（交通信息工程及控制专业论文）模糊关联规则算法在教务管理系统中的应用研究.pdf

摘要 摘要 教务管理系统是一个系统性的工程，是技术和教学管理业务相结合的产物。作为教 学信息化的最新发展，教务管理系统实现了日常的教学管理工作，取代了以前手工操作， 降低管理人员工作强度，改善服务质量，满足管理人员、教师、学生等多方需要，提高 了工作效率。 在整个教学管理中存在着很多的数据，比如有学生的基本信息数据、课程数据、学 生考试成绩数据、教学计划数据等，这些数据都是错综复杂，相互联系。如果把这些数 据分析出来，可以很好地为教学服务；否则这些数据就成了废的数据。数据挖掘能从大 量的日常积累的数据中发现潜在的、有价值的信息和知识，用于支持决策。数据挖掘有 着广泛的商业应用潜能，是知识发现与知识管理研究中的一个很有应用价值的新领域。 因此在教务管理系统中融入数据挖掘技术是未来的发展方向，具有广阔的前景。 本文研究工作鉴于此展开。论文首先介绍了课题的来源、研究意义，并分析了国内 外教务管理系统、数据挖掘的研究现状及发展趋势，提出了关联规则的挖掘问题。然后 对教务管理系统、数据挖掘进行了概括描述，全面系统的阐述了教务管理的流程与设计 和数据挖掘的基础理论以及应用技术，详细论述了模糊关联规则技术在教务管理系统选 课系统中的应用。在此基础上，全面深入的研究了模糊关联规则挖掘技术，从分析传统 的模糊关联规则挖掘算法入手，引出该算法的不足并提出了改进算法，给出了性能分析， 并设计和实现了一个算法模型，用实验结果表明算法的有效性。从理论方面讨论了关联 规则的应用一关联分类，证明其优越性。最后从技术和应用的角度探讨了教务管理中数 据挖掘的应用，通过实证分析，发现和解决实际应用中的具体问题。 关键词：教务系统；选课系统；数据挖掘；模糊关联规则；关联分类 大连交通大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t a c a d e m i cm a n a g e m e n ts y s t e mi sas y s t e m a t i cp r o j e c tm a n a g e m e n tt e c h n i q u e sa n d t e a c h i n gi s t h er e s u l to fc o m b i n i n gb u s i n e s s a sat e a c h i n gt h el a t e s td e v e l o p m e n t si n i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，e d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e mt oa c h i e v et h em a n a g e m e n to ft h e d a y - t o - d a yt e a c h i n g ，r e p l a c e st h ep r e v i o u sm a n u a lo p e r m i o n s ，r e d u c i n gm a n a g e m e n ts t a f f s t r e n g t h ，i m p r o v es e r v i c eq u a l i t y ，a n dm e e tt h em a n a g e m e n ts t a f f , t e a c h e r s ，s t u d e n t sa n do t h e r p a r t i e sc o n c e m e da r er e q u i r e dt oe n h a n c ew o r ke f f i c i e n c y i nt h ee n t i r et e a c h i n gm a n a g e m e n ti nal o to fd a t a , s u c ha sas t u d e n t sb a s i ci n f o r m a t i o n a n dd a t a , d a t ac o u r s e s ，s t u d e n t se x a m i n a t i o nr e s u l t sd a t a , e d u c a t i o n a lp r o g r a m sa n dd a t a , a n d t h e s ed a t aa r ec o m p l e xa n di n t e r r e l a t e d i ft h ed a t aa n a l y s i sf r o mt h e s ec a nb ev e r yg o o df o r t h et e a c h i n gs e r v i c e ，o t h e r w i s et h e s ed a t aw i l lb e c o m et h ea b o l i t i o no ft h ed a t a m i n i n gd a t a f r o mal a r g en u m b e ro fd a y - t o d