基于Android平臺(tái)的留學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＊

吳國(guó)娟，何明昌，王 鵬，吳漢魏，廖海玲

(溫州大學(xué)數(shù)電學(xué)院，浙江 溫州 325035)

0 引言

教育部網(wǎng)站上數(shù)據(jù)顯示，2016年在華留學(xué)生生源國(guó)家和地區(qū)總數(shù)已達(dá)205個(gè)[1]，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與綜合實(shí)力的不斷提升，越來(lái)越多的海外學(xué)子到我國(guó)留學(xué)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年來(lái)華留學(xué)人數(shù)已達(dá)150多萬(wàn)人，且每年呈大幅增長(zhǎng)趨勢(shì)，據(jù)英國(guó)教育機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2027年中國(guó)將超過(guò)美國(guó)將會(huì)成為世界上第一大海外留學(xué)目的國(guó)家[2]。語(yǔ)言是用來(lái)進(jìn)行文化診釋與交流的最重要的工具。留學(xué)生在中國(guó)學(xué)習(xí)的過(guò)程中面臨的最大的問(wèn)題是語(yǔ)言溝通和異域文化風(fēng)俗問(wèn)題。在中國(guó)文化輸出過(guò)程中，對(duì)外漢語(yǔ)教學(xué)是關(guān)鍵性的第一步[3-4]。

留學(xué)生迫切需要一款專(zhuān)門(mén)為他們?cè)谥袊?guó)學(xué)習(xí)及生活的手機(jī)軟件APP。而目前市場(chǎng)上只有一些翻譯軟件供留學(xué)生使用，而這些翻譯軟件只能滿(mǎn)足最基本的語(yǔ)言需要，對(duì)來(lái)華留學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們希望有一款集翻譯、學(xué)習(xí)及生活幫助的手機(jī)軟件。針對(duì)在華留學(xué)生這些需求，研發(fā)了一款在華留學(xué)生學(xué)習(xí)生活助手軟件。通過(guò)這款手機(jī)APP，幫助來(lái)華留學(xué)生解決學(xué)習(xí)、生活上碰到的許多問(wèn)題。該平臺(tái)作為社區(qū)交流平臺(tái)，能增加中外學(xué)生之間接觸的機(jī)會(huì)，拉近中外學(xué)生之間的關(guān)系，豐富他們的課余生活。

1 系統(tǒng)需求分析

通過(guò)對(duì)大量在華留學(xué)生學(xué)習(xí)生活碰到的問(wèn)題及需求調(diào)查，基于整個(gè)業(yè)務(wù)流程，把系統(tǒng)業(yè)務(wù)分為兩大板塊：學(xué)習(xí)和生活。包括用戶(hù)注冊(cè)、社區(qū)交流、學(xué)習(xí)、生活助手如快遞導(dǎo)航查找、匯率轉(zhuǎn)換、翻譯等多種功能。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。分為展示層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層。系統(tǒng)有四個(gè)模塊：①社區(qū)交流模塊；②生活應(yīng)用模塊；③文化學(xué)習(xí)模塊；④個(gè)人中心模塊。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)結(jié)構(gòu)

考慮到系統(tǒng)集成以及實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的管理，以達(dá)到信息最大程度的共享，也便于今后系統(tǒng)的擴(kuò)充及增容，系統(tǒng)預(yù)留未來(lái)的功能擴(kuò)展接口。在速度方面，外網(wǎng)前臺(tái)系統(tǒng)要求能響應(yīng)4000用戶(hù)的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)，內(nèi)網(wǎng)后臺(tái)管理要求能響應(yīng)2000用戶(hù)的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)。

在安全方面，系統(tǒng)中所選用的各個(gè)功能子系統(tǒng)設(shè)備都具有開(kāi)放的通訊接口，后臺(tái)管理系統(tǒng)搭建在內(nèi)部局域網(wǎng)中以保安全，同時(shí)對(duì)一些重要數(shù)據(jù)進(jìn)行MD5加密存儲(chǔ)，同時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)有一套完善的保護(hù)方案。另外設(shè)計(jì)了一套嚴(yán)格的權(quán)限認(rèn)證機(jī)制，保證當(dāng)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)站點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的安全性。

