基于Apriori算法理念的技工院校食堂膳食服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

許巧薇

摘要：針對當(dāng)前技工院校學(xué)生日益增長的后勤服務(wù)需求，為提供更加科學(xué)的個性化服務(wù)，提升食堂管理水平，本文以H技師學(xué)院為例進(jìn)行了實地調(diào)研，設(shè)計并開發(fā)了基于Apriori算法理念的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的膳食服務(wù)信息化系統(tǒng)，收到了較好的效果。

關(guān)鍵詞：技工院校;膳食服務(wù);數(shù)據(jù)挖掘;信息系統(tǒng)

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）24-0072-05

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1引言和背景

習(xí)近平總書記指出：發(fā)展是第一要務(wù)，人才是第一資源，創(chuàng)新是第一動力。作為培養(yǎng)職業(yè)技能為主的技工院校，肩負(fù)著為國家培養(yǎng)高技能人才的任務(wù)。在經(jīng)濟和社會不斷發(fā)展的今天，各技工院校之間的競爭也日趨激烈，都以各種優(yōu)厚的條件吸引未來的技能之星。從近幾年的招生實際來看，學(xué)生選擇的因素除了院校的專業(yè)實力外，還會考慮在校生活的環(huán)境。后勤部門承擔(dān)著全校師生衣食住用行的管理職能，而食堂管理又是學(xué)生們的焦點。為了讓學(xué)生們能夠擁有更便利快捷而貼心的服務(wù)，也讓食堂經(jīng)營者能更加精準(zhǔn)提供周到的服務(wù)，從而達(dá)到后勤服務(wù)管理水平的提升，筆者結(jié)合自身工作實際，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，針對膳食服務(wù)，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，開發(fā)和設(shè)計了膳食服務(wù)系統(tǒng)。

2 H市技師學(xué)院當(dāng)前食堂膳食服務(wù)系統(tǒng)存在的問題

2.1 系統(tǒng)普及程度較低

就當(dāng)前技工院校食堂實際而言，大多數(shù)存在分包管理。即一級承包商會將飯?zhí)脛澐秩舾蓞^(qū)域，面向其余有意向經(jīng)營者進(jìn)駐。在這樣的管理模式下，部分二級承包商會根據(jù)自己的實際選擇是否引入相關(guān)的信息系統(tǒng)進(jìn)行管理，但對于H市技師學(xué)院而言，大多數(shù)二級承包單位都沒有引入，整體信息化建設(shè)程度較低。

2.2 信息系統(tǒng)較不完善

由于各二級承包機構(gòu)都是各自引入，或鑒于經(jīng)營成本角度考慮，幾乎引入的信息系統(tǒng)只有簡單的加減運算和流水式統(tǒng)計，有的甚至連基本統(tǒng)計都沒有，只是單純方便用于點菜單的打印而已。這樣的系統(tǒng)實際建設(shè)意義其實不大，而且加上后期的維護(hù)費用，性價比也大大降低。

2.3 主動服務(wù)功能較差

由于所引進(jìn)的系統(tǒng)普遍功能單一，只能提供最基本的支持，因此更多的也只是為商家提供有關(guān)服務(wù)能力。但是，作為市場經(jīng)濟而言，價值的實現(xiàn)需要體現(xiàn)在買賣交換上，如何才能實現(xiàn)更大的成交量，就需要在買方市場上多下功夫。因此，H市技師學(xué)院當(dāng)前食堂的有關(guān)信息系統(tǒng)并沒有很好主動為師生提供有價值的服務(wù)。

3數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)概述

數(shù)據(jù)挖掘（data mining），最早流行于20世紀(jì)90年代，它是一門多學(xué)科交叉的知識，涉及的領(lǐng)域很廣泛，涵蓋人工智能、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、統(tǒng)計學(xué)等。數(shù)據(jù)挖掘的特點就是通過對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)隱含的、潛在的有用規(guī)律。當(dāng)前，已經(jīng)有許多行業(yè)成功使用數(shù)據(jù)挖掘，如：它有助于零售行業(yè)的模擬客戶響應(yīng)，它有助于銀行預(yù)測客戶的盈利能力，在電信、制造業(yè)、汽車業(yè)、教育行業(yè)、生命科學(xué)等領(lǐng)域都有類似的使用案例。