a ya c c u m u l a t i o no fd a t af o u n dp o t e n t i a l ，v a l u a b l ei n f o r m a t i o n a n dk n o w l e d g e ，u s e dt os u p p o r td e c i s i o n m a k i n g d a t am i n i n gs h a r eaw i d e r a n g eo fp o t e n t i a l c o m m e r c i a la p p l i c a t i o n s ，k n o w l e d g em a n a g e m e n ta n dk n o w l e d g ed i s c o v e r yi nt h es t u d yo fa p r o m i s i n gn e wa r e a so fa p p l i c a t i o n t h e r e f o r e ，i nt h ea c a d e m i cm a n a g e m e n ts y s t e m i n t e g r a t i o no fd a t am i n i n gt e c h n o l o g yi st h ef u t u r ed i r e c t i o no fd e v e l o p m e n t , h a sb r o a d p r o s p e c t s i nv i e wo ft h i sp a p e rw o r ks t a r t e d f i r s tp a p e r so nt h eo r i g i no ft h es u b j e c t ，r e s e a r c h s i g n i f i c a n c e ，a n dt h es e n a t ea th o m ea n da b r o a do fm a n a g e m e n ts y s t e m s ，d a t am i n i n go nt h e s t a t u sq u oa n dd e v e l o p m e n t 骶i l do fp r o p o s e d1 1 1 i 1 1 i n ga s s o c i a t i o nr u l e s t h e no nt h e e d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e m ，d a t am i n i n gf o ras u m m a r yd e s c r i p t i o no fac o m p r e h e n s i v e ， s y s t e m a t i ce x p o s i t i o no ft h es e n a t ea n dt h em a n a g e m e n to ft h ed e s i g np r o c e s sa n dt h eb a s i s o fd a t am i n i n gt h e o r ya n da p p l i c a t i o no ft e c h n o l o g y ，d i s c u s s e di nd e t a i lt h ef u z z ya s s o c i a t i o n r u l e si nt h es e n a t em a n a g e m e n ts y s t e ma p p l i c a t i o no ft h es y s t e mo fs e l e c t i n gc o u r s e s o n t h i sb a s i s ，c o m p r e h e n s i v ea n di n d e p t hs t u d yo ft h ef u z z ya s s o c i a t i o nr u l em i n i n gt e c h n o l o g y ， f r o mt h et r a d i t i o n a l a n a l y s i so ft h ef u z z ya s s o c i a t i o nr u l em i n i n ga l g o r i t h ms t a r t ，t h e a l g o r i t h ml e a d st ot h ed e f i c i e n c i e sa n dp r o p o s ea ni m p r o v e da l g o r i t h r ng i v e st h ep e r f o r m a n c e a n a l y s i s ，a n dd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fa na l g o r i t h mm o d e lw i t he x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o wt h a tt