（课程与教学论专业论文）基于网络的家校合作系统中个性化推荐的设计与实现.pdf

摘蟹 摘要 孩子的成长和教育离不开学校和家庭，只有学校和家庭形成合力才能最大限度 的促进孩子的成长。长期以来学校和家庭都十分重视彼此的沟通，也出现了多种合 作教育的方式。随着信息时代的来临，网络在各个领域的应用越来越广泛，也为开 展家校合作提供了新的契机。新一代的信息服务将是主动的个性化信息服务，如何 高效的获取知识和信息，满足用户的个性化需求，是新的信息服务系统要解决的问 题。 本文首先介绍了个性化推荐技术及用户建模，并以在电子商务领域中的应用进 行了详细分析，然后把该技术应用到了基于网络的家校合作系统中，开发了支持个 性化推荐的家校合作系统，并详细介绍了具体的设计和实现过程。在个性化推荐设 计中主要包含四种推荐方式，内容定制、与子女相关的信息推荐、教师推荐和系统 推荐。本文中为用户推荐主要依据的是用户与系统的交互记录，包括浏览资源( 本 文中的资源指的是网页、资料和课件等的总称) 、浏览频率、驻留时间、收藏资源 及下载资源。通过对这些交互信息的分析，获取用户对资源的兴趣度，然后对用户 进行聚类，进而在聚类内通过计算用户的相关度查找用户的近邻，通过该用户的近 邻的访问记录形成推荐列表。 本文采用了基于协作式过滤和聚类相结合的技术，按照先聚类、再找近邻、晟 后形成推荐的步骤为用户推荐资源。对于每一步操作所用的信息，也都进行了相关 的处理，并且选择在用户离线的时候启动那些复杂的处理，以提高系统的运行效率。 本文采用多层体系结构，使用了m v c 模式，采用j a v a 作为主要语言进行开发， 并采用m i c r o s o f t 公司的s q ls e r v e r2 k 数据库作为后台数据库管理系统，以b o r l a n d 公司的j b u i l d e rx 作为开发测试环境，页丽设计采用m i c r o m e d i a 公司的d r e a m w e a v e rm x2 0 0 4 ，应用服务器采用开源的a p a c h et o m c a t 5 0 作为应用服务器。系 统在测试环境下运行三个月，对获取的数据进行了分析，并获得了较好的反馈。 关键词；家校合作个性化推荐 用户模型协作式过滤聚类 a b s t r a c t a b s t r a c t c h i l d r e np u l l u l a t i o na n de d u e a t i o nc a n t1 c a v es c b o o la n df a m i l y ，n oo t h e rt h a n s c h 0 0 1a n dr a m i l yc o m ei n t ob e i n gt h er e s u l t a nlf o r c et h a tc a p a c i t yf a r t h e s ta c e e l c r a t ec h i ld r e np u l l u l a t i o n i n1 0 n g t e r ms c h o o la n df a m i lya t t a c hi m p o r t a n c et o c o o p e r a n te d u c a t i o n a n dm a n yc o o p e r a n te d u c a t i o nw a y sa p p e a rt o o w i t hi n f o r m a t i o nt i m e s n e t w o r kb ea p p l ie dv a r j o u sd u m a i n i tisp u tf o r w a r daw i d ev a t i e t yo f c o o p e r a t jv ee d u c a t i o n a lf o r m s n e wi n f o r m a t i o ns e r r i c e isi n d i v i d u a la n di n i t i a t i v e h o wt og a i n u s e f u lk n o w l e d g ea n de l f i c i e n t l yf r o ml o t so fd a t aa n di n f o r m a t i o n ，a n dh o wt os a t is f ya 1 k i n d so fi n d i v i d u a lr e q u i r e so fu s e r se t c ，a r et h e r e s 0 1 v i n gs u b j e e to fn e wi n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e mw i l lf a c ew i t h t h i sp a p e rf i r s t l yd e s e r i b e st h et e c h n i q u ef o rm a k i n gp e r s o n a lr e c o m m e n