面向第三方支付的校園消費大數(shù)據(jù)系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計

劉守唯 孫力群

摘要：校園消費行為每天產(chǎn)生大量交易數(shù)據(jù)，這些原始數(shù)據(jù)蘊(yùn)含隱藏著在學(xué)生生活管理、后勤服務(wù)和保障、關(guān)聯(lián)活動預(yù)警、商戶類型布局預(yù)測、商戶活動評估和過程考核中的管理價值。大數(shù)據(jù)技術(shù)為我們提供了在豐富有效的手段去挖掘這些原始數(shù)據(jù)寶藏，開展充分有效的數(shù)據(jù)分析和利用。該項目是由該校大數(shù)據(jù)競賽團(tuán)隊設(shè)計開發(fā)的校園消費行為大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對接該校智慧校園建設(shè)項目，通過hadoop，hive，scikit-learn、flask、echarts等大數(shù)據(jù)分析、開發(fā)和可視化技術(shù)開發(fā)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。該文闡述了采用的技術(shù)平臺和項目架構(gòu)，并重點介紹了數(shù)據(jù)分析階段的設(shè)計思路和理念。

關(guān)鍵詞：校園消費;大數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)分析;機(jī)器學(xué)習(xí);hive;hadoop

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）31-0051-02

1背景

傳統(tǒng)校園卡系統(tǒng)具有身份識別和電子錢包等功能，實現(xiàn)了校內(nèi)統(tǒng)一身份認(rèn)證和消費統(tǒng)一管理，校園卡使用數(shù)據(jù)完全記錄了使用者在校內(nèi)的消費情況和行為軌跡，通過對校園卡數(shù)據(jù)的挖掘分析[1]，對高校數(shù)據(jù)決策具有十分重要的意義。隨著支付寶、微信等第三方支付的推廣應(yīng)用，已逐漸占據(jù)校園消費主導(dǎo)地位。學(xué)生在校園的各類學(xué)習(xí)和生活消費行為，只要是經(jīng)過業(yè)務(wù)系統(tǒng)的，都完整記錄了消費明細(xì)數(shù)據(jù)。當(dāng)前的高校信息化建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了一個以“智慧校園”建設(shè)為主題的新時期[2]。這些數(shù)據(jù)價值的挖掘與分析，往往只做了簡單的統(tǒng)計報告。數(shù)據(jù)內(nèi)在的、隱性的價值、各類數(shù)據(jù)之間的關(guān)系分析沒有揭示出來，每天生成的海量數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行高度價值化的挖掘分析，數(shù)據(jù)反映的問題只能靠管理人員的經(jīng)驗和直覺才能發(fā)現(xiàn)，并且已有較大的滯后性。我們開發(fā)目標(biāo)就是針對這些痛點和難點，采用通用化的產(chǎn)品級平臺+配置式定制開發(fā)+增值式數(shù)據(jù)服務(wù)的開發(fā)模式。我校使用的第三方支付為禧寶公司使用的支付寶系統(tǒng)。通過開發(fā)模擬客戶端程序，定時采集每天發(fā)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，增量保存至HDFS文件系統(tǒng)中，供進(jìn)一步清洗、分析。

校園消費行為大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)架構(gòu)采用分層模塊化的大數(shù)據(jù)生態(tài)圈組件。基礎(chǔ)計算平臺采用高可用性Apache Hadoop。結(jié)構(gòu)層次如圖1所示。校園大數(shù)據(jù)分析平臺采用多層架構(gòu)， 將大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)交換與共享、基于關(guān)系型和統(tǒng)計型大數(shù)據(jù)存儲、權(quán)限管理、大數(shù)據(jù)分析挖掘進(jìn)行有效整合， 貫通校園大數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)， 從而適應(yīng)于多維異構(gòu)環(huán)境下校園大數(shù)據(jù)處理要求， 實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效管理[2]。

2通用分析功能設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)及其分析結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集程序通過Python采集和清洗后的數(shù)據(jù)需要導(dǎo)入到hive表進(jìn)行分析處理，在基礎(chǔ)統(tǒng)計部分，我們主要使用hql語言進(jìn)行分析，根據(jù)不同分型類型，編寫分析腳本，當(dāng)一定周期的數(shù)據(jù)收集清洗完畢，會觸發(fā)調(diào)用腳本執(zhí)行分析任務(wù)。

