興趣分析，及時(shí)了解學(xué)員所偏愛(ài)的課程的變化，幫助管理員能更好地提供有針對(duì)性、受歡迎的課程資源。

6.5個(gè)性化推薦模塊

本系統(tǒng)采用的是Top-N推薦算法，即將數(shù)據(jù)表中大量的對(duì)象進(jìn)行排序，然后只需要取出最Top的前N名作為排行榜的數(shù)據(jù)。其工作過(guò)程為：（1）從數(shù)組中提出位置在前面的個(gè)元素，建立起該系統(tǒng)的最小堆。（2）自起將余下的各個(gè)元素進(jìn)行循環(huán)，一旦某個(gè)元素大于最小堆的根節(jié)點(diǎn)，此時(shí)將根節(jié)點(diǎn)用來(lái)替換。（3）在循環(huán)結(jié)束之后，最大的元素便是在最小堆中的全部元素。

參考文獻(xiàn)

[1]馬永昌,陳新一.基于藏語(yǔ)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)的學(xué)習(xí)資源推薦系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].西北民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,02:21

作者：沈荷英 單位：江蘇省武進(jìn)中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校