d a t i o n sa n du s e rm o d e l i n g a n dd e t a i l e di n t r o d u c et w ot e c h n i q u e ne l e c t r o n i cb u s i n e s s s e c o n d l yi ta p p l i e st h et e c h n i q u et of a m i l y - s c h 0 0 1c o o p e r a n ts y s t e m ，a n dd e v e l u p s a s u p p o r tp e r s o n a l i z e dr e c o m m e n d a t i o n sf a m i l y s c h 0 0 1c o o p e r a n ts y s t e mw h i c h c a n a u t o m a t i c a l l yp r o v i d er e s o u r c e s ( i n e l u d ep a g ed a t u ma n dc o u r s e w a r ee t c ) t h a te v e r yu s e ris f o n do f a t1 a s t ，w ed i s c o s st h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no ft h e f u n c t i o n i np e r s o n a lr e c o m m e n d a t i o nd e s i g n ，i n c l u d ef o u rr e c o m m e n d i n gw a y c o t e n t e u s t o m i z e ，r e l a t i v i n gr e c o m m e n d a t i o nw i t hc h i i d r e no fu s e r s ，t e a c h e rr e c o m m e n d a t i o na n ds y r s t e mr e c o m m e n d a t i o n g ep r o v i d i n gr e s o u r c e sf o ru s e r sa r ea c c o r d i n gt ot h et r a c kr e c o r dso fu s e r sa n d t h es y s t e m ，w h i c hi n c l u d et h eb r o w s e dr e s o u r c e s ，b r o w s e df r e q u e d e y ，d u r a t i o nt i m e ，t h ec o ll e c t e dr e s o u r c e sa n d t h ed o w n l o a d e dr e s o u r c e s t h r o u g ht h ea n a l y s iso ft h et r a c kr e c o r d s ，w ec a ng a i nt h ei n t e r e s to ft h e u s e rf o rr e s o u r c e s ，a n df i n dt h en e i g h b o r sf o rh i m ，s ot h a tw ec a nr e c o m m e n dr e s o u r c e st oh i m t h i sp a p e rh a v e u s e dc f b a s e dr e c o m m e n d a t i o na n dc l u s t e r i n gt e c h n i q u e w ef i r s t l yc l a s s i f ya 1 1u s e r sw i t he l u s t e r i n ga r i t h m e t i c ，s e c o n d l yw ef i n dn e i g h b o r sf o re v e r yu s e r s a tl a s tw eg e n e r a t er e c o m m e n d a t i o n sf o re v e r yu s e r t h ei n f o r m a t i o n o fe a c hs t e pr e q u i r e sisd e a l tw i t h a n dw ec h o o s eo no f f l i n eo p p o r t u n i t yt os t a r tc o m p l i c a t e do p e r a t i o nt oi n c r e a s et h ee f f i c i e n c yo ft h es y s t e m t h i sp a p e rh a v ec h o s e nt h em u l t i1 a y e rs t r