實現(xiàn)流程：將采集、清洗后的數(shù)據(jù)利用Sqoop將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Hive（Hdfs），編寫HQL語句對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運算，利用Sqoop將最終數(shù)據(jù)從Hive（Hdfs）中導(dǎo)入Mysql中。表1為待分析數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

業(yè)務(wù)流水?dāng)?shù)據(jù)可利用會員編號關(guān)聯(lián)從學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)導(dǎo)入的學(xué)生信息記錄，主要包括學(xué)號、姓名、性別、籍貫、專業(yè)、屆別、班級。用于進(jìn)行學(xué)籍?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)的消費特征分析。以下說明這幾個分析條件要素。

分析類型。如銷售額，周平均銷售額，日平均銷售額，每單平均銷售額。價格區(qū)段、單數(shù)、日平均單數(shù)等。

商戶范圍。分析統(tǒng)計時選擇涉及的商戶范圍，選定商戶范圍內(nèi)的消費記錄作為分析基礎(chǔ)。范圍粒度為食堂、門店和窗口三級，覆蓋了各管理層級的關(guān)切數(shù)據(jù)域。

時間范圍。時間范圍的選擇從年、學(xué)期、月、教學(xué)周到自定義起始日期，覆蓋了各類邏輯時段區(qū)間。為用戶提供方便的同時，也為分析算法的靈活和響應(yīng)性設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。

分析單元。用餐時段，分早、中、晚3個時段。時間單位，分每年，每學(xué)期，每月，每周，每天。商戶單位，分按每個食堂，按每個商戶，按每個窗口。以上均包括“不限”含義。通過綜合分析，我們發(fā)現(xiàn)大量分析統(tǒng)計需求的語義是基于分析單元，可為餐段、時間單位、商戶單元，例如：分析2020學(xué)年第一學(xué)期（時間范圍）第一食堂（商戶范圍）每天（時間單元）中餐（餐段單元）每個門店（商戶單元）的平均銷售額（分析類型）。通過以上選項組合，可以覆蓋常用的分析單元。

2.2分析過程示例

2.2.1利用hive導(dǎo)入數(shù)據(jù)

1）創(chuàng)建表

Create table all_table（code string， jye string， time string， winname string，type string）row format delimited fields terminated by ‘，

2）導(dǎo)入數(shù)據(jù)

Load data inpath ‘/output/data/part-r-00000 into table all_table;

2.2.2編寫HQL數(shù)據(jù)分析腳本

HQL腳本主體就是SQL風(fēng)格的語句，完成指定分析任務(wù)，本文以計算某一時間段每人平均銷售額為例。（交易時間字段格式：2020-12-1 18：56）

取出類型為消費的數(shù)據(jù)，并將食堂窗口尾號去掉

insert overwrite table xf

select code ，abs（jye），time，regexp_replace（winname，'[0-9]+'，''） from all_table where type ='消費';

計算這一時間段每人的銷售額

select count（distinct code） from xf

where

split（ split（time，' '）[0]，'-'）[0]>=起始年 and split（ split（time，' '）[0]，'-'）[0]<=截止年

split（ split（time，' '）[0]，'-'）[1]>=起始月 and split（ split（time，' '）[0]，'-'）[1]<=截止月

split（ split（time，' '）[0]，'-'）[2]>=起始日 and split（ split（time，' '）[0]，'-'）[2]<=截止日;

計算每單平均銷售額

Select sum（money）/count（*） from xf;

計算日平均單數(shù)

Select count（*）/count（distinct split（ split（time，' '）[0]，'-'）[2]） from xf;

2.2.3利用Sqoop將分析后數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Mysql

bin/sqoop export ＼

--connect jdbc：mysql：//localhost：3306/test --username root ?--password 123456 ＼

--table result --num-mappers 1 --export-dir /user/hive/warehouse/demo.db/staff/ ＼

--input-fields-terminated-by '＼t' //hive文件分隔符

3機(jī)器學(xué)習(xí)分析可視化應(yīng)用

機(jī)器學(xué)習(xí)，一言以蔽之就是人類定義一定的計算機(jī)算法，讓計算機(jī)根據(jù)輸入的樣本和一些人類的干預(yù)來總結(jié)和歸納其特征和特點，并用這些特征和特點和一定的學(xué)習(xí)目標(biāo)形成映射關(guān)系，進(jìn)而自動化地做出相應(yīng)反應(yīng)的過程[3]。這個反應(yīng)可能是做出相應(yīng)的標(biāo)記或判斷，也可能是輸出一段內(nèi)容——圖片、程序代碼、文本、聲音，而機(jī)器自己學(xué)到的內(nèi)容我們可以描述為一個函數(shù)、一段程序、一組策略等相對復(fù)雜的關(guān)系描述。