數(shù)據(jù)挖掘作為一門科學(xué)，實現(xiàn)從知識到實踐，至今仍然在不斷探索完善和提升。在筆者看來，將數(shù)據(jù)挖掘超越學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，應(yīng)當(dāng)做好三個方面的建設(shè)。

1）分析系統(tǒng)。分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)理解、標(biāo)準(zhǔn)化測量的專業(yè)技術(shù)知識。

2）內(nèi)容系統(tǒng)。內(nèi)容系統(tǒng)涉及標(biāo)準(zhǔn)化的知識任務(wù)。強大的內(nèi)容系統(tǒng)能夠使組織更快將最新的信息運用于實際。

3）調(diào)集系統(tǒng)。調(diào)集系統(tǒng)涉及通過新的組織結(jié)構(gòu)推動管理變更。特別的，它涉及實施團隊結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)企業(yè)范圍內(nèi)一致的最佳實踐部署。

4? H市技師學(xué)院膳食服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計

4.1 需求分析

根據(jù)對H市技師學(xué)院食堂的調(diào)研結(jié)果，本著精簡節(jié)約的原則，膳食服務(wù)系統(tǒng)主要包括顧客管理功能模塊、系統(tǒng)設(shè)置管理模塊、菜品管理功能模塊、數(shù)據(jù)挖掘處理模塊以及系統(tǒng)查詢?yōu)g覽模塊。

顧客管理功能模塊：顧客管理模塊主要是對顧客信息進(jìn)行日常管理和維護(hù)。此模塊可以添加顧客類型，同時也可以對顧客類型進(jìn)行更新修改。對于顧客信息的管理，可采用條碼區(qū)分或磁卡感應(yīng)的方式進(jìn)行。

系統(tǒng)設(shè)置管理模塊：該模塊實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理，可以設(shè)置菜品信息、管理員權(quán)限、就餐指引及有關(guān)參數(shù)的設(shè)置。使用者進(jìn)行驗證登錄后，可根據(jù)相應(yīng)的權(quán)限，使用相應(yīng)的功能設(shè)置。管理員也可以按照所賦予的不同權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的管理操作。

菜品管理功能模塊：膳食服務(wù)的管理一個相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)就是菜品的管理，作為匯聚眾多菜品信息的地方，該系統(tǒng)需要更加便利和高效地完成對各類菜品信息的增刪改操作，顧客用戶也可以根據(jù)自己偏好增刪自己的菜單。

數(shù)據(jù)挖掘處理模塊：該模塊是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵核心模塊，主要是對管理服務(wù)工作的決策支持和為顧客提供更加周到的個性化服務(wù)。通過挖掘分析所得到的相關(guān)信息，可以對食堂管理提供參考依據(jù)，也對顧客提供一定的用餐參考。

系統(tǒng)查詢?yōu)g覽模塊：該系統(tǒng)包括菜品信息檢索查詢，包括菜品的特色、營養(yǎng)信息、服務(wù)窗口等。由于不同的菜品對不同的客戶需求都不一樣，所以顧客可以通過關(guān)鍵詞或者各服務(wù)商提供的菜品名稱進(jìn)行查詢。

4.2 總體設(shè)計

根據(jù)調(diào)研分析得到的需求情況，結(jié)合當(dāng)前社會對網(wǎng)絡(luò)的使用已經(jīng)比較普遍，膳食服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計采用B/S結(jié)構(gòu)。在此種模式下，作為管理者和使用者，均可借助瀏覽器進(jìn)入系統(tǒng)，而且無須額外安裝軟件，無論是便利性和經(jīng)濟性方面都比較理想。

