基于數(shù)據(jù)挖掘的成績(jī)分析系統(tǒng)
摘要：教學(xué)數(shù)據(jù)挖掘(EDM)在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的時(shí)代會(huì)起到越來(lái)越重要的作用，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的成績(jī)分析系統(tǒng)就顯得很有必要。文章提出基于數(shù)據(jù)挖掘的成績(jī)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及目標(biāo)，介紹系統(tǒng)界面及各模塊功能，在分析了軟件開(kāi)發(fā)模式及其優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇了當(dāng)前比較流行的基于B/S架構(gòu)的三層體系結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)框架及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：EDM 成績(jī)分析系統(tǒng) B/S 數(shù)據(jù)挖掘
目前隨著云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等概念的普及，在教育教學(xué)中運(yùn)用已經(jīng)存在的大數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)教學(xué)越來(lái)越成為可能。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以根據(jù)已有的學(xué)生的表現(xiàn)及成績(jī)，為在校學(xué)生改善學(xué)習(xí)方法、完善職業(yè)規(guī)劃、提高學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)及為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供個(gè)性化服務(wù)提供技術(shù)服務(wù)。
教學(xué)數(shù)據(jù)挖掘(EDM)是一個(gè)新興的領(lǐng)域，它充分運(yùn)用大多學(xué)校中存在卻沒(méi)有用到的“死”數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的要求進(jìn)行分析處理、統(tǒng)計(jì)分類，可以有效預(yù)測(cè)學(xué)生的在未來(lái)一段時(shí)間的表現(xiàn)。
一、基于數(shù)據(jù)挖掘的成績(jī)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及目標(biāo)
成績(jī)分析系統(tǒng)的最終作用就是實(shí)現(xiàn)有效決策，從而有效指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和就業(yè)。這就要求數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)類型的挖掘任務(wù)，比如課程總成績(jī)之間的關(guān)系，課程各模塊之間的關(guān)系等，可以采用序列模式的發(fā)現(xiàn)、分類模式的發(fā)現(xiàn)、聚類模式的發(fā)現(xiàn)、關(guān)聯(lián)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)等等。這就要求系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上應(yīng)該注重系統(tǒng)功能的完備。
成績(jī)分析系統(tǒng)的好壞，關(guān)鍵看此系統(tǒng)是否能夠從已有的數(shù)據(jù)中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，這就不可避免的要對(duì)以往存在大量數(shù)據(jù)進(jìn)行存取交互操作，這就要求此成績(jī)分析系統(tǒng)與底層數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)緊密藕合，盡可能的使用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的各種功能。由于此系統(tǒng)是可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析處理數(shù)據(jù)的，所以要很好的支持Internet/Intranet環(huán)境，在網(wǎng)絡(luò)中存取數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)的安全性要求很高，所以數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)也是此系統(tǒng)的`重要一個(gè)環(huán)節(jié)。軟件的使用和開(kāi)發(fā)講究可移植性和可拓展性，并且數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)并不是一成不變的，這要求我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的時(shí)候充分考慮到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的可擴(kuò)展性。
二、系統(tǒng)框架及功能設(shè)計(jì)
成績(jī)分析系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)要充分考慮系統(tǒng)的特點(diǎn)、系統(tǒng)要求及用戶體驗(yàn)，保證系統(tǒng)能夠高效、協(xié)調(diào)的運(yùn)行處理數(shù)據(jù)。
整個(gè)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、用戶界面、數(shù)據(jù)挖掘模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)和外部文件緊密地結(jié)合在一起，構(gòu)成了一個(gè)層次結(jié)構(gòu)。在這個(gè)分析系統(tǒng)中，主要有用戶界面，數(shù)據(jù)挖掘和處理部件、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊組成。
2.1用戶界面
用戶界面是一個(gè)系統(tǒng)軟件的門戶部件，主要包括圖形界面，web界面和用戶任務(wù)界面等，其主要提供的功能包括：
