構(gòu)建面向大學生使用電腦時間管理的指導服務系統(tǒng)*

張兆玉，高 陽，鄭潔瑾，歐陽超，張淑均，田 萱

（北京林業(yè)大學 信息學院計算機系，北京 100083）

一、引言

本文旨在通過基于學生個人桌面上下文行為日志的獲取，構(gòu)建一個個性化的學生使用電腦時間管理的指導服務系統(tǒng)。向這類學生提供一個有效的個人學習指導系統(tǒng)，協(xié)助其改正不良習慣，使大學生能夠更合理地安排學習和生活。

基于桌面上下文的學生使用電腦時間管理指導服務系統(tǒng)（Time Management System簡稱：TMS）是以學生個性化數(shù)據(jù)統(tǒng)計為前提的，集學生使用電腦時間的定制、管理、監(jiān)督、統(tǒng)計為一體的服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)底層以文件的方式存儲用戶的桌面上下文信息、存儲用戶的個性化學習計劃，以實現(xiàn)公共數(shù)據(jù)的存儲。上層以Java Swing技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的界面，展現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，以實現(xiàn)友好、方便、快捷的交互體驗。該系統(tǒng)實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)計分析，以各種不同的統(tǒng)計圖形展示學生的計劃完成情況，同時該系統(tǒng)實現(xiàn)三種不同的監(jiān)督體制，包括基本監(jiān)督提醒、郵件統(tǒng)計表反饋、短信實時反饋。另外該系統(tǒng)通過對學生桌面上下文數(shù)據(jù)的分詞分析，實時向?qū)W生展示自己的關(guān)注話題排行。

該系統(tǒng)對有志于改正不良使用電腦習慣的學生有重要價值。同時也具備較高的社會價值和人文價值。該系統(tǒng)完成后具有以下特性：

（1）方便學生定制個性化的學習計劃，改善自己使用電腦的不良習慣。

（2）通過對學習計劃的統(tǒng)計分析，學生能夠清晰地看到自己的學習計劃完成情況，進行合理的調(diào)整。

（3）多功能的監(jiān)督系統(tǒng)，方便學生設定的監(jiān)護人對其學習計劃完成情況的監(jiān)督。

（4）通過桌面上下文數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析實時獲取自己關(guān)注的話題排行。

（5）該系統(tǒng)也適用于其他各類有志于改善自己使用電腦習慣的用戶。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

1.桌面上下文用戶數(shù)據(jù)的獲取和存儲

桌面上下文用戶數(shù)據(jù)的獲取和存儲是實現(xiàn)該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。桌面上下文數(shù)據(jù)主要包括用戶打開各類文檔的標題信息、瀏覽各類網(wǎng)頁的標題欄信息、打開的各類應用程序信息。隨著用戶使用電腦時間的不斷增加，這些信息量會不斷增大，采用合理的內(nèi)外存存儲方式是該系統(tǒng)必須考慮的問題。該系統(tǒng)采用中科院分詞算法來進行統(tǒng)計分析，采用哈希表的方式管理內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)讀取模式。對于系統(tǒng)使用應用程序的時間記錄，該系統(tǒng)采用多線程的方式，開辟一個線程，每隔一定的時間粒度，輪詢系統(tǒng)當前開啟的應用程序，將對應的使用信息記錄到文件中。這樣當計算一個應用程序的使用時間時，只需要獲取對應日志文件的行數(shù)，然后乘以粒度就能得到結(jié)果。

2.業(yè)務需求分析和系統(tǒng)架構(gòu)設計

用戶個性化的學習計劃的統(tǒng)計分析是通過基于對用戶桌面上下文數(shù)據(jù)的記錄結(jié)果分析得到的。對用戶制訂的學習計劃及進程在后臺進行監(jiān)督記錄，最后按照不同的統(tǒng)計模型進行統(tǒng)計分析，形成不同的統(tǒng)計圖表（統(tǒng)計表、柱狀圖、折線圖、餅狀圖）展現(xiàn)給用戶。另外，系統(tǒng)按照用戶設定的監(jiān)督規(guī)則，會對該學習計劃進行多功能的監(jiān)督反饋。監(jiān)督功能包括基本監(jiān)督、Java Mail郵件報表反饋[1]、短信實時控制。基本監(jiān)督包括阻止和提醒模式。阻止模式包括關(guān)閉應用程序和彈窗提醒模式。提醒模式包括開啟應用程序和彈窗提醒模式。郵件報表反饋和短信實時控制會及時向用戶設定的監(jiān)護人發(fā)送學習計劃的完成情況和電腦的使用情況。用戶的關(guān)注度排行榜，是利用中科院分詞算法對用戶桌面上下文的數(shù)據(jù)進行合理的統(tǒng)計學分析而得到的實時信息，方便用戶及時了解自己近期的關(guān)注動向。