u c t u r ea n du s e dm v cm o d e la n dj a v aa sm a i nd e v e l o p m e n t1 a n g u a g ei nd e v e l u p i n gt h es y s t e m w eu s es o ls e r r e f2 k o ft h em i c r o s o f tc o m p a n ya st h eb a c k g r o u n dd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m a n dj b u i l d e rx o f b o r l a n da st h ed e v e l o p m e n ta n dt es tin ge n v i r o n m e n t ，a n do p e n i n ga p a c h et o m c a t 5 0 a p p l i c a t i o ns e r v e ra st h eb a c k g r o u n ds e r r e f i nt h et e s te n v i r o n m e n t ，t h es y s t e mh a sb er u n n i n gf o rt h r e em o n t h s w ea n a y s e dg a i n e dt h ed a t a it isp r o v e d t h a tt h er e s u l to fisg o o d k e y w o r d s ：f a m i l y - s c h o o lc o l l a b o r a t i o np e r s o n a lr e c o m m e n d a t i o n s u s e rm o d e l i n gc 0 11 a b o r a t i v ef i l t e r i n gc l u s t e r i n g 图和附表清甲 图il 图3 1 图3 2 图4 1 图42 图43 图5l 图5 2 囤5 3 图和附表清单 推荐系统t 作流程图一一一8 家校合作支持系统功能图一2 1 个性化信息推荐一一一2 5 体系结构图一一3 3 m v c 设计模式图一一一3 3 用户定制和个性化推荐贞甸一一一一4 1 教师界面一一一一一4 2 家长界面一一一一4 2 个性化推荐内容访问率一一 衷31u s e r r e c o r d 表 表4 1u s e r r e c o m m e n d 表结构 表4 2c l u s t e r i n g 表结构一 2 3 3 4 3 5 、8 6 9 3 3 4 罄都矮蔻大学掌位论文爨铹憾声骥 率入都鬟声孵：衙嫠交躺学位论文，是本人在学筛躺指导f ，独立避露褥究工作繇致稃 豹成暴。豫文中已经注嘲弓i 群的内容外，率论文不含任何其德个人或集体已经发表或撰写遭 的作品成果。对本文的萋拜究做出重要贡献豹个人和癸体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承拥。 学位论文 乍学签名：薷馕砖 层燃：j 玲口年”月；? 黩 蓍都辩蒴走学喾值论变授税使用声稍 本人完全了艇蓠都师范大学有关傈懿、使用学位论文韵撬定，学校有较保留学位论文并 向国家主管部门域其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用予非赢刮器的 的少蹙复铼l 并允许论文进入学校图书馆被查阅。钶枚将学位论文的内容编入有关数据库避行 捻索。有权梅学健论文的标题葶丑攘要汇编出舨。保密的学位论文在舔密簸适用本规定。 学坟论文馋嚣签名：豸睁鹰畴 辍羯：多年矗搿3 f 照 1 1研究背景 第一耄引言 i n t e r n e t 戆飞逮发浸菠弼终无处不在，嬲络豹延 孛极大地丰赛了信息来源、撼矮 了服务渠道、提高了用户信息获取和交流地能力，也使得用户遥个性化信息需求f 1 益明擞。个性化的服务在电予商务领域静先取得了成功，同时给商家带来了丰厚的 利润。那么在教商领域实现个性他更具有特殊的意义。因材施教、个别教学一蠢是 教育遥求的鹜标，过去由于受翱教育体制、教育资源等的审l 约，这只是一个存程予 人们的心中的美好愿望，但是，教育领域的专家和学帮从没有放弃过对这一理想的 追求。 夜2 0 4 2 0 0 5 年羯藩本文俸者参与了全国教京秘学“卡盘”壤翔国家重蠡漾 题教育信息化理论与实践模式。在参加此课题的研究过程当中作者注意刘：各 中小学都十分重视与家长的互动，也丌展了一些相应的活动，除了传统的每学期一 次豹家长会，有黧学校还设定家长开效吕，帮每学期拯定一天耨学校鳇教学工佟瓣 家长开放，家长可以随堂听课，查阅学生的作业以及参与学校的锫颁活动等。一些 班级遥建立了家长联系手册以闱来实现教师、学校与窳长之问的相互沟通。但魁以 上这然传统的家校合传方式存在黄一些不足和弊蠛，熏要是家校会侔手段比较肇 一、强动的时闽和魄点往往受到一定静隈翻，互动斡频率不毒，甄渤的内容不麓傈 留，互动的深度无法保障等。