基于大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)的學(xué)生寢室管理系統(tǒng)研究

胡韜 杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 引言

學(xué)生寢室管理是學(xué)校教育系統(tǒng)的重要組成部分，是學(xué)校學(xué)風(fēng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前，隨著在校學(xué)生人數(shù)的不斷增加，高校學(xué)生寢室出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如學(xué)生寢室不歸問(wèn)題。因此，如何正確管理和有效的管理寢室成為高校管理者一直探討和研究的問(wèn)題。而今，微信小程序的應(yīng)用已被高校逐步接受和應(yīng)用，多所高校采用了基于微信小程序的課堂管理系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，起到巨大作用。本文介紹使用微信小程序、大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)學(xué)生歸寢問(wèn)題進(jìn)行有效信息化管理。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)的前臺(tái)UI是基于微信小程序自定義的WXML、WXSS、JS語(yǔ)言，WXML用來(lái)描述頁(yè)面的結(jié)構(gòu)，WXSS描述頁(yè)面的樣式，JS處理頁(yè)面和用戶之間的交互，類似于網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)中的HTML、CSS、JS語(yǔ)言，前臺(tái)微信小程序用來(lái)收集學(xué)生的簽到信息，一個(gè)微信號(hào)只能綁定一個(gè)賬號(hào)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、方便的的簽到管理。后臺(tái)使用了PHP語(yǔ)言，并且使用了thinkphp框架搭建，對(duì)使用人員、學(xué)生信息以及簽到記錄進(jìn)行了管理，該后臺(tái)有三種用戶角色管理員、輔導(dǎo)員和班主任。本系統(tǒng)使用了深度學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)收集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和歸納，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并使用模型對(duì)學(xué)生是否晚歸的現(xiàn)象進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并對(duì)相關(guān)學(xué)生進(jìn)行提醒。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 微信小程序?qū)崿F(xiàn)

該系統(tǒng)用微信小程序來(lái)收集學(xué)生的簽到信息。微信小程序的框架采用MVC開(kāi)發(fā)思想，包括邏輯層、視圖層和基礎(chǔ)層，采用WXML(HTML5)、WXSS(CSS)和JavaScript技術(shù)，具有加載速度快，不需要下載，用戶體驗(yàn)優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)。登陸該系統(tǒng)中的微信小程序后可以選擇注冊(cè)用戶角色：寢室長(zhǎng)或者寢室成員，如圖1所示。點(diǎn)擊注冊(cè)成為寢室長(zhǎng)，如圖2所示，需要輸入寢室長(zhǎng)的學(xué)號(hào)、姓名和電話號(hào)碼；點(diǎn)擊注冊(cè)成為寢室成員，如圖3所示，需要輸入寢室成員的學(xué)號(hào)、姓名和電話號(hào)碼。正確輸入信息后可以進(jìn)行微信號(hào)和一個(gè)學(xué)生信息綁定，一個(gè)微信號(hào)只能綁定一個(gè)學(xué)生信息，學(xué)生第二次登陸微信小程序的時(shí)候就不用再次綁定。寢室長(zhǎng)注冊(cè)完成以后，可以對(duì)寢室四個(gè)同學(xué)的狀態(tài)進(jìn)行簽到，每個(gè)同學(xué)都有四種狀態(tài)：在寢，簽離，未簽已確認(rèn)和失聯(lián)，如圖4所示。寢室成員登錄后可以查看自己的簽到狀況。

圖1 小程序主界面

圖2寢室長(zhǎng)注冊(cè)頁(yè)面

圖3 寢室成員注冊(cè)頁(yè)面

圖4 簽到頁(yè)面

3.2 后臺(tái)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

后臺(tái)的代碼編寫(xiě)采用了PHP語(yǔ)言，PHP相較于其他語(yǔ)言，開(kāi)放源代碼，能快速搭建項(xiàng)目，跨平臺(tái)性強(qiáng)。后臺(tái)搭建使用了thinkphp框架，thinkphp框架簡(jiǎn)單易用，各種功能齊全，易于擴(kuò)展后續(xù)功能，后臺(tái)的搭建基于騰訊云服務(wù)器，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Mysql管理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