2.2 Android前端設(shè)計(jì)

Android是現(xiàn)在最受歡迎的移動(dòng)平臺(tái)操作系統(tǒng)之一,也是用戶(hù)使用最多的手機(jī)操作系統(tǒng)，它最大的特點(diǎn)就是代碼開(kāi)源,因此吸引了包括通信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商、芯片制造商等各類(lèi)企業(yè)[5]。采用安卓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，APP前端技術(shù)采用MVP(Model-View-Presenter)三層體系架構(gòu)，將整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為：模型(Model)、視圖(View)、表示器(Presenter)。MVP模式會(huì)解除View與Model的耦合，有效的降低View的復(fù)雜性，同時(shí)又帶來(lái)了良好的可擴(kuò)展性、可測(cè)試性，保證系統(tǒng)的整潔性和靈活性[6]。MVP模式可以實(shí)現(xiàn)同一份邏輯代碼搭配不同的顯示界面，它們之間并不依賴(lài)與具體，而是依賴(lài)于抽象。這使得Presenter可以運(yùn)用于任何實(shí)現(xiàn)了View邏輯接口的UI，使之具有更廣泛的適用性，保證了靈活，使系統(tǒng)易于維護(hù)、易于測(cè)試、松耦合度、復(fù)用性高、健壯穩(wěn)定，系統(tǒng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)圖

2.3 后臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

目前流行的服務(wù)端技術(shù)有Java、PHP、.NET、Python，由于PHP語(yǔ)言開(kāi)源性好、跨平臺(tái)性強(qiáng)、運(yùn)行效率高[7]，我們選擇PHP作為服務(wù)端開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。MySQL是一個(gè)免費(fèi)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件,非常適用于Apache+PHP+MySQL組成的網(wǎng)站建構(gòu)[8],因此后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL。為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)性能和后期大數(shù)據(jù)分析，引入Redis非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。為了提高數(shù)據(jù)讀的性能，在云服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)之間用緩存，并為數(shù)據(jù)庫(kù)主從備份、讀寫(xiě)分離。為了應(yīng)對(duì)可能面臨的并發(fā)問(wèn)題，云服務(wù)器要考慮負(fù)載均衡。因?yàn)轫?xiàng)目中可能存在大量的需要上傳和下載照片和視頻，所以系統(tǒng)選擇騰訊的開(kāi)放云存儲(chǔ)服務(wù)，同時(shí)為了提升各個(gè)地區(qū)的下載體驗(yàn)，系統(tǒng)引入CDN?？蛻?hù)端通過(guò)API Service和服務(wù)端交換數(shù)據(jù)，圖片和視頻的下載直接通過(guò)CDN。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 分布式服務(wù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)

隨著業(yè)務(wù)不斷增加，后臺(tái)系統(tǒng)將由單一應(yīng)用擴(kuò)展成為多元應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)中逐漸聚合大量的應(yīng)用和服務(wù)，各個(gè)模塊之間有很多功能重復(fù)實(shí)現(xiàn)，這會(huì)給開(kāi)發(fā)、運(yùn)維、部署帶來(lái)麻煩，為此，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用分布式結(jié)構(gòu)，以方便實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)復(fù)用，如圖3所示。

圖3 分布式服務(wù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的復(fù)用

3.2 JSON數(shù)據(jù)交換格式

JSON是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，采用完全獨(dú)立于語(yǔ)言的文本格式[9]，易于編寫(xiě)，也易于機(jī)器解析和生成，比XML格式更省流量，這些特性使得JSON成為理想的數(shù)據(jù)交換語(yǔ)言，所以系統(tǒng)在手機(jī)客戶(hù)端采用JSON數(shù)據(jù)交換格式。

3.3 用戶(hù)驗(yàn)證方案

一般的Web網(wǎng)站使用Cookie+Session來(lái)保持用戶(hù)的登錄狀態(tài)，App后臺(tái)則使用token進(jìn)行驗(yàn)證[10]，流程如圖4所示。

