智慧校園建設(shè)中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用研究

戴慧敏，唐富文，羅 政

（湖南工學(xué)院，湖南 衡陽 421000）

1.引言

在信息技術(shù)高速發(fā)展的影響下，目前大部分高校的智慧校園建設(shè)都或多或少得到了一定的發(fā)展。學(xué)校的人數(shù)是非常多的，而校園中的各類設(shè)備以及各個系統(tǒng)平臺時時刻刻都在產(chǎn)生數(shù)據(jù)，所以這些數(shù)據(jù)量非常龐大，這也意味著需要分析處理的數(shù)據(jù)量是龐大的，任務(wù)是艱巨的，這對校園數(shù)據(jù)的處理提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式漸漸沒有辦法滿足大量數(shù)據(jù)處理的需求，所以急需更有效的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

2.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)概述

隨著計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展進步，計算機各種技術(shù)越來越多地應(yīng)用到了我們的學(xué)習(xí)、生活中，因此而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也正在快速增長。那么，在這樣大量的數(shù)據(jù)中如何找到或提取我們所需要的信息，這就是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)要完成的主要工作。數(shù)據(jù)挖掘的過程就是運用機器學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計學(xué)及人工智能等多種方法首先從大量的模糊數(shù)據(jù)中找到出隱含在其中的部分有用數(shù)據(jù)，然后需要對這些數(shù)據(jù)進行清洗、集成，利用不同算法完成數(shù)據(jù)選擇、挖掘，最后實現(xiàn)模式的評估和信息的表示，讓這些雜亂無規(guī)則的數(shù)據(jù)成為對用戶有價值的信息[1]。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)需要融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)測、分類并進行關(guān)聯(lián)分析和數(shù)據(jù)總結(jié)，最終從大量數(shù)據(jù)中提取到有用信息進行反饋[2]。

將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到智慧校園的建設(shè)過程中來，指的是將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)用于智慧校園中各類數(shù)據(jù)資源的處理，使智慧校園在工作和學(xué)習(xí)各方面為老師學(xué)生提供方便，也能夠為學(xué)校的教學(xué)和管理工作提供更優(yōu)質(zhì)便捷的服務(wù)。首先，它能夠處理的數(shù)據(jù)量是比較大的；其次，它能對不同類型的數(shù)據(jù)進行處理；此外，在應(yīng)用方面它有密度低和價值大的效果，一些零散的、類型不同的數(shù)據(jù)，可以利用技術(shù)的分析手段，挖掘出信息中的潛藏的價值，以便于進一步的研究和使用。因此將大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到智慧校園的建設(shè)中，能為學(xué)校建設(shè)發(fā)展提供更好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

3.智慧校園

智慧校園是高校信息化建設(shè)的進一步發(fā)展，是對數(shù)字校園建設(shè)的完善和提升。智慧校園基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及云計算等技術(shù)，聯(lián)合校園運作中的各類數(shù)據(jù)，綜合各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)對校園的管理和學(xué)習(xí)生活等業(yè)務(wù)進行融合，從而實現(xiàn)校園的教學(xué)管理和師生學(xué)習(xí)生活環(huán)境的智能化和一體化。智慧校園有三個核心的特征：首先是協(xié)同互聯(lián)，智慧校園的建設(shè)是為了給學(xué)校的管理層面、教師的教學(xué)方面以及綜合服務(wù)方面都能提供計算機網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)平臺，這樣一來，將高校中的多個方面多個環(huán)節(jié)結(jié)合起來，一方面能夠發(fā)展各方面的協(xié)同合作，另一方面也提高了管理人員和教師的工作和教學(xué)的效率；第二，智慧校園提供的信息管理服務(wù)系統(tǒng)除了全面還具有智能化的特點，智慧校園的服務(wù)平臺能夠根據(jù)校園中不同用戶的特征和需求提供個性化的定制服務(wù)；最后，智慧校園作為學(xué)校與外面世界的接口，能夠方便校園內(nèi)的師生獲取外面的最新信息，有增強學(xué)校與外面社會之間聯(lián)系的作用[3]。