这些不足使得教师不易对家校合作的质量进行反聪， 同时出于家长在专般和职业背景上差异，使他们对信息和姿源的需求也各不褶嗣， 个淫能的僖意驻务箴为一爪罄遴鲍霉求。 现有的信息服务系统存在潜明显的缺陷，比如资源分散，检索集中，对所有用 户是副面孔，裔求则应，无求不动；用户按格式请求，系统按关键字匹配。髓着 莹患技术豹遗步，耨一代豹蕊惑辍务褥是主动的薯、性纯信惑骚务，系统霉叛i 羲过鼹 用户信息需要、兴趣爱好和访问历史的数据进行收集和分析，建立用，。t 模型，并将 用户模型应用于网上的信息的过滤和排序，从而向用户主动推送信息。 憨之，i n t e r n e t 上兹个搀纯信息骚务系绞必须具有三个能力：娩缀好建反映_ l 户 的兴趣爱好；为适应用户爱好的变化，能做适应健的改变；自动开发新的信息领域， 主动向用户提供推荐服务。 第一肇0 l 轰 1 2 国内外研究综述 1 2 1 国内外家校会作研究现状 国外： 美篷家校合露豹历史拜t 1 9 世纪2 0 年代，美国的公立学校建立起来并得到迅速发展。随之而来也带来 许多问题，各方从多方面寻求解决对策。其中对策之一娥家长参与学校教育( p a r e n t a l i n v o l v e m e n t ) ，残了美謦“运三卡年教寅繇究窝学校改擎不交懿主题”。 6 0 年代中期，美国广泛开展开端教育计划，该计划强调容长对幼儿的发展 具有黧要意义，要求受资助的幼儿园或学校必须积极帮助家长提高激育水平，组织 家长参与，l 童教鸯过程，戳充分发簿家长教馋耀，形威窳棱密切合撵共弱教弯，k 蘩 的格弱。 1 9 8 3 年，美国教育优异委员会发表嘲家在危急中：教育改辈势在必行，向 教师、学生、家长提出了更高的要求。其中在“向家长们进一言”中，首先肯定了 家长瑟求自己孩予爱裂正当教露翡毂裁，瓣辩稠凑了家妖懿任务，臻密“稼餐穗受 着积极参与教育你们孩子的责任”。随后 谯学校教育薰建活动中，家长成了学校决 策的主疆成员，而家长的学校选择权更赋予家长前所未有的影响教育的权利。 荚溷教育髫橱测定小组设建8 个2 0 0 0 年要达妥的教襄嚣栎就怒：“每一令学 校都裔责任鼓励家长与学校发糕饮伴关系，键迸家长参与，戳帮助j b 整在社会方蕊、 情感方两以及学习方面的健康成长( u sd e p a r t m e n to f e d u c a t i o n1 9 9 4 ) ”。 其他国家的家校合作现状： 鹫麓矛致褒、瓣会与教寅郝叁虢1 9 7 4 年起，裁己袋敬重大疆熬支持家长参与 学校教育和管理。现在，其家长已参与到圈家层面的全国教育政务会和地区层麟的 学校教学委员会以及学校层面的治校董事会等各级教育管理机构或闭体中，从事教 育管理方西的活动。在学校管壤民主他的毅浪潮和背景之下，家长缒毅裁霸职责增 大了，家长协会的实力不甑增强。1 9 9 8 年，葡萄牙教育都立法，稳侮学校与社隧获 教育专家合作，并从法律上保障了家艮参与校务的决定权。为了假进家长的参与， 家长协会、学校和社区已采取撼施：家长每学期都会收到两份书面报告：每个班级的 主管教黪每震都要塞篷一夺簿弱辩藏寒接焚客长；学校霹每令学生擦荐采爱特豫豹 评估瑕序或建议某个孩子留级时，需要家长直接参与。 闩本的p t a ( p a r e n tt e a c h e ra s s o c i a t i o n ) ，即家长教师协会【2 1 ，就是家庭和学 校合作避行j l 童教育鲍一季孛形式。这一枫捻避早起源予美謦，1 9 9 0 年正式诞生。二 战后，作为占领军，美邕全藤参与了融本战后的教育改肇，p t a 靛楚在这晦被弓l 遴 第帮l 言 f l 本的。在5 0 多年的实践中，p t a 在致力于沟通学校与家庭、社会的联系，在创 造一个有利于青少年成长的环蠛发挥了巨大的作用，成为中小学教育中不容忽视的 教弯力量。法国、德国等国家璁采取了大爨魏措旌来支持家长参与举校教枣霸黪理。 豳内： 我国传统家庭教育和学校教育是泾渭分明，各负其贵，互不交叉。家长很少参 与学校教弯活动，喾校也无撂等家庭教旁瓣职责。蘧羲社会靛发骚，人翻也越塞越 认识别，学校难戳单独承担怒霄入的重任，家庭在其中也发挥着熏癸的作用。 1 9 8 8 年1 2 月2 5 日颁布的中共中央关于改革和加强中小学德育工作的通知 指出：“关心和保护中小学生的健康成长，不仅是教肖鄢门和学校的职责，丽靛是 全享主会弱责褒亵义务。要荛藏会帮家庭教簿嚣学校教蠢密稳结合悲寒，形藏全疆会 关心中小学生健廉成长的舆论和风气。” 1 9 9 1 年我国政府颁布了9 0 年代中国儿童发展规划纲要，“在9 0 年代我国 j l 童生存、保护魏发矮豹主要强蠡”中明确蕊定“9 0 ) l 童( 1 4 岁以下) 豹家长不 同程壤的掌握傈裔、教育l 蘩静知识。”在“策略与撬麓”中，糕定要“发展枉区 教育，建立起学校激育、社会教育、家庭教育相结合的育人机制，创作有利予儿童 身心健康、和谐发展的社会和家庭教育。” 瓣内、努豹璐究罄表明家绞会痒匏菱溪经，那么豢长彝教爨之鬻翔鹰沟避浓共 同完成对孩子的教育就成为一个值彳导关注的问题。