按照上面的驗(yàn)證流程App將直接獲取token值，這樣容易被黑客攻擊。為了用戶(hù)安全，系統(tǒng)將不在網(wǎng)絡(luò)上傳輸token，而采用簽名校驗(yàn)（使用URL簽名）的方式，API請(qǐng)求加上URL簽名sign以及用戶(hù)id，格式如下：

test.com/user/update?uid=2&sign=3f1e736bc4ae-958ae7e8500b45aefdbb&age=22。這樣token就不需要附在URL上，App后臺(tái)簽名校驗(yàn)流程如圖5所示。

圖4 用戶(hù)驗(yàn)證方案

圖5 簽名校檢流程圖

3.4 翻譯功能

翻譯功能是本系統(tǒng)平臺(tái)的核心功能之一，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)模塊、幫助模塊都用到了中英文雙向翻譯，目前國(guó)內(nèi)外很多公司都開(kāi)放了翻譯平臺(tái)，供開(kāi)發(fā)者接入，通過(guò)比較，系統(tǒng)選擇了百度翻譯開(kāi)放平臺(tái)[11]，目前該平臺(tái)提供兩項(xiàng)服務(wù)：通用翻譯API、定制化翻譯API。相關(guān)字段及描述如表1所示。

通用翻譯API HTTP地址：http://api.fanyi.baidu.com/api/trans/vip/translate。

定制化翻譯API地址為：https://fanyi-api.baidu.com/api/trans/vip/translate。

表1 字段及描述

通過(guò)POST或GET方法，發(fā)送表2對(duì)應(yīng)的字段來(lái)得到相應(yīng)的服務(wù)：

表2 對(duì)應(yīng)的字段來(lái)得到相應(yīng)的服務(wù)

將apple從英文翻譯成中文，請(qǐng)求的參數(shù)為：

q=apple from=en to=zh appid=2015063000000001 salt=1435660288，平臺(tái)分配的密鑰為12345678來(lái)生成sign。其中拼接字符串為：appid=2015063000000001+q=apple+salt=1435660288+密鑰=12345678由此得到字符串 1=2015063000000001apple143566028812345678。計(jì)算后得到簽名sign（對(duì)字符串1做md5加密，計(jì)算md5之前，串1必須為UTF-8編碼）：

sign=md5

(2015063000000001apple143566028812345678)

sign=f89f9594663708c1605f3d736d01d2d4

于是的完整請(qǐng)求為：

http://api.fanyi.baidu.com/api/trans/vip/translate?q=

apple&from=en&to=zh&appid=2015063000000001&salt=

1435660288&sign=f89f9594663708c1605f3d736d01d2d4

對(duì)于后臺(tái)PHP服務(wù)器，提供服務(wù)的主要算法：

public static String getTranslateURL(String mWord)

{String mUrl=null;

String s1;

String s2;

String s3;

String MD5string;

String salt=String.valueOf(System.currentTimeMillis());

s3=mWord;

try{

MD5 getMD5=new MD5();

s2=URLEncoder.encode(mWord,"utf-8");

s1=ReplaceABC.mReplace(s3,"+","");

MD5string=getMD5.GetMD5Code(StringOfID.

BAIDU_APP_ID+s1+salt+StringOfID.BAIDU_KEY);

mUrl=UrlString.mUrlNOChangeForward+s2+

UrlString.mUrlNOChangeBehind+StringOfID

.BAIDU_APP_ID+"&salt="+salt+"&sign

="+MD5string;

//System.out.println(mUrl);

}catch(UnsupportedEncodingException e){

//TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

return mUrl;

}

3.5 地圖定位及導(dǎo)航功能

為了更好地服務(wù)在華留學(xué)生，讓留學(xué)生在校園內(nèi)能很快找到教室、圖書(shū)館、指導(dǎo)教師的位置及相應(yīng)的服務(wù)機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)平臺(tái)提供了地圖定位及導(dǎo)航功能，平臺(tái)采用高德地圖開(kāi)放平臺(tái)接口。

