基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的高校輕量級財務系統(tǒng)設計

摘 要：針對傳統(tǒng)高校財務系統(tǒng)存在運行效率低、運行成本高以及運行性能不穩(wěn)定等問題，本文設計了一種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的高校輕量級財務系統(tǒng)。結(jié)合業(yè)務層、技術(shù)層及數(shù)據(jù)層的工作原理對系統(tǒng)電路和編碼器等硬件進行優(yōu)化，并引入決策樹擬合構(gòu)建財務管理關(guān)系模型，對高校財務數(shù)據(jù)進行交叉驗證，由此完成了軟件設計。系統(tǒng)測試表明，與傳統(tǒng)財務系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)實現(xiàn)了對高校財務數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控與有效挖掘，在運行效率、運行成本以及運行性能等方面均具有顯著優(yōu)勢，對提高高校財務管理水平具有積極意義。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；高校財務系統(tǒng)；輕量級；關(guān)系模型

中圖分類號： F 27 文獻標志碼：A

作為我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略指導方向，“創(chuàng)新驅(qū)動”離不開財務系統(tǒng)的有效輔助。目前，多數(shù)高校已有智能財務系統(tǒng)，在一定程度上成為高校正常運轉(zhuǎn)的必要組成部分。作為現(xiàn)代高校發(fā)展的趨勢，數(shù)字化已成為重點推進工作，為提高工作效率、實現(xiàn)數(shù)字化建設目標提供了支持[1]。而作為高校數(shù)字化建設過程中的核心，財務系統(tǒng)設計儼然成為當下所關(guān)注的重點。我國學界對高校財務系統(tǒng)方面的研究較多，例如趙男男[2]提出一種基于改進C4.5算法的高校財務系統(tǒng)，對原始財務數(shù)據(jù)進行預處理，降低數(shù)據(jù)屬性的冗余性；胡歐哲等[3]提出設計一種基于OCR技術(shù)的高校財務管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了信息化建庫管理，使財務安全管理效率得到提高。綜合文獻可知，雖然目前系統(tǒng)具有一定應用性，但是仍存在部分問題，例如缺少統(tǒng)一串口，導致運行效率低；海量數(shù)據(jù)未得到利用，無法起到管理作用。因此，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)思想，本文設計了一種高校輕量級財務系統(tǒng)，試驗證明，與傳統(tǒng)財務系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)能夠顯著提升運行效率、運行成本以及運行性能，具有良好的推廣價值。

1 整體設計

系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)了財務職能與決策管理等相關(guān)應用。在系統(tǒng)中，主要功能集中在數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)萃取以及數(shù)據(jù)分析等領域，通過這些功能，高?？梢缘玫揭粋€具有良好擴展性的財務平臺。從技術(shù)層面來看，系統(tǒng)整體設計采用了基于面向服務技術(shù)（Service Oriented Architecture，SOA）的輕量級SQLite數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)架構(gòu)利用SOA思想，從業(yè)務層、技術(shù)層以及數(shù)據(jù)層3個方面切入，構(gòu)建一系列規(guī)則來約束架構(gòu)過程。其中，根據(jù)業(yè)務和用戶需要，技術(shù)層負責提取整合后的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行深度分析，從而發(fā)現(xiàn)隱藏數(shù)據(jù)規(guī)律；財務數(shù)據(jù)通過技術(shù)層處理后進入業(yè)務層，該層將批量數(shù)據(jù)收集和線上數(shù)據(jù)收集作為核心業(yè)務模塊，將數(shù)據(jù)倉庫作為該層主體；數(shù)據(jù)層為用戶提供完善的訪問空間，該層通過多類型程序?qū)崿F(xiàn)了數(shù)據(jù)查詢工作。由此可見，在業(yè)務層、技術(shù)層以及數(shù)據(jù)層的基礎上，系統(tǒng)形成了一個起于數(shù)據(jù)收集，再經(jīng)數(shù)據(jù)挖掘分析，最后到展示的數(shù)據(jù)流控制系統(tǒng)。

