高校體育工作評價監(jiān)測系統(tǒng)研制
----基于模糊數(shù)學與人工智能思想

王東旭

在大學體育工作中，常常涉及多方面的評價工作，如課堂教學﹑訓練﹑教師業(yè)務水平以及學生體質(zhì)等方面的評價。這些評價在具體操作上基本是按確定指標體系﹑確定指標權(quán)重﹑單項指標評價﹑綜合評價﹑評價結(jié)果分析等步驟進行[1,2]。針對這一特點，可利用計算機、數(shù)據(jù)庫技術(shù)將各種評價集成起來，開發(fā)一個大學體育評價計算機輔助系統(tǒng)。這一評價系統(tǒng)一方面為大學體育評價工作提供方便、靈活而統(tǒng)一的軟件平臺，另一方面可以避免單個評價軟件開發(fā)過程中的重復勞動。目前，大學體育類評價廣泛采用的方法是基于模糊數(shù)學原理的模糊綜合評判方法。評判時，通常將權(quán)重模糊向量與單因素評判矩陣按最大、最小合成法進行合成運算[3—5]。模糊綜合評判方運算雖簡潔、方便，但只突出了主要因素和評判對象對備擇元素的隸屬度，忽略了很多次要因素。當涉及因素太多時，往往會丟失大量有價值的信息，使運算結(jié)果與實際情況存在不相符、可信度降低[6]的弊病。為此，筆者根據(jù)模糊數(shù)學的原理及人工智能思想，提出了一種基于模糊綜合評判推理機制的評價模型。該模型克服了以往評價時用最大、最小合成法的模糊綜合評判所造成的缺陷，可提高大學體育工作中眾多評價工作的有效性和可信性。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用層次結(jié)構(gòu)，主菜單包括五大功能，見圖1。當用戶登錄到系統(tǒng)后，可進行各類評價工作、查詢與統(tǒng)計以往評價結(jié)果、對系統(tǒng)進行維護等，系統(tǒng)還提供了開發(fā)說明﹑操作說明等幫助信息。

圖1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)主要功能設計與實現(xiàn)技術(shù)

2.1 用戶登錄功能

系統(tǒng)中將用戶分為系統(tǒng)管理員、評定用戶和瀏覽用戶三個等級。不同等級的用戶擁有不同的操作權(quán)限與密碼(瀏覽用戶不需密碼)。系統(tǒng)管理員的權(quán)限最高，可以進行全部系統(tǒng)維護與操作；評定用戶則無權(quán)進行任何的添加、修改、刪除等維護工作，只能運用該系統(tǒng)進行各種評定工作；瀏覽用戶只能對系統(tǒng)的評定結(jié)果進行查詢、統(tǒng)計及瀏覽。用戶登錄模塊用于驗證用戶身份﹑完成評價類別選擇并登錄到系統(tǒng)的工作，登錄界面見圖2。

2.2 評價功能

評價是系統(tǒng)最主要的功能，也是整個系統(tǒng)的核心。它根據(jù)用戶所選擇的評價類別自動打開數(shù)據(jù)庫中相應的評價指標庫，并調(diào)用相應的評價數(shù)據(jù)錄入界面以輸入考察對象的有關評定信息，然后根據(jù)評價模型進行評定，評定結(jié)果顯示于屏幕，同時自動存入相應的結(jié)果庫，便于查詢﹑統(tǒng)計。

2.2.1評價數(shù)據(jù)錄入界面不同類別的評價因其指標體系、評價等級不同，其數(shù)據(jù)錄入界面不同。如用戶選擇“體育課教學質(zhì)量評價”時，通過“評價”菜單進入評價數(shù)據(jù)錄入界面，見圖3所示。