高德地圖開(kāi)放平臺(tái)提供2D，3D導(dǎo)航，通過(guò)衛(wèi)星多種地圖形式供開(kāi)發(fā)者選擇。用高德開(kāi)放平臺(tái)提供的API和SDK可以輕松完成地圖的構(gòu)建工作。高德地圖開(kāi)放平臺(tái)同時(shí)還提供強(qiáng)大的地圖再開(kāi)發(fā)能力，全面的地圖數(shù)據(jù)支持，通過(guò)在線(xiàn)、離線(xiàn)兩種使用方式，多種地圖交互模式，滿(mǎn)足各個(gè)場(chǎng)景下對(duì)地圖的需求[12]。在平臺(tái)中Android Studio開(kāi)發(fā)步驟略。

在Android系統(tǒng)中地圖定位SDK是一套簡(jiǎn)單的LBS服務(wù)定位接口，使用這套定位API可獲取定位結(jié)果、逆地理編碼（地址文字描述）、以及地理圍欄功能[13]。主要算法如下：

⑴ 配置好XML布局以及相關(guān)權(quán)限；

⑵ 聲明Service組件：

＜service android:name="com.amap.api.location

.APSService"＞＜/service＞

⑶ 設(shè)置高德Key：

＜meta-data android:name="com.amap.api.v2.apikey"

android:value="key"＞ ＜/meta-data＞

⑷ 初始化定位：

//聲明AMapLocationClient類(lèi)對(duì)象

public AMapLocationClient mLocationClient=null;

//聲明定位回調(diào)監(jiān)聽(tīng)器

public AMapLocationListener mLocationListener

=new AMapLocationListener();

//初始化定位

mLocationClient=new AMapLocationClient

(getApplicationContext());

//設(shè)置定位回調(diào)監(jiān)聽(tīng)

mLocationClient.setLocationListener(mLocationListener);

⑸ 配置參數(shù)并啟動(dòng)定位：

//聲明AMapLocationClientOption對(duì)象

public AMapLocationClientOption mLocationOption=null;

//初始化AMapLocationClientOption對(duì)象

mLocationOption=new AMapLocationClientOption();

Android導(dǎo)航SDK是一款針對(duì)在線(xiàn)導(dǎo)航的產(chǎn)品，產(chǎn)品功能涵蓋路徑規(guī)劃、模擬導(dǎo)航、GPS定位、自定義導(dǎo)航界面、獲取導(dǎo)航播報(bào)信息等。該產(chǎn)品的導(dǎo)航路徑計(jì)算與實(shí)時(shí)交通信息相結(jié)合，力求為用戶(hù)提供更加合理、準(zhǔn)確、人性化的導(dǎo)航服務(wù)[14]。實(shí)現(xiàn)算法略。

3.6 語(yǔ)音處理

系統(tǒng)中單詞學(xué)習(xí)、短文朗讀、智能導(dǎo)航都用到了語(yǔ)音處理功能，平臺(tái)采用訊飛語(yǔ)音開(kāi)放平臺(tái)。作為全球首個(gè)開(kāi)放的智能交互技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，訊飛致力于為開(kāi)發(fā)者打造一站式智能人機(jī)交互解決方案[15]。訊飛開(kāi)放平臺(tái)以“云+端”的形式向開(kāi)發(fā)者提供語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音喚醒、語(yǔ)義理解、人臉識(shí)別、個(gè)性化彩鈴、移動(dòng)應(yīng)用分析等多項(xiàng)服務(wù)。用戶(hù)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，使用任何設(shè)備、在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能享受訊飛開(kāi)放平臺(tái)提供的“聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫(xiě)……”等全方位的人工智能服務(wù)。本系統(tǒng)主要接入平臺(tái)中的語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音合成功能。其中語(yǔ)音識(shí)別主要算法如下：

⑴ 導(dǎo)入相關(guān)SDK、添加獲取相關(guān)權(quán)限；

⑵ 初始化SDK：

APPID申請(qǐng)地址：http://www.xfyun.cn

SpeechUtility.createUtility(context,SpeechConstant

.APPID+"=APPID");

⑶ 語(yǔ)音識(shí)別主要調(diào)用模塊：

mAsr.setParameter(SpeechConstant

.CLOUD_GRAMMAR,null);

mAsr.setParameter(SpeechConstant.SUBJECT,null);

mAsr.setParameter(SpeechConstant.ENGINE_TYPE,engineType);

mAsr.startListening(mRecogListener);