用戶操作任務(wù)提交：將用戶的操作提交到后臺(tái)，為用戶要處理的數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的預(yù)處理，選擇要操作的數(shù)據(jù)庫(kù)及使用的算法等功能，也包括各類參數(shù)的選擇。
將處理結(jié)果反饋給用戶，從關(guān)聯(lián)規(guī)則的文本形式及樹(shù)表現(xiàn)形式或是層次結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式反饋給客戶。
給用戶提供數(shù)據(jù)挖掘算法的各類參數(shù)，屬性等供用戶選擇和修改。
2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊
數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊主要是對(duì)分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)庫(kù)的不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠處理的格式，或是批量將數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)系型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，此功能對(duì)本系統(tǒng)的擴(kuò)展性和可移植性至關(guān)重要。
2.3數(shù)據(jù)挖掘模塊
此模塊是學(xué)生成績(jī)分析系統(tǒng)的核心部件，主要是根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘算法進(jìn)行分析數(shù)據(jù)主要利用不同的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，有關(guān)聯(lián)規(guī)則算法，聚類分析算法，預(yù)測(cè)算法等。
2.4 DBMS模塊
此模塊主要是用來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理，可以管理數(shù)據(jù)庫(kù)中底層數(shù)據(jù)，而且還可以管理已經(jīng)挖掘出來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以為以后增量挖掘做準(zhǔn)備。
三、實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)模式，一般會(huì)有專門的客戶端，即“C/S”軟件應(yīng)用模式，采取兩層結(jié)構(gòu)的此種類型的軟件，在使用上會(huì)有不少突出問(wèn)題。系統(tǒng)的安裝維護(hù)及升級(jí)困難，可伸縮性能較差，根據(jù)目前流行的軟件開(kāi)發(fā)模式，本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)采用基于B/S的三層體系結(jié)構(gòu)。由瀏覽器、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器組成，客戶端由專用軟件改為瀏覽器，為軟件的升級(jí)及系統(tǒng)的可伸縮性提供了可能;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為獨(dú)立運(yùn)行的服務(wù)器，為軟件的安全性及性能上提供了保證;應(yīng)用服務(wù)器為應(yīng)用邏輯處理服務(wù)器，主要是用來(lái)過(guò)程處理，從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果反饋給客戶端瀏覽器。
基于B/S的三層結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)包括：(1)保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)獨(dú)立，使系統(tǒng)更加安全和便于維護(hù)。(2)應(yīng)用服務(wù)器的放在應(yīng)用層，和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，客戶端瀏覽器獨(dú)立存在，便于功能共享和拓展。(3)利用應(yīng)用服務(wù)器的并行性和服務(wù)器本身的性能，可以對(duì)數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)并行處理，提高數(shù)據(jù)處理效率。
根據(jù)以上的結(jié)論，本成績(jī)分析系統(tǒng)采用基于B/S的三層結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)挖掘功能，提供各種下數(shù)據(jù)挖掘工具和算法，底層數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器存放各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這樣，客戶端將任務(wù)請(qǐng)求發(fā)送給應(yīng)用服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器啟動(dòng)數(shù)據(jù)挖掘工具對(duì)象，將各種查詢參數(shù)封裝，并在訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器后完成指定任務(wù)，并將分析結(jié)果返回給客戶端。
四、總結(jié)及展望
教學(xué)數(shù)據(jù)挖掘(EDM)雖然是一個(gè)新興的領(lǐng)域，但是已經(jīng)引起了不少專業(yè)人士的重視，通過(guò)EDM可以使得一些看似無(wú)用的教學(xué)數(shù)據(jù)變得活躍起來(lái)，通過(guò)EDM可以進(jìn)行學(xué)情分析，并有效指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和就業(yè)。本文根據(jù)部分學(xué)院需求設(shè)計(jì)了一個(gè)可提供數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用技術(shù)研究的實(shí)驗(yàn)性平臺(tái)，在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步拓展功能，為學(xué)院政策制定和執(zhí)行提供有力的數(shù)據(jù)保障，從而進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用。
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