2 硬件優(yōu)化

2.1 通信電路

因為系統(tǒng)功能外設及內(nèi)部芯片對電壓需求存在差異，所以需要向系統(tǒng)提供2種不同電壓（3V和5V），并且為了保證斷電后系統(tǒng)能夠正常運行，采用雙電源供電的方式，即額外增加鋰電池供電，由此確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性[4]。通信電路實現(xiàn)了系統(tǒng)硬件與服務器的數(shù)據(jù)交互，電路采用DART設計，如圖1所示。當單片機發(fā)送數(shù)據(jù)時，控制引腳為高電平，通過TXD發(fā)送數(shù)據(jù)；當單片機接收數(shù)據(jù)時，控制引腳為低電平，通過RXD接收數(shù)據(jù)。當自動收發(fā)（不用單片機引腳）數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)會自動通過RXD到單片機，當需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動通過TXD發(fā)送出去，即僅需要連接RXD和TXD引腳，不需要用引腳連接RE、DE引腳。

2.2 編碼器

系統(tǒng)設計以混合架構(gòu)為依據(jù)，其原因是系統(tǒng)業(yè)務繁雜且變換性較大，各功能需要應對不同場景[5]。在高校財務管理中，高流暢度極為重要，因此響應速度就成為開發(fā)重點。選用E6A2光電編碼器進行設計，編碼器工作原理如圖2所示。編碼器通過傳感裝置將輸入信號轉(zhuǎn)換為電信號，轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)過濾波、放大和數(shù)字化等處理，便于后續(xù)計算；處理后的電信號被發(fā)送到服務器，這些數(shù)字信號表示輸入信號在時間與空間上的變化。服務器對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，并根據(jù)控制目標調(diào)整輸出信號，以實現(xiàn)期望工作。此外，在編碼項目上，可以設立項目入賬、動態(tài)分析以及成本管控等內(nèi)容，由于編碼器是獨立運行的，因此可以有效實現(xiàn)上述功能。編碼器還附帶許多功能，可以提高高校財務的管理效率和財務管理的應用性[6]。利用高校財務管理系統(tǒng)電路設計并結(jié)合編碼器工作原理，進一步完成系統(tǒng)的硬件優(yōu)化。

3 軟件設計

3.1 構(gòu)建回歸模型

基于決策樹擬合構(gòu)建高校財務自變量與因變量之間的關(guān)系模型，通過線性回歸對其進行深度分析。因此，為了解2個變量之間具有何種關(guān)系，應構(gòu)建包括n個自變量的線性模型f，如公式（1）所示。

f=ω1+ω2z1+ω3z2+…+ωnzn+k1 " " "（1）

式中：k1為關(guān)系模型中的常數(shù)項；ωx（x=1，2，3，…，n）為第x個解釋變量zx（x=1，2，…，n）中的回歸系數(shù)。

線性回歸模型需要將方差作為常量，同時各個觀測值之間的關(guān)系也應互相獨立，殘差項與解釋變量也應處于獨立狀態(tài)，且要與正態(tài)分布相符合。當構(gòu)建模型時，通過計算決策樹預估量與方差預估量，實現(xiàn)高校財務管理的線性回歸，預估量e如公式（2）所示。

e=∑（f-ω'1-ω'2z1-ω'3z2-…ω'nzn）2 " " "（2）

式中：f為財務線性模型；ω'x（x=1，2，3，…，n）為財務管理中第x個殘差項zx（x=1，2，…，n）的回歸系數(shù)。

方差預估量e（v）如公式（3）所示。

（3）

式中：e為預估量；y為選取指標數(shù)；n為自變量數(shù)量。

通過決策樹擬合構(gòu)建自變量與因變量之間的關(guān)系模型，測算決策樹與方差的預估量，以此構(gòu)建財務線性回歸模型。

3.2 分析財務數(shù)據(jù)

不對高校財務信息進行假設，預測自變量與因變量的線性相關(guān)性，在財務數(shù)據(jù)分析上，采用樣本預估法測試高校財務數(shù)據(jù)的準確性，同時進行交叉驗證，如公式（4）所示。