随糟生活节奏的加快无论家长和 教师都面临着越来越大生活和工作的压力，而且几乎一致的工作时间让家长和数师 豹沟邋带来不变，现实的情况经挂是要么窳长放弃一定酌工作时间去学校与教蠲沟 通，瑟么教师糨稳自己静休爨辩闻去进行窳访，或者家长与教繇谶彳亍信件、电话沟 通，然而信件沟礴又需要相对较长的周期，电话沟通又很难进行比较深入的讨论， 而且讨论内容不易保存，这种肇一的语音沟通方式也缀难满足交流的需要。隧麓网 终懿骜及基予潮终懿家校台铭开始受委关注。强藩霉建毫有戆家校合俸支簿系绫毒 “新概念家校合作平台”、“天之骄予家校合作平台”和清华同方“同方育龙e 联 家校台作平台”以及“家校遇”等，这蝗平台的特点多是以短信为基础，促进了老 师和寒氏进行方便怏捷的沟通，但是缺乏健进家长与教烯之闽进行深入讨论静交流 工其，在基于网络黪家棱合俸当中豫了麓够完成信惠交流沟通之拜，也应楚客妖和 学生的学习平台，能够为家长和学生提供相应的学习资源，满足个性化的信息资源 需求及获得个性化的指导。 1 ，22 国内外个陡化服务研究现状b 1 9 9 5 年3 月，母内基。梅隆大学的r o b e r ta r m s t r o n g 等人在美围人工智能协会 ( a a a i ) 春季会议上提出了个性诧导靛系统w e b w a t c h e r ，薪毽禳大学的m 8 f k o 笫一章引吉 b a l a b a n o v i c 等人在同一次会议上推出了个性化推荐系统l i r a 。同年8 月，麻省理 工学院的h e n r y l i e b e r m a n 在国际人工智能联合大会( i j c a i ) 上提出了个性化导航 智能体l e t i z i a 。这三个系统被公认为个性化服务发展初期最为经典的系统，标志着 个性化服务的开始【”。 在此后的几年中，个性化服务系统层出不穷。1 9 9 6 年，加州大学l r v i n e 分校的 b r i a ns t a r r 等人提出了发现用户感兴趣页面有价值变化、进而通知用户访问的个性 化服务智能体d o i c a r e ；同年，卡内基梅隆大学的d u n j a m l a d e n i c 在w e b w a t c h e r 的基础上进行了改进，提出了个性化推荐系统p e r s o n a lw e b w a t c h e r ；1 9 9 6 年，著 名的网络公司y a h o o ! 也注意到了个性化服务的巨大优势和潜在商机，推出个性化 入口m y y a h o o ! 。 1 9 9 7 年，a t & t 实验室提出了基于合作方式的个性化推荐系统p h o a k s 和 r e f e r r a l w e b ；斯坦福大学的m a r k o b a l a b a n o v i c 和y o a vs h o h a m 推出了基于内容和 合作方式的个性化推荐系统f a b 。同年3 月， c o m m u n i c a t i o n so f t h ea c m ) ) 组织 了个性化推荐系统的专题报道，标志着个性化服务已经受到相当的重视。 1 9 9 9 年，德国d r e s d e n 技术大学的t a n j aj o e r d i n g 实现了个性化电子商务原型 系统t e l l i m ；麻省理工学院的h e n r yl i e b e r m a n 提出了基于合作方式的个性化导航 系统l e t sb r o w s e ；意大利t o r i n o 大学的l i l i a n a a r d i s s o n o 和a n n a g o y 提出了个性 化网上商店s e t a 。个性化服务开始向全球发展。 2 0 0 0 年，n e c 研究院的k u r t d ，b o l l a c k e r 等人为搜索引擎c i t e s e e r 增加了个性 化推荐功能，将c i t e s e e r 个性化；爱尔兰d u b l i n 大学的b a r r ys m y t h 和p a u lc o t t e r 提出了个性化电视网站p t v ；同年，美国n s f 基金开始支持有关个性化服务的研究； 同年4 月，以美国为主的多国个性化研究机构和网络公司成立了个性化协会，旨在 推动个性化服务的发展，同时保护个性化服务中涉及的用户隐私。这一年，我国也 开始了个性化服务的研究。清华大学的路海明等提出基于多a g e n t 混合智能实现个 性化推荐。 2 0 0 1 年，纽约大学的g e d i m i n a sa d o m a v i c i u s 和a l e x a n d e rt u z h i l i n 实现了个性 化电子商务网站的用户建模系统l ：1 p r o ；i b m 公司在其电子商务平台w e b s p h e r e 中增加了个性化功能，以利于商家丌发个性化电子商务网站；n e c 研究院的e r i c g l o v e r 等人提出了个性化元搜索引擎原型系统i n q u i r u s 2 。我国也广泛丌展了对个性 化服务的研究，提出了一些原型系统。清华大学的冯翱等人提出了基于a g e n t 的个 性化信息过滤系统o p e nb o o k m a r k ；南京大学的潘金贵等人设计并实现了个性化信 息搜集智能体d o l t r i a g e n t 。 