智慧校園的建設(shè)目前在大部分高校中已經(jīng)取得了不錯的成果，比如“校園一卡通”業(yè)務(wù)，通過一張卡即可完成校內(nèi)消費、門禁、借書等功能；在學(xué)習(xí)上，大部分校園實現(xiàn)了在線輔助教學(xué)、監(jiān)控考試情況等[4]。隨著連接實體的數(shù)量越來越多，目前對數(shù)據(jù)的處理也提出了更高的要求，而對于這些數(shù)據(jù)的處理和利用與學(xué)校的管理和學(xué)生生活的各個方面都有很大的關(guān)系，因此將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到智慧校園建設(shè)中，對產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進行快速有效的分析處理并進一步挖掘，能為學(xué)校的建設(shè)和發(fā)展提供數(shù)據(jù)依據(jù)以及技術(shù)的支持，能實現(xiàn)學(xué)校的教學(xué)管理工作和師生學(xué)習(xí)生活環(huán)境的進一步智能化。

4.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 構(gòu)建智慧校園數(shù)據(jù)挖掘平臺

隨著智慧校園的建設(shè)發(fā)展，各方面收集而來的數(shù)據(jù)信息越來越龐大的，且這些數(shù)據(jù)的來源復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多樣，那么智慧校園建設(shè)的重點就在于怎樣才能在這大量的復(fù)雜數(shù)據(jù)中找到所需要的有用信息。在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基礎(chǔ)上可以架構(gòu)一個基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)挖掘平臺，平臺可采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的平臺有三個層次，由上至下分別是顯示層，中間層和數(shù)據(jù)層。其中，顯示層集中在瀏覽器端，中間層和數(shù)據(jù)層集中在服務(wù)器端。

圖1 智慧校園數(shù)據(jù)挖掘平臺結(jié)構(gòu)

顯示層即界面層，是訪問平臺的接口，以頁面形式展現(xiàn)。它采用面向服務(wù)式的構(gòu)架模式。用戶通過顯示層的界面訪問系統(tǒng)，輸入?yún)?shù)，系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)從大量的數(shù)據(jù)中篩選出有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，通過分析處理后，挖掘出滿足用戶要求的數(shù)據(jù)，并將挖掘的信息結(jié)果通過圖形化的界面顯示給用戶，以此為用戶提供各方面服務(wù)，讓智慧校園的使用更加便捷。

中間層是平臺的核心，主要實現(xiàn)算法的運行、數(shù)據(jù)的處理和結(jié)果的轉(zhuǎn)換。中間層以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為依托，根據(jù)接受到的用戶的請求訪問符合要求的數(shù)據(jù)并選擇合適的挖掘算法對數(shù)據(jù)進行處理，最后再把處理的數(shù)據(jù)結(jié)果進行轉(zhuǎn)換并返回到顯示層。其中數(shù)據(jù)的處理包括數(shù)據(jù)清洗，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘幾個步驟。首先，需要對收集來的大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)完成清洗、篩選以及存儲操作。然后，需要利用數(shù)據(jù)處理或管理的工具將這些非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行分類、統(tǒng)計和聚類處理。最后，在分析完數(shù)據(jù)之后，中間層還可以通過各種挖掘算法進一步對各類數(shù)據(jù)進行更深一部的挖掘并進行關(guān)聯(lián)分析，從而將隱藏在數(shù)據(jù)背后的有價值的信息提取出來。

數(shù)據(jù)層是中間層的數(shù)據(jù)來源，它利用智慧平臺收集各類數(shù)據(jù)信息并將這些數(shù)據(jù)初步進行量化處理，即對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以提供給中間層對數(shù)據(jù)進行更好的挖掘。數(shù)據(jù)層是通過智慧校園中的各種傳感技術(shù)、傳感設(shè)備以及各類平臺進行校園中各類活動原始數(shù)據(jù)的收集，例如教師的教學(xué)數(shù)據(jù)信息、學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)信息、學(xué)生的生活數(shù)據(jù)以及教學(xué)設(shè)備各類儀器的數(shù)據(jù)信息等，為智慧校園的數(shù)據(jù)挖掘平臺提供大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.2 實現(xiàn)校園管理的智能化

智慧校園基于以上構(gòu)建的數(shù)據(jù)挖掘平臺可以將有用的信息從校園大數(shù)據(jù)中挖掘和提取出來，并能夠進行數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)的計算和數(shù)據(jù)共享，使之服務(wù)于所有應(yīng)用系統(tǒng)，從而實現(xiàn)服務(wù)的基于角色特征的個性化。在此同時，它能夠引導(dǎo)和幫助信息化教育的工作人員不再困于以前的繁瑣業(yè)務(wù)，將信息化教育的業(yè)務(wù)工作推向基于數(shù)據(jù)挖掘的個性化服務(wù)模式[5]，由此真正實現(xiàn)智慧校園的智能化、智慧化。

