遠程教育系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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摘要：針對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)資源個性化推薦進行深入性的探究，采用協(xié)同過濾推薦法進行分析，借助于資源使用者的興趣來實現(xiàn)對信息的有效過濾，設(shè)計并實現(xiàn)了一套基于個性化推薦的遠程教育系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：個性化推薦；協(xié)同過濾；遠程教育；UML建模

1概述

計算機網(wǎng)絡(luò)能夠為學(xué)習(xí)的群眾提供各種各樣的學(xué)習(xí)資源，同時不再受到時間和空間的限制，因此被廣大學(xué)習(xí)者所接受。在面對“信息過載”的問題上，其中一個可行的問題解決方法便是個性化推薦，隨著時間的推移，個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實現(xiàn)對信息的有效過濾，按照使用者的習(xí)慣和興趣，來為其提供相應(yīng)的信息或者產(chǎn)品，進一步減少使用者篩選信息的時間，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)用戶需求，為用戶推薦相應(yīng)教育信息資源的一個遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)，綜合分析用戶需求：（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)中對相應(yīng)課程進行添加、刪除的操作，同時管理員還需要對課程的使用狀況進行記錄，保證課程資源的有序和合理。當然，管理員的職責(zé)之一是時刻指導(dǎo)相關(guān)學(xué)員的學(xué)習(xí)進度、興趣以及發(fā)展方向，適時地向這些學(xué)員提出學(xué)習(xí)建議，使得遠程教育更個性化。（2）學(xué)員信息的維護：管理員必須維護好學(xué)員的自身信息，不得隨意泄露。對于新學(xué)員必須做好注冊登記工作，對于發(fā)生變動的學(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)對系統(tǒng)中的所有學(xué)員進行專業(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)和開發(fā)學(xué)員。（4）學(xué)習(xí)中心：當某個新學(xué)員正式在系統(tǒng)中注冊登記之后，學(xué)員便能夠運用學(xué)習(xí)中心學(xué)習(xí)，該板塊包括課程選擇、學(xué)習(xí)、考試、評價等多個方面。（5）個性化定制：個性化定制，顧名思義，就是學(xué)員能夠根據(jù)自身的特殊需求對課程進行定制。其分為兩類，顯性定制與隱性定制。顯性定制是指學(xué)員自己首先準備好定制的內(nèi)容，然后按照系統(tǒng)的程序?qū)⒍ㄖ茊紊辖?，管理員對此進行核實，之后進行具體的課程學(xué)習(xí)。隱性定制是指首先詳細地去分析學(xué)員的個人興趣，然后提供相應(yīng)的資料，利用協(xié)同過濾算法，將課程進行及時的過濾和選擇，然后自動得出最后的推薦學(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)

基于個性化推薦的遠程教育系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)為B/S，用戶在客戶端借助于網(wǎng)頁瀏覽器進行客戶層界面資源和服務(wù)的選擇，系統(tǒng)把用戶信息在服務(wù)器端進行保存，具體的說，是保存在用戶數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)用戶需求來給出相應(yīng)的頁面。本系統(tǒng)設(shè)計包括用戶層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡(luò)層。其中用戶層負責(zé)與用戶聯(lián)系，接受用戶輸入，同時將用戶信息輸入到服務(wù)層。服務(wù)層是用戶與系統(tǒng)聯(lián)系的唯一通道，服務(wù)層對用戶信息進行檢查，根據(jù)用戶給出的要求來為其提供服務(wù)。該層次有著很多模塊，每個模塊均有著對應(yīng)的算法，針對用戶給出的請求來加以回應(yīng)，同時和上下層聯(lián)系，實現(xiàn)信息的溝通；數(shù)據(jù)層中有很多數(shù)據(jù)庫，不同數(shù)據(jù)庫有相應(yīng)的系統(tǒng)管理員來維護。

4系統(tǒng)流程

（1）學(xué)員在使用個性化服務(wù)的過程中，系統(tǒng)能夠提醒學(xué)員對自己感興趣的內(nèi)容進行注冊，同時系統(tǒng)也能夠?qū)W(xué)員感興趣的東西進行收集和保存。（2）在編制好一個學(xué)員用戶描述文件之后，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)會主動對用戶信息進行統(tǒng)計，按照學(xué)習(xí)信息源來對學(xué)生的活動進行分析，進一步對學(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)生可以對推薦資源進行評價，隱式跟蹤中系統(tǒng)主動完成操作。用戶在網(wǎng)絡(luò)平臺中的各種活動記錄一般是學(xué)生個人跟蹤手機的，比如對學(xué)生順序請求日期和時間進行收集，進一步對學(xué)生上網(wǎng)資源和時間來進行分析，從而可以知道學(xué)生喜歡哪些資源，喜歡的程度有多少，這樣可以更好的對學(xué)生感興趣的資源分類，進一步提高信息推薦精準度。