近几年，个性化服务逐渐从学术研究走向实际应用，成为业界的热点概念。很 棼一犟0 | 击 多公司纷纷推出个性化系统，提供个性化服务。很多网站，如m i c r o s o f t 、a o l 、c n n 、 l y c o s 、i b m 等，均推出了个性化功能；很多电子商务网站也注意到了个性化服务 熬嚣大蠢凝，秀戆菠餐个牲豫缀务，翔a m a z o n 、e b a y 、b e s tb u y 、e x p e d i a 等；我 国的部分网站( 如：新浪网) 也推出了个性化服务。 i n t e r n e t 的迅速发展和i n t e r n e t 资源的指数增长使得个性化服务脱颖而出。个性 纯黢务已经藏为鼹络技术秘磐照信息楚璎中叛豹磷究热点。经过邋鉴年的发展，令 性化服务虽然还不甚成熟，想融经真真切切魄走进了我们的生活，为广大用户鞠网 络公司带来益处。 个性化推荐成包含以下含义【5 】： l 、雍荐要嘏礁：推荐系统提供静信慧螫尽可能遗满足藤户静孺求，这就霭簧 对用户需求的准确把握、对倍息内容的准确把握、对信息资源内容和用户需求之间 相关憔的准确把握，这需要凇确的用户模型的建立； 2 、撵荐豹及辩惶：霹终豹开放式环凌决定了溺终上靛售塞、瓷潭莲舞都焱凌 化，一方面，不断有新的信息和资源出现；另一方丽，原有的信患和资源随时都可 能成为过时韵，因此推荐系统要及时提供用户关注的傧息和资源； 3 、矮户为中一心：接莓系绕要强弱户为中心遴 亍黢务，这载要方授臻户的傻羯， 倒如，系统主动将信息和资源推荐给用户；用户可以方便地表达自己的需求；系统 要及时适应用户需求的变化。 搬摆系统是褥根据各个弼户自身的特点为用户形成接荐，推荐系统可以分为非 个性亿推荐系绞和个性证攉香答统。j 个校纯攉荐是独立于用户静，所良每个潮户 获耿的推荐完全相同；但是农实际的应用当中，用的擞多的还是个性化推荐，因为 个性化推荐能够体域各个用户自身的不同特征，从而有针对性的提供推荐，结浆的 准礁稳昆较裹，遮嚣为蠲产掇供主动静个憋纯黢务。 1 3 本文意义 窳校合作的鬟爱性显丽翁见。学校、家庭和社会只有形成教育合力才最有利于 儿豪的发展，这是中外教育界一个经久不裘的课题。伟大的教育家苏霍姆林斯藏说 过：“生活向学姣提出豹任务是如此的复杂，以致如聚没有整个社会酋先是家感鹣 高度的教育学素养，那么不管教师付出多大的努力，都收不到完满的效果”l l l 。长 期以来，传统方式的家长会怒老师和家艮进行面对面交流的重要活动，其地位和价 值是任何其它家梭沟通方式都无法取代的。然面，出于种耪原因，特别是几乎敷 懿王圣謦暂藤绘教绛秘家长鹃沟遴繁来不霞，大多鼗学校静家长会哭麓限予每学魏一 第一章引苦 次( 或寥寥几次) ，这与学校和家长之间的需要讨论的大量话题、家长了解学校及 自己子女在校情况的急迫需求存在着很大的差距。基于网络的家校合作可以在一定 程度上方便家长与学校的沟通，促进学校与家庭教育形成互动融合。 家校合作的根本出发点就是为家长提供一个与教师方便快捷的交流沟通以及 为家长提供丰富的学习资源的网络环境，构建一个教师、家长和学生三方的学习共 同体，促进家庭教育与学校教育的互动融合。网络技术是双向交流模式的代表媒体， 网络为个性化的交流和学习提供了极佳的交互手段；同时网络技术为构筑开放的学 习环境提供了可能。而这些特点，是其他媒体、其他手段所无法比拟的，同时也为 提供个性化服务提供了前提。家校合作当中的用户存在很大的个体性差异，不同的 家长在专业和职业背景上差异巨大，学生的个人的学习能力、个人兴趣与习惯、个 人的基础、努力程度也存在很大的差别。为用户提供他们需要的个性化服务，将信 息和资源传递到真正需要这些信息和资源的用户手中，成为家校合作系统当中应当 充分考虑的问题。 1 4本文工作 本文首先通过作者本人实际设计开发的一个支持个性化推荐的家校合作支持 系统，并在实际的教学环境当中运用获取的数据作为支持，对基于个性化推荐技术 的家校合作系统给出系统设计原型并实现。 1 5 本文结构 本文第二章讨论个性化推荐技术，并给出在本文中的应用。第三章分析基于网 络的家校合作系统，并给出基于个性化推荐技术的网络家校合作系统的没计原型。 第四章具体实现基于个性化推荐技术的家校合作系统中的实现，并给出关键的算 法描述。第血章研究总结及未来工作。 6 第二章个性化推荐技术0 用户建模技术 第二章个性化推荐技术与用户建模技术综述 2 1个性化推荐系统工作流程 推荐系统在1 9 9 7 年之前一直被称作协作式过滤( c o l l a b o r a t i v ef i l t e r i n g ) ，简称 c f 。c f 的概念是在1 9 9 2 年第一次提出的，当时提出c f 是为了解决电子邮件系统 中的信息过载( i n f o r m a t i o no v e r l o a d ) 问题。 对于推荐系统，目前还没有严格的定义。在很多文章中，是这样描述推荐系统 的【6 】：人们经常必须在对所要选择的事物没有充分了解的情况下做出选择，在日常 生活中，人们依靠众口之词、推荐信、报纸上的影评或书评和调查报告等的推荐来 完成这过程，推荐系统是用于辅助或模拟这一自然过程的计算机系统。 