h ee f f e c t i v e n e s so ft h ea l g o r i t h m i nt h e o r yd i s c u s s e dt h ea p p l i c a t i o no fa s s o c i a t i o n r u l e s a s s o c i a t e dc l a s s i f i c a t i o nt op r o v et h e i rs u p e r i o r i t y f i n a l l yf r o mt h ep e r s p e c t i v eo f t e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o n sm a n a g e m e n to ft h es e n a t ei nd a t am i n i n ga p p l i c a t i o n s ，t h r o u g h e m p i r i c a la n a l y s i s ，t od i s c o v e ra n ds o l v ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no fs p e c i f i ci s s u e s k e y w o r d s ：s e n a t es y s t e m ；e l e c t i v es y s t e m ；d a t am i n i n g ；f u z z ya s s o c i a t i o nr u l e s ； a s s o c i a t e dc l a s s i f i e a t i o n i i 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太整銮通太堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太整塞通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太整銮通太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权太整銮通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 、 又。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名： 日期：瑚年 月乃1 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电子信箱： 电话o 邮编： 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得太整銮通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 溉黼鲐静 日期： 妒g 年岁月：；1 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 随着教育信息化进程的不断推进，各高校已经逐渐建立了自己的校园网，并以此开 展了相应的教学和管理应用。教务管理信息系统作为高校信息化的一个重要组成部分， 正逐渐改变着传统的教务管理模式，逐步提高着教务管理人员以及师生员工的工作效 率。但高校的持续扩招和各种应用需求的不断增长，对教务管理信息系统的性能和服务 质量又提出了更高的要求，尤其是对于像选课这样工作量比较大，过程又比较繁琐的教 学管理业务，更是如此。所以，我们根据自己学校的需求开发了一套教务管理系统。 1 2 课题的来源及研究意义 1 2 1 课题的来源 教务管理系统的构建使学校各部门的信息得到了整合，但是由于每年都有学生毕 业，都有新生进校，经过几年的时间，教务管理系统中的数据量是非常庞大的，造成系 统性能下降，而且很多数据都是冗余的。所以我们需要对数据进行挖掘，对系统做进一 步的优化，使教务管理系统能更好地为教学服务。 数据挖掘的算法有很多，最常用的数据挖掘技术有：模糊逻辑和粗糙集方法( f u z z y l o g i ca n dr o u g hs e t ) 、人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k s ) 、遗传算法( g e n e t i c a l g o r i t h m s ) 、决策树( d e c i s i o nt r e e s ) 、临近搜索算法( n e a r e s tn e i g h b o rm e t h o d ) 、 规则推理( r u l ei n d u c t i o n ) 等。通常一种算法都有其极限性，比如，经典的a p r i o r i 算 法用于挖掘教务管理信息系统，存在着一些问题，如随着学生的增多，数据仓库中的数 据将越来越多，此方法如果不加以改进，会使得在用a p r i o r i 算法进行关联规则挖掘时 产生大量的侯选集，生成频繁项目集的时间大大加长，因此降低了系统的效率，甚至会 成为影响系统性能的瓶颈。 