⑷ 語(yǔ)音合成主要調(diào)用模塊：

mTts.setParameter(SpeechConstant.ENGINE_TYPE,engineType);

mTts.setParameter(SpeechConstant.ENGINE_MODE,engineMode);

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)外留學(xué)生來(lái)華求學(xué)，除了在校園接受正規(guī)系統(tǒng)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)外，很多學(xué)生通過(guò)“抱團(tuán)”方式在中國(guó)學(xué)習(xí)及生活，他們通過(guò)小群體相互幫助傳授經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決日常生活中的一些困難，基于Android平臺(tái)的留學(xué)生系統(tǒng)，通過(guò)手機(jī)APP通過(guò)幫助留學(xué)生解決在華學(xué)習(xí)、生活中碰到的困難，除提供學(xué)習(xí)資源、生活知識(shí)外，更重要的是讓他們通過(guò)平臺(tái)來(lái)感受中國(guó)的文化、習(xí)俗，迅速融入中國(guó)的學(xué)習(xí)和生活，這不僅提高了我國(guó)的影響力，更重要的體現(xiàn)在一帶一路建設(shè)中，讓我國(guó)發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]教育部“.一帶一路”沿線(xiàn)國(guó)家來(lái)華留學(xué)生數(shù)據(jù)增幅明顯[EB/OL].http://www.moe.edu.cn/jyb_xwfb/xw_fbh/moe_2069/xwfbh_2017n/xwfb_170301/170301_mtbd/201703/t20170302_297943.html,2017-03-12/2017-03-12

[2]鑫鑫.來(lái)華留學(xué)人數(shù)創(chuàng)新高,中國(guó)已成最受歡迎的海外留學(xué)國(guó)家[EB/OL]..https://baijiahao.baidu.com/s?id=15834021 30664478769&wfr=spider&for=pc,2017-11-07.

[3]周可依,周原,劉鈺森.留學(xué)生移動(dòng)輔助漢語(yǔ)學(xué)習(xí)的需求分析[J].現(xiàn)代教育論叢,2017.5:87-88

[4]蒲瑤,張文濤,彭惠.華留學(xué)生的跨文化適應(yīng)問(wèn)題調(diào)查及建議——以西北工業(yè)大學(xué)為個(gè)案[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2013.1:112-116

[5]劉彬彬,李永忠,舒俊.Android平臺(tái)下的病毒原理分析及其防御技術(shù)研究[J].電子設(shè)計(jì)工程,2013.21(4):40-43

[6]李曉杰.基于JAVA EE的畢業(yè)設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2013.19:4420-4428

[7]張晉芳.PHP在網(wǎng)站后臺(tái)建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)[J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,2012.25(12):39-40

[8]趙鶴芹.設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)站的最佳方案:Apache+PHP+MySQL[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2007.28(4):933-934

[9]趙鵬,駱德漢,梅領(lǐng)亮.一種基于JSON的Android終端遠(yuǎn)程獲取解析數(shù)據(jù)的方法[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2017.21:57-60

[10]黃孌.校園網(wǎng)統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào),2013.55:256-257

[11]黃皓.百度翻譯和有道翻譯API的封裝與利用[J].電腦編程技巧與維護(hù),2014.16:90-93

[12]張恒喜,史爭(zhēng)軍.基于SQLite的Android數(shù)據(jù)庫(kù)編程[J].電腦編程技巧與維護(hù),2011.21:30-31

[13]王雨.高德開(kāi)放平臺(tái)發(fā)布全新地圖SDK[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2017.43(9):31-31

[14]曹勇.高德開(kāi)放平臺(tái)推出騎行導(dǎo)航SDK[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2016.42(23):37-37

[15]趙歡.我聽(tīng),你說(shuō)——吉利汽車(chē)與科大訊飛戰(zhàn)略合作攜手打造領(lǐng)先汽車(chē)語(yǔ)音應(yīng)用[J].時(shí)代汽車(chē),2015.8:66-66