系統(tǒng)的架構(gòu)遵循軟件開發(fā)流行的MVC模式，分為表示層、業(yè)務層和數(shù)據(jù)持久層。該系統(tǒng)中表示層采用Java Swing組建并設計實現(xiàn)。數(shù)據(jù)持久層采用Java序列化的機制，將對象完整地存儲到文件當中。[2]同時該系統(tǒng)也是一個多任務的系統(tǒng)，用不同的線程來同時進行不同的任務。系統(tǒng)的整體設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設計

3.基于MVC的TMS多任務協(xié)同工作系統(tǒng)的研發(fā)

TMS系統(tǒng)在總體架構(gòu)上采用 MVC模式。這種模式以最少的耦合協(xié)同工作，分工明確。首先由Java的事件監(jiān)聽機制接受用戶的請求并調(diào)用某個模型來處理請求，再將處理的結(jié)果交給某個Java Swing組件，呈現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)采用多線程的設計機制，分別采用不同的線程來進行學習計劃完成情況的統(tǒng)計工作、普通監(jiān)督工作、郵件短信反饋工作。多線程的設計模式使系統(tǒng)能夠協(xié)同完成多項任務。

三、關(guān)鍵技術(shù)

1.學習計劃模型的設計和存儲

學習計劃是指用戶對一系列添加到TMS系統(tǒng)中需要被監(jiān)督管理的應用程序詳細使用情況的一個集合。在本系統(tǒng)中學習計劃的最小操作單元是應用程序（Application），對一個應用程序的監(jiān)督控制信息被稱為記錄 （Record），若干個記錄的集合就是一個學習計劃（Schedule）。在本系統(tǒng)中分別用三個不同的類來表示上面三個實體。應用程序（Application）包括應用程序名字（name）、別名（nickname）、路徑（path）、類別（type）。 記錄（Record） 包括一個應用程序 （Application）、 開始時間（begintime）、結(jié)束時間（endtime）、服務模式（servicemode）、控制時長（controllength）。 學習計劃（Schedule）包括一個記錄集合（record list）、開始時間（begintime）、結(jié)束時間（endtime）、計劃名（Schedule name）。 學習計劃存儲模型如圖2所示。

圖2 學習計劃存儲模型

2.桌面上下文數(shù)據(jù)的獲取和存儲

桌面上下文數(shù)據(jù)是用戶每日使用電腦產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中的子系統(tǒng)ProcessTime（簡稱PT）用來記錄用戶的桌面上下文數(shù)據(jù)。PT系統(tǒng)采用Win 32 API獲取系統(tǒng)窗口程序的標題、應用程序使用情況等數(shù)據(jù)并最終存儲到文件中。

3.多功能監(jiān)督系統(tǒng)的實現(xiàn)

TMS系統(tǒng)中的監(jiān)督功能是集合了普通監(jiān)督、郵件報表反饋、短信通知的體系。系統(tǒng)根據(jù)用戶配置文件中配置的相關(guān)信息采用制定的統(tǒng)計模型，計算通知的臨界條件，當臨界條件被觸發(fā)的時候，調(diào)用通知模塊來完成監(jiān)督功能。短信監(jiān)督集合了已經(jīng)開發(fā)完成的SMSService（短信發(fā)送平臺）系統(tǒng)。只需要在程序中將需要發(fā)送的短信內(nèi)容插入SMSService系統(tǒng)對應的數(shù)據(jù)表中，該系統(tǒng)就能夠?qū)⒍滔l(fā)給用戶設定的監(jiān)督人。

4.功能需求分析與設計

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

Time Management System （TMS）分為TMS子系統(tǒng)、Process Time （PT）子系統(tǒng)、Rank List（RL）子系統(tǒng)。 總體系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