为解决这一个问题，我们将模糊概念应用于数据挖掘算法，就是将经典的a p r i o r i 算法拓广到模糊项目( 或模糊事务) 中，为事务的每一种模糊属性划分的数目，然后把 每个属性的所有可能值映射到模糊集中，查找出其支持度大于用户所给定的最小支持度 的大项集i 通过采用模糊关联规则，有效地提高了教务管理系统的性能。所以，我们不 仅只是对系统的数据进行挖掘，而且更重要的是通过数据挖掘，我们可以发现很多有价 值的关联，从而可以提高决策水平，提高教学工作质量。 大连交通大学工学硕士学位论文 1 2 2 数据挖掘的国内外研究现状 自数据库中发现知识( k n o w l e d g ed i s c o v e r yi nd a t a b a s e ，k d d ) 一词首次出现在 1 9 8 9 年8 月举行的第1 1 届国际联合人工智能学术会议以来，迄今为止由美国人工智能 协会主办的国际研讨会已经召开了1 3 次，规模由原来的专题讨论会发展到国际学术大 会，人数由- - = 十人到超过千人，论文收录数量也迅速增加，研究重点也从发现方法逐 渐转向系统应用直到转向大规模综合系统的开发，并且注重多种发现策略和技术的集 成，以及多种学科之间的相互渗透。到了1 9 9 5 年，在美国计算机年会( a c m ) 上，提 出了数据挖掘( d a t am i n i n g ，d m ) 的概念，即通过从数据库中抽取隐含的、未知的、 具有潜在使用价值信息的过程。数据挖掘是k d d 过程中最为关键的步骤。 与国外相比，国内对数据挖掘的研究稍晚，没有形成整体力量。1 9 9 3 年国家自然科 学基金首次支持该领域的研究项目。目前，国内的许多科研单位和高等院校竞相开展知 识发现的基础理论及其应用研究，这些单位包括清华大学、中科院计算技术研究所、空 军第三研究所、海军装备论证中心等。其中，北京系统工程研究所对模糊方法在知识发 现中的应用进行了较深入的研究，北京大学也在开展对数据立方体代数的研究，华中理 工大学、复旦大学、浙江大学、中国科技大学、中科院数学研究所、吉林大学等单位开 展了对关联规则开采算法的优化和改造南京大学、四川联合大学和上海交通大学等单位 探讨、研究了非结构化数据的知识发现以及w e b 数据挖掘。 1 2 3 课题的研究意义 教务管理系统的实现改变了原来手工操作的模式，提高了教学管理的水平。但是教 务管理系统还存在着不足的地方，就是没有对数据进行分析给管理者提供决策的依据。 我们采用模糊关联规则对数据进行分析，可以把有用的数据从数据库提取出来，然后得 出数据之问的关联性，这样管理人员很容易从分析的结果表中做出明确的决策。采用模 糊关联规则可以减少数据的冗余，提高系统的性能，可以让很多的工作人员从繁琐的教 务管理中解放出来，达到提高工作效率，降低人员工作强度的目的，改善服务质量，满 足管理人员、教师、学生等多方需要进，而提高学校的教学管理能力。 1 3 本课题的主要研究工作 我参加教务管理已有几年的时间，对教务系统的处理流程来说有一定的把握，所以 在教务管理系统的开发过程中，我结合自己的实践经验和专业知识主要负责对系统的分 析、设计和实现的工作。在本论文中，我们主要研究在教务管理系统中的选课管理子系 统中采用模糊关联规则进行数据挖掘。 2 第一章绪论 教务管理系统的业务涉及到多个职能部门，我们针对这些职能部门不同的职能进行 了模块功能划分，可以把教务管理系统分为系统维护、学籍管理、教学与排课管理、对 外网站管理、选课管理、教材管理、教师管理、考务管理、经费管理、成绩管理、毕业 管理，网站后台管理等多个子系统。每个系统之间都是相互关联的，实现数据资源的共 l 孚。 教务管理系统在正式投入使用几年以后存在两个方面的问题，一方面，我们发现教 务管理系统数据库的数据量非常大，系统的处理速度也比较慢，尤其在选课管理系统中， 当用户访问量超过服务器的最大承受能力的时候就会造成服务器停机。另一个方面，我 们发掘选课系统中积累了很多有用信息，需要进行数据挖掘，可以使学校的相关部门有 弹性的调节所开的课程，调整热门课程和冷门课程的人数，调节相关课程的学分，通过 选课率及相关信息做出正确的决策，鼓励和引导学生选择互补的课程，这有利于学生整 体素质的提高，也有利于各个高校教师、教室等资源的合理分配。 为解决选课管理系统的性能问题和课程设置的问题，我们采用了模糊关联规则数据 挖掘技术。一方面把模糊关联规则算法贯穿于数据挖掘技术的整个流程，提高数据挖掘 的性能，另一方面应用关联规则技术分析学生的课程成绩与选课的关联，然后决定课程 计划的设置，提高教学的管理水平。 1 4 系统的方案 1 4 1 教务管理系统功能的实现方案 教务管理系统的功能实现过程中采用了c s 架构的开发方式，各部门可以通过教务 管理系统实现资源的共享。系统在实现过程中，采用了s q ls e r v e r 2 0 0 0 的数据库，并使 用j a v a 语言实现的代码的编写。在开发过程中，严格遵循软件工程的开发思想，从可行 性分析、需求分析、详细设计、代码编写，到最后工程验收。 教务管理系统需要实现的功能包括系统维护、学籍管理、教学与排课管理、对外网 站管理、选课管理、教材管理、教师管理、考务管理、经费管理、成绩管理、毕业管理， 网站后台管理等多个子系统。 