圖2 用戶登錄界面

圖3評價數(shù)據(jù)錄入界面

其中“評判者人數(shù)”指參加某教師教學質(zhì)量評定的人數(shù)；“目的任務確定”等15個指標是評定體育課教學質(zhì)量的指標體系，決定體育課教學質(zhì)量的主要因素有：課前準備﹑任務完成﹑增強體質(zhì)﹑組織教法和思想教育。每個因素又有三個起重要作用的指標，共15個指標在表中按順序排列。各指標評價等級的數(shù)據(jù)輸入根據(jù)所有評判者給某個教師的評價表中各等級欄打“√”總數(shù)進行，例如圖3輸入的是20個評判者對“張力”的等級評價結(jié)果。數(shù)據(jù)輸入完后，單擊“推理評價”按鈕即可調(diào)用評價模型進行評定。

2.2.2評價模型的設計為了充分利用評判者所給出的各種信息，提高評價結(jié)果的準確性和可信度，本系統(tǒng)根據(jù)模糊數(shù)學的原理及人工智能思想，提出了基于模糊綜合評判推理機制的評價模型。

(1)模糊推理運算基本模型的設計。設論域U={U1，U2，…，Un}為所有評價因素的集合，論域V={V1，V2，…，Vm}為所有考察對象可能出現(xiàn)的評估等級的集合。視考察對象，每大類因素又可分為若干子類，即Ui={Ui1，Ui2，…，Uil},l為各大類影響因素中子類影響因素的個數(shù)。由于U中各因素對評價對象的影響程度不同，在評判時每個因素的重要程度也不同。為了使評判更具科學性，定義U上的一個模糊子集即權(quán)重系數(shù)為：W={W1，W2，…，Wn}，且W1+W2+…+Wn=1，同理對Ui有：Wi={Wi1，Wi2，…，Wik}，且Wi1+Wi2+…+ Wik=1。

在U、V之間進行模糊推理，建立一個從U到V的模糊關系，記為UV，R也稱為U V上的一個模糊矩陣。U到V之間的所有模糊推理構(gòu)成一個模糊規(guī)則集，規(guī)則形式為：If Uiand V Then Ri。

其含義是指如果有某因素Ui對應V的影響點集，則必有一個表征它們的隸屬度的模糊關系矩陣Ri。在構(gòu)成UV模糊規(guī)則集﹑形成多因素評判空間基礎上進行模糊綜合加權(quán)運算，最后得到模糊推理運算的基本模型為：

Y=W?R

(1)

式中W?R為兩模糊集W和R的笛卡爾乘積，它綜合考慮各個因素的影響采用“綜合加權(quán)型”算子來運算。是由代數(shù)積“?”及有界和“⊕”算子得到的復合算子，算子“?”與“⊕”的運算法則如下：

設兩個模糊集A和B，其元素分別為UA(x)﹑UB(x)，則代數(shù)積A?B及有界和A⊕B隸屬函數(shù)分別為：

代數(shù)積：UA?B(x)=UA(x)?UB(x) (即兩元素的乘積)

有界和：UA⊕B(x)=1∧(UA(x)+UB(x))

“綜合加權(quán)型”算子的運算法則如為：

在(1)式中，記R={R1，R2，…，Rm}，Rj(1≤j≤m)為一個考察對象的n個評價因素分別隸屬于等級Vj(1≤j≤m)的模糊集，有Rj={r1j，r2j，…，rnj}T。設X為某個考察對象，則Y為基于所有Rj(1≤j≤m)的綜合加權(quán)運算構(gòu)成的一個模糊集，Y={y1，y2，…，ym}，其yj(1≤j≤m)的隸屬函數(shù)為：

=W15r1j⊕W25r2j⊕…⊕Wn5rnj

因此，只要每個影響因素的權(quán)重系數(shù)W﹑模糊關系矩陣R都確定，則模糊推理運算模型也就確定。

(2)模糊推理算法的設計。整個推理采用自下而上逐層推理方式。第一層推理從子類因素到各大類因素Ui(1≤i≤n)，推理結(jié)果由Yi(1)?Ri(1)計算(右上角符號“(1)”表示一層)。其中Wi(1)為Ui各子類因素的權(quán)向量，其值從“評價指標庫”中讀取；Ri(1)從數(shù)據(jù)錄入界面中的數(shù)據(jù)計算得到，例如第一大因素“課前準備”，它包括錄入界面中前三個指標，先計算各指標評價等級的隸屬度，其值等于評判者人數(shù)除表中各等級打分結(jié)果，如“目的任務確定”為“優(yōu)”級的隸屬度為2/20=0.1，依此可得到：

