基于LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高校貧困生認(rèn)定模型

婁顏超

摘要：鑒于目前高校貧困生認(rèn)定工作的重要性，針對(duì)資助過(guò)程中存在的認(rèn)定困難等問(wèn)題，在梳理影響高校貧困生認(rèn)定工作的基礎(chǔ)上，提出采用 LVQ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立高校貧困生認(rèn)定模型。通過(guò)訓(xùn)練、測(cè)試，驗(yàn)證了 LVQ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效應(yīng)用于高校貧困生認(rèn)定，以期為基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與貧困生認(rèn)定的實(shí)踐與研究提供借鑒，將精準(zhǔn)資助落到實(shí)處，為形成更加完善、可靠的學(xué)生資助工作體系提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：高校貧困生認(rèn)定;LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);精準(zhǔn)資助

中圖分類號(hào)：G647 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

黨和國(guó)家始終堅(jiān)持教育事業(yè)優(yōu)先發(fā)展，高校也逐步不斷建立健全資助體系，學(xué)生資助推動(dòng)了我國(guó)教育事業(yè)快速發(fā)展，而且在人力資源開(kāi)發(fā)、扶貧脫貧等方面發(fā)揮了重要作用，取得了顯著成效。

精準(zhǔn)資助的本質(zhì)是要明確地劃分資助的等級(jí)，并對(duì)不同等級(jí)給予不同的資助，通過(guò)更加科學(xué)的程序，從而有效達(dá)到精準(zhǔn)資助的目的。因此，有必要建立準(zhǔn)確高效的貧困認(rèn)定系統(tǒng)，確定家庭經(jīng)濟(jì)困難學(xué)生的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和資助檔次。

1高校資助困境

高校在推進(jìn)學(xué)生資助工作取得成效的同時(shí)，依然存在分配不均、實(shí)施力度不強(qiáng)等現(xiàn)象。

（1）高校資助模式有待改進(jìn)。由于資助摸排范圍受限、資助力度有限、資助形式單一、材料的真實(shí)性等諸多因素所帶來(lái)的局限性，都給高校貧困生認(rèn)定增加了困難，導(dǎo)致無(wú)法真實(shí)反映家庭經(jīng)濟(jì)困難學(xué)生的實(shí)際訴求。

（2）由于高校貧困資助采用生源地—輔導(dǎo)員—班級(jí)為主線的主觀評(píng)定程序，缺乏客觀量化標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致認(rèn)定結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，如何依托現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建認(rèn)定管理系統(tǒng)十分重要。

（3）貧困生數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，缺乏對(duì)數(shù)據(jù)資源的實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性管理。認(rèn)定工作的預(yù)判要依賴數(shù)據(jù)更新、分析以及反饋所形成的完整資助過(guò)程，以便保持與資助工作的前置性相契合。

2建立高校貧困生認(rèn)定評(píng)價(jià)指標(biāo)

精準(zhǔn)認(rèn)定家庭經(jīng)濟(jì)困難學(xué)生是資助工作的首要環(huán)節(jié)。按照高校家庭經(jīng)濟(jì)困難學(xué)生認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，參照生源地、家庭情況、學(xué)生個(gè)人量化以及民主測(cè)評(píng)4項(xiàng)指標(biāo)，所包含若干不同認(rèn)定參考內(nèi)容，將貧困生分為五個(gè)等級(jí)：特困學(xué)生、困難學(xué)生、一般困難學(xué)生、特殊困難學(xué)生以及非貧困學(xué)生?？梢酝ㄟ^(guò)學(xué)生登錄系統(tǒng)，提交個(gè)人相關(guān)信息，建立貧困資源數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)中包含的大量知識(shí)規(guī)則用于通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)樣本信息進(jìn)行訓(xùn)練，最后根據(jù)各個(gè)因素的影響程度來(lái)決定貧困生等級(jí)評(píng)定。

3基于 LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的貧困生認(rèn)定模型

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是采用電子器件實(shí)現(xiàn)或通過(guò)軟件在計(jì)算機(jī)上模擬，可以具備生物神經(jīng)系統(tǒng)的某種特殊功能。同時(shí)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量處理單元并行連接而構(gòu)成的信息處理系統(tǒng)，具有自組織、自學(xué)習(xí)以及泛化推廣能力。鑒于高校貧困生認(rèn)定方法存在局限性，本文以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為技術(shù)依托，建立簡(jiǎn)單、高預(yù)測(cè)率的高校貧困生認(rèn)定模型。