本系統(tǒng)采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，選擇適用模型預(yù)測商戶的未來銷售業(yè)績、學(xué)生的消費喜好等分析需求。機(jī)器學(xué)習(xí)庫使用scikit-learn，開發(fā)業(yè)務(wù)預(yù)測模塊，嵌入flask的數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)站，將預(yù)測結(jié)果以echarts圖表方式呈現(xiàn)[4]。例如在基于歷史數(shù)據(jù)的銷售預(yù)測中，可使用線性回歸算法構(gòu)建預(yù)測模塊。以下為核心代碼段。

3.1在flask項目中定義機(jī)器學(xué)習(xí)線性回歸預(yù)測模塊[5]consumePredction.py

def predConsume（month， consume）：

consumePred_X = np.array（month）.reshape（len（month），1）

consumeRred_Y = np.array（consume）

regr = linear_model.LinearRegression（）

regr.fit（consumePred_X， consumeRred_Y）

consumePred_x_pred = np.array（[49，50，51，52，53]）.reshape（5，1）

consumePred_y_pred = regr.predict（consumePred_x_pred）

return consumePred_y_pred

3.2 flask項目中使用SQLAlchemy定義數(shù)據(jù)對象映射[6]，記錄各月的銷量

class MonthConsume（db.Model）：

__tablename__ = "Months"

id = db.Column（db.Integer， primary_key=True）

month = db.Column（db.String（3））

value = db.Column（db.Integer）

3.3各層組件協(xié)作，使用ORM對象提取訓(xùn)練集，調(diào)用線性回歸模型完成銷量預(yù)測，將預(yù)測數(shù)據(jù)json化處理后推送給客戶端可高視化應(yīng)用

@app.route（'/findAll'）

def findAll（）：

MonthConsumes = MonthConsume.query.all（）

Months = [rec.month for rec in MonthConsumes ]

MonthNumber = [rec.value for rec in MonthConsumes]

cosumePreNum = MonthPredction.predConsume（Months，MonthNumber）

return jsonify（{"Month"：[1，2，3，4，5]，"MonthNumber"：cosumePreNum.tolist（）}）

4系統(tǒng)研發(fā)小結(jié)

校園消費大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分析開發(fā)我們較多得使用了hive分析工具，能應(yīng)對大部分的大數(shù)據(jù)查詢分析。同時在需要使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行預(yù)測和分類的場景下，我們結(jié)合scikit-learn，把機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)封裝成flask后臺的計算模塊。將計算結(jié)果以網(wǎng)站圖表的方式友好呈現(xiàn)給用戶。由于客戶查詢分析的隨機(jī)性，如果每次查詢分析都從第三主支付平臺接口提取原始業(yè)務(wù)記錄，或即使保存至本地，時間開銷都會很大。因此，下一階段，將研究按時間、空間分層的方式緩存基本分析單元。使系統(tǒng)對客戶響應(yīng)更加友好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 范媛，蔡敏.大數(shù)據(jù)背景下學(xué)生消費水平分析模型的建立[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（8）：5-7，20.

[2] 王亞楠.大數(shù)據(jù)背景下數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校中的應(yīng)用——以校園卡系統(tǒng)為例[J].華中師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，51（S1）：9-12.

[3]DatapiTHU.輕松看懂機(jī)器學(xué)習(xí)！[EB/OL].（2018-08-20）[2020-08-08].https：//blog.csdn.net/eNohtZvQiJxo00aTz3y8/article/details/81880441.

[4] 宋文文，孫力群.大數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)加載模式比較分析[J].電腦知識與技術(shù)，2019，15（36）：11-12.

[5] Jaques Grobler.Linear Regression Example.[EB/OL].[2020-08-08].https：//scikit-learn.org/stable/auto_examples/linear_model/plot_ols.html.

[6] Michael Bayer.sqlalchemy官方教程[EB/OL].[2020-08-08].https：//www.sqlalchemy.org/library.html#tutorials.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】