1 4 2 模糊关联规则优化选课系统的实现方案 原有的业务数据库是面向事务存储数据，我们通过s q ls e r v e r2 0 0 0 来建立数据库 存储。在原有数据的基础上，我们通过对数据进行建模形成面向主题存储数据的数据仓 库。按照选定的主题将数据项进行变换，并使数据离散化，使用诸如组合、拆分、转化 3 大连交通大学工学硕十学位论文 等方法进行处理。最后选用了d b m i n e r 2 0 试用版本可视化的数据挖掘工具实现了选课 系统的优化。 1 5 系统的特色 根据对教务管理系统中选课管理系统的特点分析，我们知道系统最主要的特点就是 高并发量，而且数据的关联性广。所以怎样提高系统的并发量和提高教学课程的优化设 置是我们研究的重点。选课管理系统的特色如下所示： ( 1 ) 通过采用模糊关联规则技术，可以对选课的数据集进行预处理，过滤掉无用 的数据，从而提高系统的性能。 我们分析了三年来教务管理系统的实际运行状况和不断增长的学生人数，我们发现 今年的选课管理系统将在性能方面承受更大的压力。学校对服务器硬件条件的投入比较 少，所以我们没有办法通过硬件条件来提高系统的性能，唯一的办法是在软件的设计上 来优化系统。事实证明，通过软件来对系统的优化更能提高系统的性能。在选课系统中， 我们根据以往学生的选课情况和他们的课程考试成绩，为在校的学生预选课程。这样学 生只是修改选课结果，学生选课的并发量将大大下降，从而提高系统的性能。 ( 2 ) 通过采用模糊关联规则，可以优化课程设置，提高教学质量。 模糊关联规则可以从大量学生选课和他们的课程考试成绩中分析出课程设置的情 况。也就是说，可以分析出什么样的学生应该选择什么样的课程。所以学生的课程，学 校是通过模糊关联规则为学生预先选取本学期要上的课程，学生也可以根据自己的兴趣 选择课程。因此，通过这种方式很大程度上优化了课程的设置，提高了教学质量。 1 6 论文内容安排 本文根据教务管理系统业务的功能和选课管理系统的性能需求，给出了一种功能完 善、性能比较好系统的整体解决方案，并部分实现完成投入到实际的使用中。本论文 的将按照如下几个方面来探讨。 第一章：绪论。阐述了课题的来源与研究意义，以及研究的主要工作，最后提出了 系统的解决方案与特色。 第二章：教务管理系统的整体描述。首先分析了教务管理系统的业务需求与选课管 理系统的性能需求，然后对需求分析的结果进行详细的设计，得出系统整体的解决方案。 第三章：数据挖掘、模糊关联规则算法。讲述了模糊关联规则算法的发展过程，在 数据挖掘中的广泛应用，以及它的强大功能。 第四章：改进的模糊关联规则算法。介绍了我对模糊关联规则算法具体的改进。 4 第章绪论 第五章：改进的模糊关联规则算法在选课管理系统的应用。讲述了改进的模糊关联 规则算法在选课管理系统中的应用，一方面提高了选课管理系统的性能，另一方面提高 了课程的优化设置。 总结与展望。首先总结了论文所做的工作，然后分析了系统的应用和发展前景，最 后指出了进一步的研究方向。 5 大连交通大学丁学硕士学位论文 第二章教务管理系统的整体描述 2 1 概述 本人在参加教务管理系统的研发过程中，完成了对教务管理系统的分析、设计与开 发工作。对教务管理系统的业务需求比较了解，对教务管理系统中选课管理系统的性能 需求也有比较深入的研究。本章节主要从教学管理的流程来对教务管理系统进行详细的 设计，最后在分析选课系统的性能问题和课程的优化设置问题，并提出简要地解决的方 案。 2 2 系统的体系结构 根据教务管理系统所使用的基础网络平台，操作系统和选用的数据，并考虑到系统 的安全性问题和参加有关的标准和协议规范，我们得出教务管理系统的体系结构如下图 2 1 所示： 教务管理系统是一个在开发应用基础平台上开发的应用系统并提供p k i 应用安全 保障的项目。开发应用基础平台是系统运行的底层平台环境，是开发教务管理系统的应 用基础，是流程和技术信息的处理中心，是数据交换与技术信息共享、应用延伸与网络 延伸的控制中心。基于多层体系结构的教务管理系统扩展性好、容错能力强。 6 第二章教务管理系统的整体描述 图2 1 系统体系结构图 f i g u r e2 - 1t h ew h o l es y s t e ms o l u t i o n 2 3 网络拓扑结构 教务管理系统是基于c s 结构开发的，但是各部门都不是同一个地方的，需要通过 网络来共享数据库资源，其网络拓扑结构如图2 2 所示： 从教务管理系统的网络拓扑结构图可以看出，教务管理系统是基于中心服务器来管 理的，数据中心在学校的网络中心机房，各部门用户都是通过网络连接到中心服务器上 进行操作。集中式的管理有利于数据的统一管理，保证了系统的实时性，有效性和完整 性。 7 大连交通大学工学硕士学位论文 辱需。_ t j i n t e r n e t 图i - d s l ? j 路山器 其它校区 图2 2 教务管理系统网络拓扑结构图 f i g u r e2 - 2n e t w o r kt o p o l o g ya r c h i t e c t u r eo f e d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e m 2 4 系统的功能需求分析 2 4 1 系统用户 教务管理系统面向用户分两类：一是面向学生用户、二是面向系统管理员，两类用 户他们的权限各不相同。 