學(xué)生寢室管理系統(tǒng)后臺(tái)功能如下圖5所示，共分為四個(gè)模塊：未處理頁(yè)面、人員管理頁(yè)面、學(xué)生管理頁(yè)面和歷史記錄頁(yè)面。后臺(tái)管理在登錄后首先進(jìn)入的頁(yè)面是未處理的頁(yè)面，未處理的頁(yè)面顯示的是昨晚未簽到的學(xué)生，包括學(xué)生的班級(jí)、姓名、寢室長(zhǎng)和寢室長(zhǎng)的聯(lián)系方式；人員管理頁(yè)面可以對(duì)后臺(tái)不同身份的登陸者進(jìn)行添加、編輯和刪除，管理員身份有最高的權(quán)限，可以對(duì)所有登陸者、學(xué)生進(jìn)行查看和管理，班主任只能對(duì)自己班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行查看和管理；學(xué)生管理頁(yè)面顯示所有學(xué)生的信息，可以通過(guò)excel表格導(dǎo)入學(xué)生的信息，批量刪除學(xué)生的信息，編輯學(xué)生的信息，有條件的查找學(xué)生的信息；歷史記錄頁(yè)面顯示的是學(xué)生的簽到信息，分別顯示學(xué)生簽到的四種狀態(tài)：未簽到、在寢、簽離、未簽已確認(rèn)和失聯(lián)，可以通過(guò)五種狀態(tài)精確查找相對(duì)應(yīng)的學(xué)生。

圖5 學(xué)生寢室管理系統(tǒng)后臺(tái)功能

3.3 學(xué)生晚歸提醒功能實(shí)現(xiàn)

在學(xué)生寢室管理的過(guò)程中，鑒于學(xué)生晚歸的問(wèn)題較嚴(yán)重，在本系統(tǒng)中，我們應(yīng)用深度學(xué)習(xí)tensorflow框架，搭建深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)發(fā)了學(xué)生晚歸提醒這一功能，當(dāng)學(xué)生有較大概率晚歸時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行提醒。

首先我們對(duì)學(xué)生的晚歸情況進(jìn)行了數(shù)據(jù)收集，在收集學(xué)生是否晚歸的同時(shí)，我們還收集了當(dāng)天學(xué)生的人際關(guān)系、學(xué)習(xí)壓力、學(xué)習(xí)成績(jī)、心情的好壞和家庭情況五個(gè)特征值，每個(gè)特征值的取值范圍都是零到十，然后我們構(gòu)建了一個(gè)兩層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入層為X，X是一個(gè)具有五個(gè)元素的一維向量，五個(gè)元素分別對(duì)應(yīng)五個(gè)特征值，第一層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有64個(gè)神經(jīng)元，第二層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有32個(gè)神經(jīng)元，輸出層為Y，Y是一個(gè)具有兩個(gè)元素的一維向量，兩個(gè)元素分別對(duì)應(yīng)晚歸和按時(shí)歸寢的概率，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如圖6所示，定義損失函數(shù)為交叉熵?fù)p失函數(shù)reduce_mean，優(yōu)化器為AdamOptimizer。使用收集到的數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，保存訓(xùn)練后的模型，在系統(tǒng)中使用模型對(duì)學(xué)生的晚歸情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖6 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一個(gè)基于微信小程序的學(xué)生寢室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的方案。設(shè)計(jì)基于微信小程序的簽到功能，并應(yīng)用人工智能技術(shù)到該系統(tǒng)中，通過(guò)收集到的大數(shù)據(jù)，訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，應(yīng)用該模型對(duì)學(xué)生的晚歸情況進(jìn)行預(yù)測(cè)并提醒。目前，該小程序已在學(xué)校進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，學(xué)生能夠在寢室快速簽到，學(xué)生有事時(shí)不在寢室時(shí)方便請(qǐng)假，對(duì)提高學(xué)校效率、提升學(xué)校寢室管理水平和提升優(yōu)良學(xué)風(fēng)具有積極意義。