以該層所有大類因素的推理結(jié)果為行向量，組建第二層的模糊關系矩陣即模糊運算規(guī)則，形式為：

則第二層推理結(jié)果為：Y(2)=W(2)?R(2)(W(2)為各大類因素的權(quán)向量，其值來自“評價指標庫”)，依次可推廣到多層次的推理運算：

Y(k)=W(k)?R(k)

將最終推理結(jié)果Y(k)=(y1, y2, …, ym,)中各yj進行歸一化，并比較其大小，最大者即為某考察對象的綜合評價等級結(jié)果。其綜合評分值由S= Y(k)·CT計算，其中C是由各等級Vj(1≤j≤m)對應的分值組成的等級矩陣，其值從“評價指標庫”中讀取。

2.3 查詢與統(tǒng)計功能

查詢功能是幫助用戶方便﹑快捷地從結(jié)果庫中找到所需的信息并以表格形式顯示。用戶可通過指定評價類別﹑考察對象姓名﹑評定時間等條件或直接輸入條件謂詞的方法進行查詢；統(tǒng)計功能為用戶提供結(jié)果庫中的綜合信息(如某等級的人數(shù)﹑某人在一定時間內(nèi)歷次評定結(jié)果﹑某時間所有教師教學質(zhì)量評定結(jié)果等)，并以統(tǒng)計表方式顯示。所有查詢與統(tǒng)計結(jié)果既可通過屏幕瀏覽，也可從打印機上輸出。

2.4 數(shù)據(jù)庫的建立

數(shù)據(jù)庫包括評價指標庫和結(jié)果庫。由于不同類別的評價其指標體系不同，為便于管理，對各類別的評價分別建立其評價指標庫，用于存放評價指標﹑權(quán)重及評價等級值。評價指標庫中包含兩種表：指標權(quán)重表(按指標級別又分為多級)和評價等級表。指標權(quán)重表結(jié)構(gòu)為：編號、指標名稱、權(quán)重。編號是識別指標的唯一標志；評價等級表結(jié)構(gòu)為：編號、等級名稱、對應分值。

結(jié)果庫用于存放各類評價的結(jié)果，供查詢統(tǒng)計使用。因不同類別的評價需保存的信息不同(如大學生體質(zhì)評價，除了評價結(jié)果外還需保存被評學生的班級﹑學號等)，這意味著數(shù)據(jù)的字段名﹑字段數(shù)不同。如果統(tǒng)一設定字段及個數(shù)，勢必造成存儲空間的浪費及數(shù)據(jù)管理效率下降。為此，結(jié)果庫中針對每個類別的評價，建立一個評價結(jié)果表以存放相應的結(jié)果信息，如體育課教學質(zhì)量評價結(jié)果表可創(chuàng)建為：編號、評價類別、教師姓名、評定時間、綜合評價等級、綜合評分值。

2.5 系統(tǒng)維護功能

系統(tǒng)維護包括系統(tǒng)功能維護和數(shù)據(jù)庫維護。系統(tǒng)功能維護指增加新功能和刪除不要的功能模塊，利用此功能可以增加新類別的評價，使系統(tǒng)具有良好的可擴展性；數(shù)據(jù)庫維護功能主要提供對數(shù)據(jù)庫中各類數(shù)據(jù)的入庫﹑修改和刪除操作，如向評價指標庫中添加新指標﹑修改舊指標及權(quán)重等，以保證系統(tǒng)評價的靈活性，不斷提高評價水平。

3 結(jié)論

根據(jù)模糊數(shù)學的原理及人工智能思想提出的基于模糊綜合評判推理機制的評價模型，其開發(fā)工具為Visual Basic 6.0，數(shù)據(jù)庫采用Microsoft Access 2000，運行環(huán)境為Windows XP/2000。該模型不僅考慮了所有因素，而且可保留單因素評判的全部信息，為科學而準確地進行大學體育評價提供了一個有效途徑。

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