学生用户：主要是面向在校的所有学生。学生可以通过网站填写自己的基本信息， 可以选课、查询上课计划和成绩等功能。 管理员用户：主要是面向学校的教务工作人员，他们主要负责基础数据的维护，教 学计划制定，系统为学生预选课程，排课，考试成绩上报，学生毕业管理等多个功能。 2 4 2 教务管理系统流程分析 教务管理系统的整个流程是从招生来的数据经处理进入学籍管理模块，生成系统可 用学生数据。然后根据学生的报考专业，层次，形式等信息来制定教学计划，构成了整 个教学管理的基础。要使系统能够管理学校的日常工作，也就是让为维持学校的教学管 理，还必须有每一个子系统处理的结果，我们的系统设计的思想是：教材管理系统为教 学管理提供教材资源；教师管理模块为教学管理提供教师资源；学生选课管理为教学管 理提供选课信息资源。教学管理还需要统计学生的缴费情况，便进入了我们的经费管理 系统。当教学管理有了教材资源，学生的选课信息，教师资源，便可以进入排课管理。 8 第二章教务管理系统的整体描述 排课管理不但需要教师的信息，教学计划的信息还要有课室资源的信息，所以课室资源 管理便为排课管理提供教室资源的使用情况。在学期末的时候，我们就需要组织人力、 物力资源来安排考试，这便进入我们的排考系统。考试完成后，需要把考试的成绩录入 我们的成绩管理系统，来记录学生的在校的成绩状况。最后就是我们的毕业管理，毕业 管理反映了学生在校期间的所有综合结果。系统的整体流程如图2 3 所示： 图2 3 教务管理系统流程图 f i g u r e2 - 3f l o wc h a r to fe d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e m 9 大连交通大学工学硕士学位论文 2 4 3 教务管理系统数据存储模式 教学管理系统采用“集中”存储模式，所有用户均通过内部局域网访问数据中心。 从业务流程的角度看，各个模块流程是相互独立而又紧密联系的，每个业务都以教学管 理中的基础数据展开，同时根据业务更新数据库，各模块之间的业务又都通过人事档案 数据库发生联系，实现各业务相关的数据资源共享。各模块之间的关系如图2 4 所示： l 壑堂篁翌 更新数据 数据来源( 一一 考务管理 数据来源 i 虿西磊；运i 倒数据中心j i 磊磊疆厂_ 画藤 匝圜臣圆匮巫习匝圃 图2 4 教务管理系统数据存储模式 f i g u r e2 - 4d a t as t o r a g eo fe d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e m 2 4 4 教务管理系统的功能模块 教务管理系统主要包括系统维护、学籍管理、教学与排课管理、对外网站管理、选 课管理、教材管理、教师管理、考务管理、经费管理、成绩管理、毕业管理，网站后台 管理等多个子系统。这些子系统有机地结合有效地完成了学校的日常管理工作，大大地 减少了教职工的工作量，提高了他们的工作效率。教务管理系统的整体结构如图2 5 所 示： 1 0 黑黑 第二章教务管理系统的整体描述 系 统 缵 护 l 系 统 学 熊 扮 芦罂 拿 系 统 成 绩 l t ； 强! 子 系 绞 纶 赞 管 f 蛩 子 系 统 教 利 锾： 群! 子 系 统 数 卿 静 撺 系 统 谈 宦 产唼， f 舅! 乎 系 统 l 卅 站 f 系 统 图2 5 系统的功能模块图 f i g u r e2 - 5s y s t e m sf u n c t i o nm o d u l e 选 掇 t t ； ， 闩! 乎 系 统 2 4 4 1 系统维护子系统 系统维护子系统是整个教学管理系统的数据基础，初始化用户权限、院系设置、办 学地设置、形式设置、层次设置、课程类别、课程特征、课程性质、课程科类、课程名 称、考试形式、考试类别、考核方式、考试情况、专业类信息、专业信息类别、教师信 息、学生学籍状况、奖惩设置、项目设置、专业院系对照。系统维护的处理流程主要是 由用户整理e x c e l 表格数据或手工录入数据到系统维护子系统中，然后通过在系统内部 处理数据，最后可以导出相应的e x c e l 表数据或是相应的报表。 2 4 4 2 学籍管理子系统 学籍管理首先是要接受招生来的数据和旧生的数据，并按照一定的格式导入数据库 中；然后要对新招生来的学生数据进行分班管理，然后再生成学生的学号。而旧生的数 据是不用再进行分班与生成学号。学生生成学号后，学籍管理需要对这些学生进行基本 信息的管理。在学籍管理子系统中，数据的处理主要是对学生数据的处理。学籍管理子 系统的主要可以根据它的业务处理流程来划分为数据导入模块、招生信息维护、班级信 息管理、学生信息管理、学生分班管理、学生注册管理。 2 4 4 3 教学管理子系统 教学管理根据学生的专业信息要求制订教学计划，教学计划的制定要根据专业信 息，学习层次，学习形式等情况来决定某门课程的学分、学时、安排的学期和考核方式； 大连交通大学工学硕士学位论文 然后制订教学任务书，也就是把给所有的开课课程安排老师，并且可以预先指定上课的 时间和上课的地点，最后系统自动排课或是手动排课生成课表。 根据教学管理系统的数据处理流程，可以把它划分为教学任务管理和教学排课管理 两大功能模块。