（1）TMS子系統(tǒng)，包括系統(tǒng)參數(shù)配置模塊、系統(tǒng)監(jiān)督程序管理模塊、學習計劃模塊、監(jiān)督系統(tǒng)模塊。

系統(tǒng)參數(shù)配置模塊，對系統(tǒng)后續(xù)功能需要使用的基本信息進行配置，指用以驗證的用戶郵箱、監(jiān)督人郵箱、監(jiān)督人電話、監(jiān)督類型、阻止方式、提醒方式、監(jiān)督百分比等基本參數(shù)的配置工作。配置完成后存儲到 config.data文件中。

系統(tǒng)監(jiān)督程序管理模塊，添加需要監(jiān)督的程序到系統(tǒng)中，并可以對該程序?qū)嵤﹦h除。應用程序一旦被添加到系統(tǒng)中，系統(tǒng)就會記錄該應用程序當天的使用情況。

學習計劃模塊，包括學習計劃管理和學習計劃統(tǒng)計分析功能。學習計劃管理包括添加、刪除、查看學習計劃功能。學習計劃統(tǒng)計分析功能指對學習計劃按照系統(tǒng)設計的模型,顯示對應的統(tǒng)計圖、柱狀圖、餅狀圖、折線圖。

監(jiān)督子系統(tǒng)，會根據(jù)系統(tǒng)配置信息中提供的監(jiān)督百分比，判斷系統(tǒng)正在執(zhí)行的學習計劃中子項的當天完成度和監(jiān)督百分比的大小，并根據(jù)監(jiān)督種類的設置，實時向用戶以及監(jiān)督人反饋信息。普通監(jiān)督會根據(jù)用戶設定的監(jiān)督時間間隔來按照監(jiān)督類型提醒用戶。郵件報表反饋和短信實時反饋會按照默認一天一次的頻率向監(jiān)督人發(fā)送對應的數(shù)據(jù)。

（2）PT子系統(tǒng)，包括桌面上下文數(shù)據(jù)獲取模塊和應用程序使用記錄獲取模塊。

桌面上下文數(shù)據(jù)獲取模塊，系統(tǒng)通過調(diào)用win 32 API獲取用戶使用電腦時打開的各類窗口程序的標題、瀏覽器的標簽欄、應用程序名等數(shù)據(jù)，并按照設計的格式存儲到對應的文件系統(tǒng)中。

應用程序使用記錄獲取模塊，主要記錄用戶使用各個應用程序的時間，為對學習計劃完成度做統(tǒng)計分析提供數(shù)據(jù)。

（3）RL子系統(tǒng)，是用來查看用戶關(guān)注度排行榜的模塊。該模塊通過中科院分詞算法，對PT子系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計算出百分比，最終以組件的方式呈現(xiàn)，供用戶查看。

5.基于MVC模式的多任務系統(tǒng)的實現(xiàn)

現(xiàn)代軟件設計中通用的MVC模式，是軟件設計的主流模式。本系統(tǒng)是基于Java Swing技術(shù)進行桌面系統(tǒng)開發(fā)的，由通用的窗口（JFrame）或?qū)υ捒颍↗Dialog）作為View層展示數(shù)據(jù)，利用實體操作類作為業(yè)務層，如ScheduleManagement.java，并以實體POJO類作為數(shù)據(jù)模型，如 Application.java、Record.java、Schedule.java 等。圖4以制訂學習計劃為例，展示系統(tǒng)一個模塊的MVC實現(xiàn)。

圖4 學習計劃模塊MVC設計

四、小結(jié)

本文設計中基于桌面上下文的大學生使用電腦時間管理服務系統(tǒng)是學生更好地利用電腦生活、學習的輔助工具。該系統(tǒng)底層以文件系統(tǒng)的方式存儲數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的讀寫比采用數(shù)據(jù)庫更快速的效果。上層以Java Swing組件展示內(nèi)容，讓用戶獲得更好的用戶體驗。該系統(tǒng)從學習計劃定制，到統(tǒng)計分析，到監(jiān)督反饋一體化的機制，相信能夠很好地對學生使用電腦的行為進行引導。

[1]孫衛(wèi)琴.JavaMail API電子郵件的收發(fā)[J].電腦編程技巧與維護,2007(12).

[2]何坤,李琳琳,熊前興.JAVA對象持久化方法研究[J].交通與計算機,2006(1).