1 9 9 7 年以后，人们发现了一个可以应用推荐系统的新领域一一电子商务系统。 在未引入推荐系统之前，电子商务系统面临着这样一种窘境：商家能够在网上提供 的商品种类和数量非常多，但用户不可能通过一个小小的计算机屏幕很方便地发现 自己感兴趣的商品，用户既不愿意花太多时间在漫无边际的网上寻找商品，也不可 能像在物理环境下那样检查商品的质量，因此，用户很希望电子商务系统具有一种 类似采购助手的功能来帮助其选购商品，并能根据用户的兴趣爱好自动地推荐给每 个用户可能感兴趣且满意的商品，在这种背景下，推荐系统应运而生。 在引入推荐系统以后，电子商务系统可以预测用户的喜好，仅仅把用户可能有 兴趣的商品形成列表推荐给用户。由于这种列表往往很小，顾客可以很容易的找到 自己感兴趣的商品，这样不仅极大的方便了顾客，而且潜在的增加了电子商务的交 易量，为商家带来了可观的收益。推荐系统增加电子商务交易量的途径主要有三种： 提供给网站参观者可能感兴趣的产品列表，把他们由潜在的顾客变成真正的顾客： 在顾客进行交易的过程中建议顾客可能感兴趣的商品，增加每次交易量；在推荐的 过程中，推荐系统可以通过学习获得顾客的兴趣，为顾客提供个性化服务，从而提 高推荐的准确度。因此，电子商务商家纷纷开始把推荐系统嵌入到他们的电子商务 系统中，为顾客提供各种推荐服务。根据系统是否根据各个用户自身的特点为用户 形成推荐，推荐系统可以分为非个性化推荐系统和个性化推荐系统。非个性化推荐 系统是基于用户对项目( 电子商务系统中所有类型的商品的统称) 的平均评价来为 用户推荐产品的。这种推荐是独立于用户的，所以每个用户所获取的推荐完全相同。 这种推荐是自动完成的，因为它不依赖于某个用户自身的特性和行为，而是反映了 所有用户的总体特性。例如，在超市中某个重要位置( 比如收银台附近和楼梯处) 第二章个性化推荐技术与用户建模技术综述 摆放一些特定商品，就是非个性化推荐应用的一个例子。但是在实际的应用领域， 用得最多的还是个性化推荐系统，因为个性化推荐系统能够体现各个用户自身的不 同特征，从而有针对性的提供推荐，推荐结果的准确性比较高，深受用户的喜爱， 进而为用户提供主动的个性化服务。 本文的第二章将重点介绍个性化推荐技术。 除了可以应用于信息过滤领域和电子商务领域之外，推荐系统还可以应用到许 多其他领域，可以这么说，只要是需要提供个性化服务的领域，就有推荐系统的用 武之地。 应用在不同领域的推荐系统，其工作流程也不完全相同。鉴于推荐系统在电子 商务领域的广泛应用，本章就以电子商务领域的推荐系统为例，来介绍个性化推荐 系统的工作流程 7 1 。电子商务推荐系统首先从用户处获得赖以形成推荐的信息；然 后对信息进行处理，使之符合算法的要求；再按照推荐技术中所需要的步骤形成对 用户的个性化推荐；最后将推荐结果显示给用户。图1 描述了上述过程。 2 1 1 信息获取 恭维吐h 图1 1 推荐系统工作流程图 推荐系统：f ：作的基础是用户的信息。用户的信息包括用户输入的关键词、项目 的有关属性、用户对项目的文本评价或等级评价及用户的行为特征等，所有这些信 息都可以作为形成推荐的依据。那么如何获得这些信息昵? 从信息的获取方式来 看，主要有两种类型【8 】：显式获取( e x p l i c i t ) 和隐式获取( i m p l i c i t ) 。显式获取是指 用户必须明确的给出形成推荐时所需的信息，比如用户自身的基本信息、兴趣爱好、 还有用户对项目的评价等，这些信息需要用户进行显式输入。一个例子是，用户在 第二章个杜化摊荐技术码用户建横技术综述 系绞中注瓣时，需要辕入獾户静爱努、年龄、工资浚入等薅惑，疆及系统奁鬣示每 个项目时，提供单选按钮( 一般是5 级溅7 级) 让用户对项目打分。隐式获墩是指 系统蓝褪弼户懿行受，施够垂韵撼用户行为记录下来，戮蘧分辑舞弱户匏行戈特性， 这种信息获取的方式不需要用户输入任何信息，用户也不知道系统获取了自身的行 为信息。 对于鼹式获取而言，系统往往能够获得比较准确的用户信息。另外，它可以很 方便数获取用户对颁磊静受嚣评价信息。整楚，显式获敬需要鬻户羹箴输入信患， 在用户免费或者不付任何代价就可以获得推荐时，系统通过用户显式输入获得的信 怠键往会穰少。 隐式获取则恰好相反。相对于显式获取而言，隐式获得的信息的准确性也许要 低一些，鼹只麓获褥篱鼙静评价，较髌获得焉户豹受磷评徐僚怠。餐蹩，它霹菇狠 容易获取用户的信息而不需要用户任何输入，这一点特别受到推荐系统的开发者和 焉户的青踩。藩式获取豹方式琶话用户搜索爵输入酶套诲关键字、矮户维护的 b o o k m a r k 、用户浏览的页面历史、用户的浏览行为、服务器日志等。通过对用户这 骜行为的捕获获取用户的褶关僖豫，并对这鎏僚怠送行船工，陵获敬震户瓣麓趣稻 行为偏好等用户信息。作为个性化推荐的信息撼础。 总之，这两稀信患获敬方式番有优缺点，在实际逡行静穗荐系统中，针对开发 者殿使用糟不同的意图，有各自的应用，同时也可以将两种获取信息的方式组合应 霜。 2 。 。2僚患憝璞 在痿患获取除段掰获缮觳霜户售息，不爨瓣信息类塑其毒不弱装存骧摄式，在 为用户形成推荐以前，4 般还要根据推荐技术的不同对不同类型的信息进行相应的 照瑗。 