鑒于學(xué)校食堂都是接入校園網(wǎng)為基礎(chǔ)的，而校園網(wǎng)內(nèi)部一般是由服務(wù)器、計算機終端、數(shù)據(jù)庫及相關(guān)互通互聯(lián)設(shè)備組成，因此系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分布的設(shè)計如圖1所示。

膳食服務(wù)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計參照當(dāng)前比較成熟的模式，分為表示層、邏輯層和數(shù)據(jù)層三個層次。系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

第一層是表現(xiàn)層。該層是人機交互界面，主要是面向顧客用戶的應(yīng)用單元，通過終端瀏覽器，可以輸入并獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

第二層是邏輯層。該層主要系統(tǒng)的核心部分，旨在為客戶和管理者的需要提供計算支持，負(fù)責(zé)計算和處理數(shù)據(jù)信息，完成相應(yīng)的邏輯判斷等。

第三層是數(shù)據(jù)層。該層是主要是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、管理和維護(hù)等。

4.3? 數(shù)據(jù)挖掘流程設(shè)計

數(shù)據(jù)挖掘是按照一定的規(guī)則對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析的過程。在這個過程中，一般會涉及若干個步驟相互進(jìn)行。當(dāng)然，數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的不同，數(shù)據(jù)的來源和運算法則會有相應(yīng)的差異，因此相應(yīng)的流程也會有所差別。一般來說，數(shù)據(jù)挖掘過程主要包括以下幾個方面：1）確定對象2.）選擇模型3）數(shù)據(jù)預(yù)處理4）結(jié)果分析5）知識應(yīng)用。其流程圖如圖3：

根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘一般流程，結(jié)合食堂業(yè)務(wù)實際，膳食服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘功能流程設(shè)計如圖4所示：

5膳食服務(wù)系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)需求分析和設(shè)計，膳食服務(wù)系統(tǒng)的主要功能模塊和關(guān)鍵代碼描述如下：

1）餐廳信息。實現(xiàn)餐廳的特色介紹，包括餐廳名稱、法人信息、餐廳簡介、餐廳鏈接地址和餐廳入駐時間等。其實現(xiàn)的關(guān)鍵代碼為：

2）用戶權(quán)限設(shè)置。實現(xiàn)角色管理，對用戶進(jìn)行添加或刪除，并根據(jù)實際情況需要給予相應(yīng)的權(quán)限分配。其實現(xiàn)的關(guān)鍵代碼為：

3）顧客類型管理。實現(xiàn)對顧客類型進(jìn)行管理，可以按照學(xué)生、教職工、駐校工作人員及外人臨時人員等進(jìn)行區(qū)分，從而實現(xiàn)相應(yīng)的管理差別。其實現(xiàn)的關(guān)鍵代碼為：

）菜品管理。實現(xiàn)對菜品信息進(jìn)行設(shè)置和維護(hù)，包括對菜品信息如：條形碼、名稱、類型、所在店面、價格、供應(yīng)信息、操作員信息等進(jìn)行瀏覽、添加、刪除和修改等。其實現(xiàn)的關(guān)鍵代碼為：

5）信息查詢。實現(xiàn)對菜品主要信息的便捷查詢，可以根據(jù)條形碼、菜品類型、菜品名稱、菜品所在店家等不同條件進(jìn)行查詢。其實現(xiàn)的關(guān)鍵代碼為：

