基于jBPM的教務(wù)管理系統(tǒng)自配置的研究

劉佳

摘要：隨著我國高等教育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高校規(guī)模的不斷擴大，招生人數(shù)的日益劇增，教務(wù)管理工作不僅成為高校管理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也成為整個學校管理的核心和基礎(chǔ)，科學化、規(guī)范化的管理已成為高等教育中的重中之重。文章基于以上目的，研究了jBPM相關(guān)知識和自治計算策略；提出一種面向服務(wù)的自治計算自配置方法以及自治環(huán)境下的自配置中服務(wù)匹配算法；并且引入Agent技術(shù)，實現(xiàn)多Agent教務(wù)管理系統(tǒng)?；趈BPM的教務(wù)管理系統(tǒng)自配置的研究可使系統(tǒng)自動適應(yīng)動態(tài)變化的環(huán)境，在系統(tǒng)運行過程中能夠根據(jù)管理者提供的策略作出決策，并在人工干預最小的情況下調(diào)整系統(tǒng)，保證系統(tǒng)正確、有效地運行。教務(wù)管理中最主要用到的智能選課、智能排課、智能排考三大子系統(tǒng)的自配置功能可參考此文中的方法來實現(xiàn)，使其更智能化。

關(guān)鍵詞：jBPM；策略；自配置；服務(wù)匹配；教務(wù)管理系統(tǒng)

1 內(nèi)容背景

教務(wù)管理系統(tǒng)的好壞直接決定了高校培養(yǎng)高層次人才的質(zhì)量及高校教學資源的利用率，高水平的教務(wù)管理不僅能夠保證高校教學活動的正常運轉(zhuǎn)和高水平的教學質(zhì)量，為學生綜合發(fā)展甚至全面發(fā)展提供有效的監(jiān)控和指引，還能幫助洞察學科的發(fā)展形勢和市場需求的狀況，從而使制訂的各層次和各專業(yè)人才的培養(yǎng)目標更加靈活化、合理化、規(guī)范化。其中，分層教學己成為某些個別高校教務(wù)管理系統(tǒng)中的一種教學模式，也將成為未來高校教學模式的一種發(fā)展趨勢。

2 基于jBPM的教務(wù)管理系統(tǒng)

高校教務(wù)管理系統(tǒng)利用工作流管理技術(shù)來處理學校及師生的大量日常事務(wù)性工作，能夠在很大程度上提高教學管理的水平和教學工作的效率，將工作流技術(shù)引進教務(wù)管理系統(tǒng)不僅是技術(shù)上的一種發(fā)展趨勢，同時也是業(yè)務(wù)流程自動處理的需要。工作流管理系統(tǒng)的核心工作流引擎的好壞直接決定整個流程系統(tǒng)的質(zhì)量，在眾多的開源工作流引擎中，JBoss下的jBPM是純Java實現(xiàn)的，并且公開源代碼，遵循ApacheLicense，其作為一種輕量級的、開源的、基于J2EE的工作流引擎，在技術(shù)的成熟度和功能上都是最杰出的，需要根據(jù)流程定義進行業(yè)務(wù)流程的流轉(zhuǎn)，jBPM提出了自己的流程定義語言JPDL，這種語言簡單易懂，易于學習，為用戶提供一種簡單而直觀的、易于使用和擴展的過程定義方式，JPDL詳細定義了開始、停止狀態(tài)和各個狀態(tài)之間的切換等業(yè)務(wù)流程的每個環(huán)節(jié)。本文教務(wù)管理系統(tǒng)主要對面向分層教學的教務(wù)管理智能排課子系統(tǒng)、基于模擬退火算法的教務(wù)管理學生選課子系統(tǒng)、基于貪心算法的教務(wù)管理智能排考子系統(tǒng)分別進行自配置，最終若把這3個子系統(tǒng)整合在一起，則可以完成整個教務(wù)管理系統(tǒng)的自配置，基于jBPM的教務(wù)管理自配置子系統(tǒng)的核心功能主要包括學生管理、教師管理、班級管理、教學計劃管理、智能選課、智能排課、智能排考7個方面，各個流程所用的數(shù)據(jù)源都為同一個數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)實時同步，根據(jù)自配置流程中的邏輯來實現(xiàn)智能調(diào)整。系統(tǒng)的功能設(shè)計目標：分別對選課、排課、排考子系統(tǒng)提取參數(shù)，對參數(shù)進行關(guān)聯(lián)性分析，并且對參數(shù)進行分類和預處理；系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進行預處理，系統(tǒng)對在選課、排課、排考過程中涉及的一些初始數(shù)據(jù)，對其進行初始化、預處理；系統(tǒng)可以完成教務(wù)管理系統(tǒng)三大自配置功能，即選課自配置功能、排課自配置功能、排考自配置功能?？傮w功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 策略及策略的沖突消除