教学任务管理又可以分为安排教学任务书、冲突检测、合并班级和设置 排课方式子模块；教学排课管理又可以分为课室资源使用情况查询、自动排课、手动排 课和打印课表。 2 4 4 4 选课管理子系统 在学生开学前，学生就要根据制定的教学计划选择这一学期所开设的课程。选课的 时候可以学生自主选课，也可以通过系统统一为某一个班选课。选课可按照选课的性质 分为正常选课、重修选课、免修选课，它们的处理情况是不一样的。学生还可以根据实 际的情况退选课。选课子系统的处理流程如图2 1 0 所示。 图2 1 0 选课处理流程图 f i g u r e2 10e l e c t i v et r e a t m e n tf l o w c h a r t s 根据选课子系统的业务处理流程，可以把它划分为重修选课、正常选课和免修设置 管理。在重修选课中，可以包括学生重修选课和教师的重修酬金这两个功能；在正常选 课中，可以包括系统批量选课、学生选课、网上选课结果操作、免考申请管理、打印考 1 2 第二章教务管理系统的整体描述 勤表和参数设置；在免修设置中，可以包括打印学生选课单、打印免修学生名单、设置 免修和撤消免修。选课子系统的具体模块如图2 - 1l 所示。 图2 1 1 选课系统功能模块 f i g u r e2 - 11e l e c t i v es y s t e mf u n c t i o n a lm o d u l e s 学生重修选课是指每学期都会有些重修的学生，这些学生可以查询出本学期所开的 课程进行重修选课；教师重修酬金是指系统可以根据学期查询出某一学期，某位教师所 带重修学生的名单，通过设置每位学生的需要缴纳的重修金额就可以计算出这位教师所 得的重修酬金；系统批量选课是指管理员可以选择某一年级、某一学期、某一选课班级 和某一课程班号的学生进行批量选课，选课时可以设置是否只允许为注册学生选课；学 生选课是学生可以通过学号查询出自己的选课信息，然后查询出本学期所开设的课程进 行选课；网站选课结果是指把后台的选课结果信息导入到网站子系统中，然后可以在网 站子系统中查询到学生自己的选课信息；免考申请管理是通过输入条件查询出符合免考 申请的学生，然后系统管理员根据学院的批准了的学生申请免考的名单设置学生免考是 否成功；打印选课名单是指通过输入学期、学号等条件查询出学生的选课信息，然后可 以通过报表打印出来；设置免修是指通过输入学期、学号查询出符合条件的学生名单， 然后设置为免修。 2 4 4 5 教师管理子系统 教师管理子系统主要是根据教师的授课信息，计算教学工作量。其中包括对院系工 作量，教师工作量，课程工作量和教师信息的统计。对教师工作的调查，采取的形式可 以是对学生的问卷调查或让学生通过网站来对教师进行评价。 大连交通大学工学硕士学位论文 2 4 4 6 经费管理子系统 经费的管理主要是对学费，重修费，书费，书袋费等费用的管理，可以统计出每一 学期学生的缴费情况。具体的做法是：银行提供数据接口，学生的费用条件设置，统计 学生的缴费结果表。 2 4 4 7 教材管理子系统 教材管理系统可以划分为三个方面的内容：教材的订购、教材的库存管理、教材的 发放，也即是进销存三个方面。教材的订购要根据教学计划，学生的选课结果来订购教 材，库存管理也就是把新买的教材入库，与旧的教材一起盘点，来统计教材的库存量。 教材的发放是针对学生来发放教材，也可以是针对教师来发放教材。最后统计教材的费 用，给经费提供接口。 2 4 4 8 课室资源管理子系统 课室资源管理是对课室进行有效的管理，达到资源的优化配置。课室资源为排课、 排考提供必要基础条件。可以把课室资源划分为课室基本信息维护、课室管理和课表打 印这三大功能。课室信息维护是指用于添加，修改，删除学校的校区，楼宇，楼层，课 室的基本信息；课室管理是指课室资源需求汇总，资源预分配，安排特殊申请，使用情 况，为排课设置课室资源；课表打印是指对指定开课对象，指定年级，在指定学期进行 打印课程表。 2 4 4 9 考务管理子系统 期末考试实行集中考试制度，即在学期末几周时间内安排所有课程班的正常期末考 试，因为需要安排考试的课程班比较多而课室资源又相对较少，因此需要开发一套系统 自动完成对期末考试的排考，并提供对于排考结果的相应的查询和打印功能。考务管理 系统分为排考信息初始化、自动排考、手动排考、安排监考员和打印报表五个功能。排 考信息初始化是指初始化考试场次、考试课程、课程班、各课程班的学生；自动排考是 指根据排考信息初始化的结果给学生自动安排考试场次、考试地点和考试时间；手动排 考是指对自动排考的结果进行手动的调整；安排监考员是指根据排考结果，安排每个考 场的监考人员；打印报表是指根据排考的结果，打印出各种类型的排考结果表。 2 4 4 1 0 成绩管理子系统 学生的成绩是对学生在校期间的一个很好的评价。学生的成绩管理中主要是录入学 生各种考试的成绩，然后分析学生的各门成绩，并统计出学生的成绩结果表，并能够按 照各种方式打印出成绩表。成绩管理子系统主要包括了成绩管理和报表打印功能。