6 膳食服務(wù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘模塊的設(shè)計

數(shù)據(jù)挖掘的重要特征就是根據(jù)給定的數(shù)據(jù)集合，按照相應(yīng)的規(guī)則，挖掘出潛在的規(guī)律或趨勢。在顧客服務(wù)領(lǐng)域里，相當(dāng)廣泛的一點應(yīng)用就是，根據(jù)用戶的歷史行為，計算出顧客的偏好，并根據(jù)客戶的特點給出相應(yīng)的信息支持。其實類似的案例在我國著名的電商平臺如：淘寶、京東等均有使用，只是具體的細(xì)節(jié)規(guī)則有所差別而已。因此，本文案例采用類Apriori算法對相關(guān)的顧客數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，借鑒姜攀等人關(guān)于旅游空間數(shù)據(jù)分析的有關(guān)思路，我們可以假定系統(tǒng)中的顧客數(shù)據(jù)分布在多維度的子空間，同一空間的兩組顧客數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度越大，那么說明其數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性就越強。而對于不同空間的數(shù)據(jù)，則可根據(jù)子空間之間的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行確定，從而制定挖掘的規(guī)則。

設(shè)計系統(tǒng)中顧客數(shù)據(jù)子空間的維度為Z，先對分布在不同空間的數(shù)據(jù)集合進(jìn)行挖掘，用S表示子空間的矩陣，子空間矩陣S則表示為：

假定分布于不同子空間Si（i）和Sk（k）的顧客數(shù)據(jù)集為Xi和Xk，D（i，k）表示數(shù)據(jù)集之間的歐幾里得距離，由此分布于不同子空間的數(shù)據(jù)集的挖掘公式可以表示為：

其中為相關(guān)挖掘因子，P表示挖掘的頻率。

對于分布在同一空間的顧客數(shù)據(jù)來說，可根據(jù)數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)度來進(jìn)行區(qū)分。根據(jù)上式（1）、（2）可以得出F1，F(xiàn)2，根據(jù)F1，F(xiàn)2得出同一空間的關(guān)聯(lián)因子：

由（3）式可以求得顧客數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)因子，從而得出分布于同一子空間數(shù)據(jù)集的挖掘算法為：

我們把空間Si 中的顧客數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)度限定值設(shè)定為L（X），當(dāng)關(guān)聯(lián)因子的值大于L（X）時，則數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)度較強，顧客數(shù)據(jù)集的區(qū)分算法可以表示為：

相反地，如果關(guān)聯(lián)因子的值小于L（X）時，則關(guān)聯(lián)度較弱，其數(shù)據(jù)集的區(qū)分算法表示為：

根據(jù)膳食服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘流程設(shè)計，采用概率估算的方式對顧客數(shù)據(jù)的挖掘頻率進(jìn)行計算，其估算的算法表示為：

為了更進(jìn)一步提高顧客數(shù)據(jù)的挖掘精度，在（9）式算法的基礎(chǔ)上，引入挖掘因子λ，λ∈（0，1），為了更好控制挖掘中預(yù)期和實際的誤差，引入系數(shù)ξ，則其算法表示為：

7 系統(tǒng)測試結(jié)果

本文研究結(jié)果在H市技師學(xué)院第一食堂進(jìn)行了初步測試，參與測試師生為各系部班級自愿代表。從測試結(jié)果來看，該系統(tǒng)運行狀態(tài)總體良好，師生反饋界面友好，便于操作。其中系統(tǒng)響應(yīng)和載荷情況均比原系統(tǒng)即現(xiàn)行系統(tǒng)有了較大提升，具體情況如圖5。

8 結(jié)束語與展望

隨著當(dāng)今人們生活條件的改善，對各類服務(wù)的要求也日益增高。本文在對當(dāng)前H市技師學(xué)院食堂信息化建設(shè)進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出并實現(xiàn)了一套基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)理念的膳食服務(wù)系統(tǒng)。運行結(jié)果反饋，該系統(tǒng)能夠更好服務(wù)師生，為師生提供更好的服務(wù)體驗。當(dāng)然，在系統(tǒng)推進(jìn)的過程中，由于人力資源、能力條件、時間局限等因素，系統(tǒng)的建設(shè)和優(yōu)化上仍然有很大改進(jìn)的空間。如：系統(tǒng)運行的速度，挖掘的精度，數(shù)據(jù)量較大時如何采用多算法并行處理以進(jìn)一步提高系統(tǒng)效能等。

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【通聯(lián)編輯：李周】