自治計算技術(shù)旨在隱藏系統(tǒng)管理復雜性，IT系統(tǒng)擁有自我調(diào)節(jié)能力而無需人為的過多干預是自治計算其中的一個思想，其手段是“技術(shù)管理技術(shù)”，從而建立起用戶可以指導、狀態(tài)可以覺察、自適應(yīng)的計算機系統(tǒng)。自治計算系統(tǒng)應(yīng)至少具有自配置、自優(yōu)化、自修復和自保護這4個主要特性。自治計算中，策略是系統(tǒng)管理及人機交互的主要手段，自治計算系統(tǒng)根據(jù)用戶所定的策略即命令來管理自身的行為，自治運行。但當多個策略同時作用于一個實體時，則有可能導致策略沖突，對于策略沖突問題，本文的解決辦法是使用元策略，所謂元策略簡單而言則是關(guān)于策略的策略，它規(guī)定了各種策略之間的關(guān)系，并且對各種策略進行了限制，可以消除沖突。例如，當多個策略是關(guān)于相同的動作和相同的目標對象，但語義相反時，就會導致沖突的出現(xiàn)，解決此問題的辦法是利用元策略規(guī)定優(yōu)先級大小，當策略發(fā)生沖突時，優(yōu)先級大的策略可以優(yōu)先得到執(zhí)行，然后再執(zhí)行優(yōu)先級小的策略。

4 自配置方法研究

本文利用基于jBPM與Agent的軟件開發(fā)方法和系統(tǒng)理論，采用結(jié)構(gòu)自配置和接口自配置完成系統(tǒng)的開發(fā)工作，本文中的結(jié)構(gòu)自配置主要用來確定自治單元的配置對象，接口自配置則主要用來配置具體參數(shù)。

本文自配置采用服務(wù)匹配算法來實現(xiàn)，服務(wù)匹配算法步驟如下：

（1）輸入輸出服務(wù)匹配類型。（2）判讀所輸入輸出匹配類型是否匹配；若匹配goto （3）；若不匹配，goto （4）。（3）判斷各參數(shù)是否匹配，若匹配，由TS，PS計算S，goto （6）；若不匹配，goto （5）。（4）由TS計算S，goto （6）。（5）由TS，PS計算S，goto （6）。（6）按S值排序輸出。

為達到普適計算環(huán)境的要求，本文采用普適計算環(huán)境下基于語義的兩層服務(wù)匹配算法，主要是根據(jù)服務(wù)請求的不同方式分類，按照服務(wù)類別、輸入輸出參數(shù)分步進行過濾的方法進行服務(wù)的匹配，同時給出相應(yīng)的服務(wù)相似度。該算法有良好的匹配率和良好的性能，從而更好地達到普適計算環(huán)境要求。在此方法中，可以根據(jù)需求的不同，設(shè)置服務(wù)類型相似度和服務(wù)輸入輸出參數(shù)相似度權(quán)重的大小，相似度越大則越能滿足服務(wù)請求者的需求，當請求的服務(wù)和提供的服務(wù)完全不匹配時，相似度為O；當完全匹配時，相似度為1，否則介于O與1之間。

總的服務(wù)匹配相似度計算如下：

S（Adv，Req）= W_TX.TS（Adv，Req）+W_PS·PS（Adv，Req）

其中TS為服務(wù)類型相似度，PS為服務(wù)輸入輸出參數(shù)相似度，WTS，WPS不小于O，且二者之和為1。在服務(wù)類型匹配中，定義ABCD四種匹配方式，ABCD服務(wù)匹配定義及其相似度定義為如表1所示。

在服務(wù)匹配過程中，需要把D匹配的服務(wù)過濾掉，把ABCD匹配提供給服務(wù)輸入輸出匹配。4種不同的匹配可使服務(wù)提供者為服務(wù)請求者提供不同程度的服務(wù)。

在輸入輸出參數(shù)匹配中，計算服務(wù)輸入輸出參數(shù)相似度PS （Adv，Req）需要計算輸入輸出參數(shù)之間的相似度，給定一個本體概念樹T，在本體概念樹T中父概念直接包含它的子概念，設(shè)根節(jié)點為R，有2個子節(jié)點C1，C2，設(shè)C1，C2在同一層次，則C2的相似度為：

其中，當Cl=C2時，S（C1，C2）為1；當存在一條C1，Cal，Ca2..Can，C2路徑，其中Sai是Cai的子類數(shù)時，采用中間計算公式，當CI與C2間不存在路徑且C1不等于C2時，S（C1，C2）為0。

本文引入Agent技術(shù)，Agent技術(shù)是分布式人工智能的一個重要領(lǐng)域，Agent是部署于某種環(huán)境下的一個經(jīng)過封裝的軟件系統(tǒng)，可以看作是一個程序或一個實體，它嵌入于環(huán)境之中。通過感知環(huán)境，自治地作用于環(huán)境并滿足設(shè)計要求。采用面向Agent的系統(tǒng)理論和軟件開發(fā)方法是將大的、復雜的系統(tǒng)分解成若干小的、彼此相互通訊相互協(xié)作的、易于管理、易于實現(xiàn)的小系統(tǒng)，這些小系統(tǒng)通過接口進行合作，進而組成大的復雜系統(tǒng)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)自配置的整體目標。此教務(wù)管理采用多Agent系統(tǒng)來實現(xiàn)，其功能結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

此教務(wù)管理自配置系統(tǒng)的請求類型分為學生管理請求集Rs、教師管理管理請求集Rt、班級管理Rc和教學計劃管理Rp，通過它們彼此之間的關(guān)聯(lián)性進行相應(yīng)的匹配和接口的連接。學生管理請求集Rs由二元組構(gòu)成，表示部件emti發(fā)出請求rs，其中rel{join，release，update，delete}；教師管理請求集Rt由三元組