成绩 1 4 第二章教务管理系统的整体描述 录入是指录入学生的期未成绩、平时成绩、总评成绩等；期末成绩管理实现了期未成绩 查询、期未成绩录入、期未成绩打印的功能；网站成绩管理主要是设置网上是否能够登 记成绩；科目查询是指通过选择查询条件可以查找到未取得学分的学生名单及其科目； 成绩明密文管理是指对成绩进行加密解密管理；毕业学生成绩管理是指毕业学生成绩的 备份和更改学生的学籍状况；报表打印是指通过学生成绩的录入，成绩管理子系统可以 所有学生的成绩打印成报表。 2 4 4 1 1 毕业管理子系统 毕业管理是审核学生在校期间的综合表现，来决定该生能否毕业。具体的做法是： 设置毕业审核条件与学位审核条件，根据条件对每个学生进行审核，打印审核结果表。 毕业审核是指对学生在校表现的一种考核，包括审核条件查询、审核结果查询和审核的 功能；学位审核是指只有通过了毕业审核的学生才能进行学位审核；系统设置是指对学 位条件和毕业条件的设置；数据导入导出是指毕业学生数据导入到教育部系统，然后打 印毕业证书和学位证书。 2 4 4 1 2 网站管理子系统 网站管理子系统包括了网站的后台管理和网站的前台管理两个部分；网站的后台管 理采用的是c s 模式的管理，而网站的前台管理采用的是b s 模式。网站管理系统主要 包括是信息发布和数据查询的功能。 2 5 系统的功能解决方案 教务管理系统的非常复杂，模块特别多。我们组织了系统开发的团队，严格按照软 件工程的思想，从需求分析、详细设计、代码编写、测试，最后到系统验收。在系统的 开发中，采用了j a v a 语言，数据库采用s q ls e r v e r2 0 0 0 ，在详细设计中采用了u m l 的建模工具，该工具可以建立的模型直接生成数据库表结构，系统的数据结构总共包括 了10 0 多张的数据库表。在系统的运行环境中，在服务器端上采用s u nf i r e2 8 0 r 服务 器，客户端可以是任何p c 机，并且对客户端所安装的操作系统也没有要求。 本章小结 本章讲述了教务管理系统的整体体系结构和网络拓扑结构，从教务管理系统的业务 流程和数据存储模式得出系统的总体功能需求，然后针对每一个功能模块进行了详细的 分析，最后得出教务管理系统在功能上的解决方案。 1 5 大连交通大学工学硕士学位论文 第三章数据挖掘、模糊关联规则算法 3 1 数据挖掘技术 计算机网络与数据库技术的发展和广泛应用，使得信息在企业发展中的重要作用越 来越得到人们的认同。人们利用信息技术生产和搜集数据的能力也大幅度提高，巨量的 数据库被用于商业管理、政府办公、科学研究和工程开发等，这一势头仍将持续发展下 去。在这些数据背后隐藏着极为重要的商业知识，但是这些商业知识是隐含的、事先未 知的。于是，如何才能不被信息的汪洋大海所淹没，从中及时发现有用的知识，提高信 息利用率就显得尤为重要。在这样的背景下，新的数据处理技术一数据挖掘( d a t am i n i n g ) 技术便应运而生了。 3 1 1 数据挖掘的概念 k d d ( k n o w l e d g ed i s c o v e r yi nd a t a b a s e ，数据库中的知识发现) 一词首次出现是在 1 9 8 9 年8 月在美国底特律召开的第1 1 届国际人工智能联合会议的专题讨论会上。随后 在1 9 9 1 年、1 9 9 3 年和1 9 9 4 年都举行k d d 专题讨论会，集中讨论数据统计、海量数据 分析算法、知识表示、知识运用等问题。 与k d d 意义相近的一个术语是数据挖掘( d a t am i n i n g ，简称d m ) 。数据挖掘是 从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据集中识别有效的、新颖的、潜在 有用的以及最终可理解的模式的过程。模式可以看作是我们所说的知识，它给出了数据 的特性或数据之间的关系，是对数据包含的信息的更抽象的描述。一般说来，k d d 意 为从数据库中获取知识，它代表从低层次数据中提取高层次知识的全过程，主要流行于 人工智能和机器学习界。而数据挖掘是指从数据中自动地抽取模型，主要用于统计界最 早出现于统计文献中、数据分析、数据库和管理信息系统界、在一般的定义中，数据挖 掘被看作是知识发现过程中的一个核心部分【1 】。 3 1 2 数据挖掘的功能 利用数据挖掘技术可以海量数据中获得决策所需的多种知识。在许多情况下，用户 并不知道数据存在哪些有价值的信息知识，因此，对于一个数据挖掘系统而言，它应该 能够同时搜索发现多种模式的知识，以满足用户的期望和实际需要。此外，数据挖掘系 统还应该能够挖掘多种层次的模式知识。数据挖掘系统还应允许用户来指导挖掘搜索有 价值的模式知识。 1 6 第三章数据挖掘、模糊关联规则算法 特别要指出的是，数据挖掘技术从一开始就是面向应用的。它不仅是面向特定数据 库的简单检索查询调用，而且要对这些数据进行微观、中观乃至宏观的统计分析、综合 和推理，以指导实际问题的求解，企图发现事件间的相互关联，甚至利用已有的数据对 未来的活动进行预测。例如美国著名国家篮球队n b a 的教练，利用某公司提供的数据 挖掘技术，临场决定替换队员，一度在数据库界被传为佳话。 数据挖掘的功能概括起来有以下几个方面【1 2 】： 1 ) 预测( p r e d i c t i o n ) 数据挖掘自动在大型数据库中寻找预测性知识。若预测的变量是离散的，这类问题 称为分类( c l a s s i f i c a t i o n ) 。如果预测