（4）

式中：accuracy為預估精度；d為指標數(shù)量；λ為指標函數(shù)；f為財務線性模型；ωx為回歸系數(shù)；zn為解釋變量。

對因變量預估精度來說，通過樣本測試與交叉驗證的方法分析財務數(shù)據(jù)，隨后計算回歸預估精度，如公式（5）所示。

（5）

式中：accuracy為預估精度；d為指標數(shù)量；p為預估因子；f為財務線性模型；ωx為回歸系數(shù)；zn為解釋變量。

對財務數(shù)據(jù)進行交叉驗證后再計算回歸預估精度，以此完成財務數(shù)據(jù)分析過程。

3.3 設計運算流程

在JSP模式的基礎上，采用輕量級SQLite設計數(shù)據(jù)庫，由此實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接。SQLite能夠簡化操作，使數(shù)據(jù)庫在功能上更規(guī)范。系統(tǒng)運算流程如圖3所示，可以將其概括為5個步驟。1）通過loadclass模式，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫版本將傳入?yún)?shù)設置為Sqlite。2）設定數(shù)據(jù)用戶名、密碼以及地址等連接，并采用Getconnection（）將參數(shù)傳入到系統(tǒng)中。3）通過Gotostatement（）創(chuàng)建對象。4）根據(jù)各次返回的next實現(xiàn)數(shù)據(jù)移動，將數(shù)據(jù)表與索引關(guān)聯(lián)在一起，判定返回結(jié)果。5）關(guān)閉步驟2，其間會產(chǎn)生部分運算損耗，因此在關(guān)閉前應完成所有步驟。根據(jù)運算流程實現(xiàn)了財務管理步驟與系統(tǒng)軟件設計。

4 系統(tǒng)測試

4.1 試驗參數(shù)

為了驗證本系統(tǒng)在運行效率與運行成本等方面的性能，在Simulia仿真平臺上將其與傳統(tǒng)高校財務系統(tǒng)進行比較測試，根據(jù)系統(tǒng)驗證試驗設定來確定試驗參數(shù)，見表1。

4.2 運行效率

基于試驗參數(shù)，2種系統(tǒng)的運行效率試驗結(jié)果如圖4所示。由試驗可知，本系統(tǒng)在管理財務數(shù)據(jù)信息時的運行效率最高，其原因是本系統(tǒng)能夠?qū)ω攧諗?shù)據(jù)信息進行線性回歸分析，同時可以利用輕量級SQLite減少系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸量，由此顯著提高系統(tǒng)的運行效率。

4.3 運行成本

比較本系統(tǒng)與傳統(tǒng)高校財務系統(tǒng)的運行成本，結(jié)果如圖5所示。由試驗可知，本系統(tǒng)在數(shù)次迭代過程中的運行成本始終比傳統(tǒng)高校財務系統(tǒng)低，表明本系統(tǒng)在傳輸財務數(shù)據(jù)信息的過程中能夠保持較高水平，其原因是本系統(tǒng)在運行時先對財務數(shù)據(jù)進行分析，從而降低運行成本。

4.4 運行性能

為了進一步驗證系統(tǒng)運行性能，將財務數(shù)據(jù)分別寫入本系統(tǒng)的SQLite數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)高校財務系統(tǒng)的MariaDB數(shù)據(jù)庫，并在2種數(shù)據(jù)庫中對客戶端數(shù)據(jù)進行查詢和檢索等操作。針對數(shù)據(jù)庫特點進行性能測試，在建立Sharding進程的基礎上測試單線程批量數(shù)據(jù)寫入，結(jié)果如圖6所示。由試驗可知，在相同讀寫次數(shù)狀態(tài)下，本系統(tǒng)始終保持較短的反應時間，運行性能穩(wěn)定。

5 結(jié)語

綜上所述，為了進一步完善高校內(nèi)部財務管理制度、持續(xù)優(yōu)化資源配置，本文針對傳統(tǒng)財務系統(tǒng)存在的各類問題設計了一種輕量級財務系統(tǒng)，該系統(tǒng)應用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在設計環(huán)節(jié)使項目入賬、動態(tài)分析以及成本管控統(tǒng)一，通過系統(tǒng)軟硬件優(yōu)化完成了系統(tǒng)整體設計，實現(xiàn)了財務數(shù)據(jù)的有效管控。試驗表明，系統(tǒng)在運行效率、運行成本以及運行性能等方面具有良好的效果，起到了加強高校財務數(shù)據(jù)管理效果與便于制定決策的作用，現(xiàn)實意義與應用價值均滿足現(xiàn)實需求。后續(xù)可在輕型數(shù)據(jù)加密與解密方面深入研究，以此不斷改進并完善系統(tǒng)功能。

參考文獻

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