4.2.1 在教學(xué)環(huán)境中的應(yīng)用

智慧校園的特色之一在于基于這些海量數(shù)據(jù)的分析挖掘而掌握教與學(xué)的相關(guān)特征和規(guī)律，從而展開智慧的個性化教學(xué)應(yīng)用[6]。對數(shù)據(jù)進行分析與挖掘后，能夠使學(xué)校師生通過數(shù)據(jù)知道自己的教與學(xué)的情況，并且能夠通過分析結(jié)果進一步了解到數(shù)據(jù)背后隱藏的指導(dǎo)信息，這能夠幫助用戶在教學(xué)或者學(xué)習(xí)過程中做出針對性的調(diào)整策略，開展個性化的教與學(xué)。

教學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘可以分為聚類分析和關(guān)聯(lián)分析。聚類分析把各類信息分別聚類，得出基于這些信息的類別；而關(guān)聯(lián)分析把聚類的結(jié)果和其他信息做關(guān)聯(lián)分析，以找出數(shù)據(jù)集之間有意義的聯(lián)系。比如學(xué)生的考勤數(shù)據(jù)、圖書借閱數(shù)據(jù)、寢室的門禁數(shù)據(jù)以及學(xué)生上網(wǎng)時長數(shù)據(jù)可以先進行聚類分析，然后再與學(xué)生的個人基本信息以及學(xué)生的成績數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析，從而找出其中有意義的關(guān)聯(lián)。教學(xué)信息、學(xué)生培養(yǎng)信息能讓學(xué)生方便地了解學(xué)習(xí)情況，通過分析成績的動態(tài)化過程，可以提供學(xué)生及時作好自我規(guī)劃。而進一步的數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘，能夠幫助管理者進行學(xué)情分析，為優(yōu)化教學(xué)進度、教學(xué)模式提供指導(dǎo)，從而提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

4.2.2 在學(xué)生管理中的應(yīng)用

智慧校園收集到的各類信息可以分類用來建立行為數(shù)據(jù)庫，記錄學(xué)生的課程數(shù)據(jù)、考勤數(shù)據(jù)、門禁數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)成績數(shù)據(jù)以及上網(wǎng)時長數(shù)據(jù)等。在對數(shù)據(jù)進行處理后依據(jù)分析統(tǒng)計結(jié)果可以得到一個正常的范圍值，在學(xué)生出現(xiàn)較多行為異常時給出相應(yīng)預(yù)警，如曠課預(yù)警、夜不歸宿預(yù)警、心理健康預(yù)警等，如果發(fā)現(xiàn)有學(xué)生的行為數(shù)據(jù)超過設(shè)定的范圍值，那么可以通過多種方式提醒管理人員對該學(xué)生進行關(guān)注，從而幫助管理人員及時發(fā)現(xiàn)問題學(xué)生。

其次，根據(jù)一卡通收集的學(xué)生早飯、午餐、晚餐的消費數(shù)據(jù)以及水電、洗浴和學(xué)校超市購物等消費數(shù)據(jù)記錄，可以了解到學(xué)生的各類基本消費支出情況，幫助班主任和輔導(dǎo)員對家庭困難學(xué)生、普通學(xué)生的消費信息進行對比分析，在學(xué)生的助學(xué)金發(fā)放和助學(xué)貸款的申請方面為管理者提供一定的依據(jù)和幫助，提高助學(xué)金資助和助學(xué)貸款發(fā)放的效率。

4.2.3 在后勤服務(wù)方面的應(yīng)用

智慧校園通過對學(xué)校食堂、宿舍區(qū)超市消費數(shù)據(jù)的挖掘和進一步分析，可以了解在食堂或校園超市各時間段的人流量情況以及消費數(shù)據(jù)，從而為同學(xué)們就餐時間的選擇以及對管理者在超市、餐廳的經(jīng)營策略提供依據(jù)，為后勤部門提供信息指導(dǎo)。此外通過門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理還可實現(xiàn)寢室監(jiān)管的自動化，幫助規(guī)范化學(xué)生宿舍的管理。當(dāng)然，還有更多智能化管理模式和人性化服務(wù)等著我們?nèi)グl(fā)掘。

5.結(jié)語

將大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與智慧校園建設(shè)進行融合，既能為智慧校園平臺的總體框架提供支撐，又能為各類校園智能管理平臺提供技術(shù)支持，通過挖掘出有價值的信息資源，促進高校信息化建設(shè)的進程。