3.1學(xué)習(xí)向量量化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

學(xué)習(xí)向量量化（Learning Vector ?Quantization，LVQ）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于前向有監(jiān)督神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類型，是一種基于統(tǒng)計(jì)分布的自適應(yīng)數(shù)據(jù)分類思想，可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性的競(jìng)爭(zhēng)層（隱含層）實(shí)現(xiàn)函數(shù)傳遞，廣泛應(yīng)用于模式識(shí)別和故障診斷等領(lǐng)域。

LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、競(jìng)爭(zhēng)層與線性輸出層三個(gè)神經(jīng)元構(gòu)成，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，輸入層和競(jìng)爭(zhēng)層之間為完全連接，每個(gè)輸出層神經(jīng)元與競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元的不同組相連接。競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元個(gè)數(shù)總是大于線性輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)，競(jìng)爭(zhēng)層與輸出層神經(jīng)元之間的連接權(quán)值固定為1。但是每個(gè)線性輸出層神經(jīng)元能夠與多個(gè)競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元相連接。注意：競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元和線性輸出層神經(jīng)元的值只能為1或0。在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過(guò)程中，輸入層和競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元間的權(quán)值將被修改，即當(dāng)某個(gè)輸入模式被送至網(wǎng)絡(luò)時(shí)，與輸入模式距離最近的競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元被激活而贏得競(jìng)爭(zhēng)，其狀態(tài)變?yōu)椤?”，但其它競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元的狀態(tài)均為“0”。因此，與被激活神經(jīng)元相連接的輸出神經(jīng)元也發(fā)出“1”，而其它線性輸出層神經(jīng)元狀態(tài)均為“0”。

其中，p為輸入層神經(jīng)元個(gè)數(shù)，s1為競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元數(shù)，和分別為競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元的輸入與輸出。和分別為線性輸出層神經(jīng)元的輸入與輸出。為輸入層與競(jìng)爭(zhēng)層間的連接權(quán)系數(shù)矩陣，為競(jìng)爭(zhēng)層與線性輸出層間的連接權(quán)系數(shù)矩陣。

3.2 LVQ2算法

LVQ2算法通常被用來(lái)劃分相似類別的混疊邊界，使得不同類別的判斷趨近于Bayes判決。該算法的具體步驟為：

步驟1：對(duì)輸入層和競(jìng)爭(zhēng)層之間的權(quán)值以及學(xué)習(xí)率進(jìn)行初始化。

步驟2：將訓(xùn)練樣本作為輸入向量送入輸入層，計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)層與輸入向量之間的距離：

其中，為輸入層到競(jìng)爭(zhēng)層之間的權(quán)值。

步驟3：選擇與輸入向量距離最小的兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)層神經(jīng)元。

步驟4：如果神經(jīng)元 ，滿足以下兩個(gè)條件：

（1）神經(jīng)元和的標(biāo)簽類別分別記為和;

（2）神經(jīng)元和與當(dāng)前輸入向量的距離和滿足：

其中，為輸入向量可能落進(jìn)的接近于兩個(gè)向量中段平面的窗口寬度，通常取2/3左右。則有

（1）如果神經(jīng)元i對(duì)應(yīng)的類別與輸入向量對(duì)應(yīng)的類別相同，即，則神經(jīng)元i和j的權(quán)值采用下面方法進(jìn)行調(diào)整：

（2）如果神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的類別與輸入向量對(duì)應(yīng)的類別相同，即，則神經(jīng)元和的權(quán)值采用下面方法進(jìn)行調(diào)整：

步驟5：如果神經(jīng)元和神經(jīng)元 不滿足步驟4中所提到的條件，則只需采用下列公式更新距離輸入向量最近的神經(jīng)元權(quán)值：

3.3建立基于 LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的貧困生認(rèn)定模型

3.3.1認(rèn)定模型設(shè)計(jì)思路

將采集到的300名貧困學(xué)生數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集和測(cè)試集。其中，隨機(jī)選取數(shù)據(jù)集中的280名學(xué)生數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集數(shù)據(jù)，剩余的20名學(xué)生數(shù)據(jù)作為測(cè)試集數(shù)據(jù)。將訓(xùn)練集作為L(zhǎng)VQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，貧困等級(jí)作為網(wǎng)絡(luò)的輸出。利用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)的LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)測(cè)試集對(duì)訓(xùn)練模型進(jìn)行驗(yàn)證，最后對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，說(shuō)明訓(xùn)練模型的有效性。