5系統(tǒng)功能模塊

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

5.1學(xué)員注冊登錄模塊

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

5.2課程管理模塊

基于個性化推薦的遠程教育系統(tǒng)中，課程資源屬性會將課程信息表達出來，每一種資源在進入系統(tǒng)中，系統(tǒng)均會賦予該資源的屬性，該屬性被數(shù)據(jù)庫所保管，通過資源二進制模式在磁盤目錄中保存。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)庫中進行保存，這樣可以更好地對課程資源屬性描述進行管理。

5.3學(xué)習(xí)中心模塊

學(xué)習(xí)中心是學(xué)員進行選擇課程、在線學(xué)習(xí)、在線考試、成績查詢、課程評價的中心模塊。

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，需要用戶能夠回應(yīng)系統(tǒng)給出的問題，在建模上發(fā)表自己的意見，這個過程一般是通過表達的填寫來進行。這樣的方法中，可以更加客觀地獲取到用戶信息，但是需要一定的時間來進行，靈活性較低。在隱式分析中，系統(tǒng)可以主動按照用戶行為來進行用戶興趣的分析，這樣可以節(jié)省時間，也不會干擾用戶。為了能夠更好地對用戶興趣有個全面的分析，結(jié)合這兩種方式，通過顯示分析進行靜態(tài)用戶信息的獲取，通過隱式分析進行動態(tài)用戶信息的獲取。

5.5個性化推薦模塊

協(xié)同過濾推薦系統(tǒng)流程包括：（1）進行用戶信息的獲取，這些信息指的是用戶興趣信息和在對資源上給出的評價信息；（2）將這些信息在數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中進行處理，促使輸入數(shù)據(jù)能夠與推薦算法要求相統(tǒng)一，構(gòu)建評價矩陣；（3）進入推薦模塊，以評價矩陣為前提，通過系統(tǒng)中的推薦算法來完成推薦，然后將推薦內(nèi)容呈現(xiàn)在用戶面前。另外推薦系統(tǒng)中還需有推薦反饋模塊，也就是用戶針對推薦結(jié)果給出評價，系統(tǒng)維護人員根據(jù)這些評價來對系統(tǒng)進行完善。教育信息個性化推薦模塊中有兩個部分，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，按照輸入的評價矩陣，借助于基于項目的協(xié)同過濾給出推薦結(jié)果；在數(shù)據(jù)預(yù)處理部分中，按照數(shù)據(jù)庫中用戶信息和資源描述評價，來給出資源評價矩陣?；谟脩舻膮f(xié)同過濾中，需要通過這個評價來給出推薦，然而這需要一定數(shù)量的用戶能夠回答系統(tǒng)給出的問題，然后才能夠保證推薦的準確性。根據(jù)實際情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，大部分用戶并不會配合系統(tǒng)的調(diào)查，鑒于此，文章通過基于內(nèi)容的推薦來對用戶在資源上的興趣度加以計算，將所計算出來的興趣度視為用戶在未評價資源上的預(yù)測評價值。

6系統(tǒng)的實現(xiàn)

6.1學(xué)員管理模塊

在學(xué)員第一次登錄網(wǎng)絡(luò)教育平臺的時候，該學(xué)員需要進行基本信息的注冊，同時進行自己有關(guān)興趣的填寫。

6.2課程管理模塊

管理員成功登錄后，則進入課程管理模塊，可對已有課程資源進行模糊查詢。（1）按科目類別分類顯示；（2）輸入課程名稱，進行模糊查詢；（3）輸入課程資源的關(guān)鍵字，對課程基本信息的課程名、關(guān)鍵字、內(nèi)容簡介進行模糊查詢；（4）對查詢結(jié)果中的課程點擊“查看/修改”則進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”，能及時了解自己所學(xué)課程的學(xué)習(xí)進度。同時，學(xué)員可以了解系統(tǒng)的學(xué)習(xí)公告，可以配合系統(tǒng)進行調(diào)查問卷。學(xué)員在“學(xué)習(xí)中心”點擊“在線學(xué)習(xí)”，或在“選擇課程”中點擊“選課”，則鏈接到相應(yīng)課程網(wǎng)站，進入在線學(xué)習(xí)?？梢栽诰€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)員注冊的基本信息，按性別、按專業(yè)、按學(xué)歷進行學(xué)員的特征分析；根據(jù)學(xué)員所選課程進行了學(xué)員興趣分析，及時了解學(xué)員所偏愛的課程的變化，幫助管理員能更好地提供有針對性、受歡迎的課程資源。

6.5個性化推薦模塊

本系統(tǒng)采用的是Top-N推薦算法，即將數(shù)據(jù)表中大量的對象進行排序，然后只需要取出最Top的前N名作為排行榜的數(shù)據(jù)。其工作過程為：（1）從數(shù)組中提出位置在前面的個元素，建立起該系統(tǒng)的最小堆。（2）自起將余下的各個元素進行循環(huán)，一旦某個元素大于最小堆的根節(jié)點，此時將根節(jié)點用來替換。（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

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

作者：沈荷英 單位：江蘇省武進中等專業(yè)學(xué)校