用户的信息的存储格式中用得最多的是基于内容的文本格式和熬予数值的矩 终攥式。对予基予遗容戆文本掇式处理起寒毯较复杂，要震至l 语义分辍等魏浚，在 这鹕不作介绍。埘_ j i 二基于数值的矩阵格式，最常用的是用m n 维的用户一项目矩 终r 来表示，短臻中嚣每个元素： r i 。= 第i 个用户对第j 个项目的评价。 矩簿r 被黎必售意怒簿或评价表。信患兹内容r i ；爵基当终数毽楚理，在这 里，先介绍一。f 对于信息矩阵常用的几种处理方式10 】： 洚维 垂 第二章个性他推荐技术与用尸建模技术镕述 信息矩阵的维数般都很高。假定个系统有2 0 0 0 个顾客和1 0 0 0 个商品， 那么信惫矩簿羧寿2 0 0 0 x1 0 0 0 拿单元。露在一个典型戆麓予w e b 熬魄子袁务系 统中，百万一级的顾客数和商品数是比较正常的。由于推荐算法的时间复杂性般 隧蓑鬏密数蟊瘸瑟数瓣璜长瑟增长，嚣瑟在撬霉亍撬荐算法之藩，一簸震簧簿维。降 维就是在尽量不丢失信息的前提下，将一个大矩阵分割成多个小矩阵来存储和处 疆，款露减少信怠运舞量豹i 孽程。 稠密化 穗密诧技术翅于瓣凌售慧矩阵熬臻薅瞧溺逶。潮予毫予裔务滚点一般郯岔寄缀 多的商品，而缚个用户购买或评价的商品数往往只占其中小部分，因而导致信息 矩阵是一令穗滚筵簿，帮有效虢评徐信意只占一，j 、帮分，太部分簸为空( 表示采伟 评价) 。由于信息矩眸的稀疏性可能影响推荐算法形成推荐的准确性，因而在执行 援荐冀注之蓊，一蔽鬻要送雩亍裰密纯筵瑾。出子箨维可| 美经信惠怒阵交褥秘密，嚣 而降维技术本舟就是一种稠密化技术，另外还有两种方法可以用于稠密化，一种方 法是播徉，仅仅糖取译徐鼗越过一定阙毽豹耀声矮予攘荐，另一种方法辩簸省评价 ( 用户对商品朱作评价) 进行处理，推测出它可能的取值。 标准诬 标准化就怒使信息矩阵中的所有单元都取0 值或1 饭，标凇化也可以叫做二 傻往。括准侄一般胡予基于援潮匏攘荐戆颡赴理辛，主要处理基于等级译分静评价。 处理方法比较简单：只要提供一个闽值，将大于阈德的评价映射为1 ，其它的映射 为0 帮筲。镶鲡，翔采信患踅阵中每个元素豹取篷为l 、2 、3 、4 和5 ，分潮代表疆 户对项目的评价为特别不喜欢、不喜欢、感激一般、喜欢和特别喜欢，假定指定闽 篷为3 ，这群偿怠楚阵中豹4 鞫5 裁妖射为1 ，丽其它毽跌雳于为0 。 系统对信息处理以后，使信息更趋向于推荐技术所要求的格式，有利于加快推 荐算法的撬嚣遮凄，撬嵩蕹荐缩采酌准确瞧，瓿两滚善整个接荐系统的栏麓。毽有 嫂时候，信息的获取和处理也不是完全独立的，它们可以结合在一起进行。 2 1 3个性化推荐 用户获取了信息，并对信息处理完以后，就可以利用各种推荐算法为用户形成 个性化捻荐了。 目| j i ，根据形成推荐的方法的不同主要有三种常用的个性化推荐系统f 5 ：基于 项露嚣凌夔搀棼系绫、萋予矮嚣关联熬薤荐系统稆鏊于焉户关联静攉荐系统。 基于项目属性的推荐系统是基于项目的属性来为用户推荐产品的。项目的属性 第二章个性化推荐技术与用户建模技术综述 可以有多种形式，比如项目关键词、项目描述信息或从项目中进行特征抽取所形成 的特征向量等等，总之，项目的属性描述的是项目自身的性质特征，而且多是以文 本的形式存在。基于项目属性的推荐系统可以根据用户手工输入的项目的属性信 息，从已经存在的项目中，根据属性找出相似度最大的项目来为用户推荐；也可以 根据用户信息描述文件，将其与项目的特征向量作以比较，找出相似度最大的项目 推荐给用户。例如，如果一个用户输入“历史书”三个字，售书网站会显示多本和 历史书相关的书，就是基于项目属性的推荐的例子。基于项目属性的推荐的优点是 思想简单，执行速度快，能够根据用户的喜好进行在线更新。该方法的缺点是：对 项目内容分析较浅，对不同类型的项目特征提取方法不同，分析的准确性也不一样， 因此在某些领域推荐效果不好；只能推荐给与用户过去喜欢的项目相似的项目，不 能推荐给他新的项目。 基于项目关联的推荐系统是基于项目之间的关系来为用户推荐产品。分析项目 之间关系主要根据相关的多个项目集合，比如用户每次的购物单或者购物车内的项 目；当然也可以通过分析项目的属性来得到项目间的关系，但该方法本文归结到基 于项目属性的推荐系统当中。项目问的关系可以用相似度或关联规则来表示。基于 项目关联的推荐可以根据用户当前购物车的内容自动地为用户推荐可能购买的商 品，从而增加每次的交易量；也可以根据用户的购买记录来为用户推荐下次可能购 买的项目。例如，有些电子商务系统通过实时分析用户的当前购物车，根据项目间 关系，来为用户推荐产品，这是基于项目的关联规则推荐方法的应用。基于项目关 联的推荐的优点是可以给用户推荐与过去喜欢的项目相似的项目，也可以给他推荐 新项目；、1 旦项目问关系确定以后，推荐的实时性好。该方法的缺点是在一个项目 未被任何用户购买以前不会被推荐，因而新加入到系统中的项目永远不会被推荐； 对于用户一次只买一个的购买模式，而不通过购物车一次性购买的项目，不能利用 该方法给出推荐。 基于用户关联的推荐系统是基于用户之间的关系来为用户推荐产品，该技术也 叫做协作式过滤( c o l l a b o r a t i v ef i l t e r i n g