大學(xué)生心理測評系統(tǒng)的設(shè)計

文/孫玲玲（湖南信息學(xué)院）

本文主要是在基于大學(xué)生心理測評節(jié)系統(tǒng)需求分析的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計。

一、系統(tǒng)設(shè)計的原則

系統(tǒng)的設(shè)計需要遵循一定的設(shè)計原則，以確保系統(tǒng)建設(shè)的完整、高效、規(guī)范。針對大學(xué)生心理健康測評系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)，需要遵循以下開發(fā)設(shè)計原則：

（1）先進(jìn)性：以先進(jìn)、成熟、主流的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為系統(tǒng)運行服務(wù)，支持各主流瀏覽器及操作系統(tǒng)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化和開放性：采用符合ISO或IEEE、ITUT、ANSI等 標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，采用符合國際和國家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，采用符合互聯(lián)網(wǎng)大型網(wǎng)站的主流技術(shù)與應(yīng)用。

（3）可靠性和穩(wěn)定性：選用高效可靠的產(chǎn)品和技術(shù)，充分考慮系統(tǒng)在程序運行時的應(yīng)變能力和容錯能力，確保整個系統(tǒng)的安全與可靠，要有強大的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力，支持多用戶、多進(jìn)程的傳輸和多用戶的并發(fā)訪問。

（4）實用性和經(jīng)濟性：從實用性和經(jīng)濟性出發(fā)，兼顧近期目標(biāo)和長遠(yuǎn)發(fā)展，選用先進(jìn)的設(shè)備，進(jìn)行最佳性能組合，利用有限的投資構(gòu)造性能最佳的系統(tǒng)。

（5）安全性和保密性：要求與學(xué)校信息系統(tǒng)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)同步，在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上，符合主流互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用安全標(biāo)準(zhǔn)。

（6）擴展性和升級能力：選用具有良好升級能力和擴展性的設(shè)備，在今后的升級和擴展中，能保護現(xiàn)有投資，并支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、高層協(xié)議和多媒體應(yīng)用。

（7）可管理性：規(guī)范化的管理及訪問行為記錄方式，方便系統(tǒng)的管理和維護。

二、系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

學(xué)生心理健康測評系統(tǒng)采用的是B/S架構(gòu)模式，系統(tǒng)部署在服務(wù)器端，用戶只需要使用瀏覽器就能訪問該系統(tǒng)并進(jìn)行相關(guān)操作，無須進(jìn)行本地軟件安裝工作。用戶通過瀏覽器向系統(tǒng)服務(wù)器發(fā)起http請求，服務(wù)器在收到請求后做出應(yīng)答將數(shù)據(jù)中間件與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行鏈接，然后將用戶請求的數(shù)據(jù)資源通過瀏覽器渲染以web頁面的方式呈現(xiàn)給用戶，供其進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)操作。根據(jù)MVC三層架構(gòu)模式進(jìn)行系統(tǒng)的功能設(shè)計，系統(tǒng)整體的軟件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

為了保證系統(tǒng)能夠支撐大量用戶訪問，能夠及時響應(yīng)用戶請求，各子功能模塊之間能夠低耦合最大限度地減小互相之間的依賴影響，能夠保證服務(wù)完整性及高可用性，系統(tǒng)的服務(wù)端技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)采用Nginx服務(wù)器作為服務(wù)代理，系統(tǒng)消息處理使用ActiveMQ，緩存使用Redis，文本搜索采用Lucene服務(wù)，整個系統(tǒng)接口采用Restful API模式，同時考慮數(shù)據(jù)安全性使用云存儲服務(wù)保障數(shù)據(jù)安全，此外，系統(tǒng)還采用安全組件、日志組件、異常組件等一些公共組件確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。

圖2 系統(tǒng)服務(wù)技術(shù)架構(gòu)

三、擴展性設(shè)計

由于本系統(tǒng)建設(shè)屬于B/S模式，這是一種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)，是一項長期、不斷擴展和進(jìn)化更新的系統(tǒng)工程，是可持續(xù)優(yōu)化的應(yīng)用系統(tǒng)，為了保證它的業(yè)務(wù)功能是根據(jù)服務(wù)的需要不斷修正和擴充的，要求整個系統(tǒng)縱向和橫向均可以擴展。擴展性設(shè)計總體要求如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)擴展性設(shè)計要求

縱向：保證系統(tǒng)的各個應(yīng)用模塊按照功能分開，減少各部分之間的干擾。

橫向：保證系統(tǒng)可以隨著業(yè)務(wù)的擴充而不斷增加服務(wù)能力。

四、關(guān)鍵問題解決方案

（一）文本分析模塊設(shè)計

對學(xué)生提交的問卷主觀題回答結(jié)果及學(xué)生心理健康咨詢模塊中文本數(shù)據(jù)進(jìn)行分詞處理，采用Spark大數(shù)據(jù)計算框架進(jìn)行并發(fā)分詞處理。首先將保存在mysql數(shù)據(jù)庫中的文本數(shù)據(jù)傳入Spark中轉(zhuǎn)為dataframe，通過Spark進(jìn)行并行計算處理，對其文本數(shù)據(jù)進(jìn)行分詞，分詞后根據(jù)聚類分析模塊進(jìn)行聚類分析學(xué)生心理健康狀態(tài)，最后將數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)存到mysql中。該模塊設(shè)計如圖4所示。

圖4 文本分析模塊設(shè)計

（二）分詞分析模塊設(shè)計

對文本進(jìn)行分詞處理，其流程設(shè)計為：首先進(jìn)行文本清洗，然后對內(nèi)容文本分詞，接著做去除停用詞處理，然后對分詞取前5000個詞作為特征，針對這些特征詞進(jìn)行特征向量化，然后保存預(yù)處理模型，接著調(diào)用預(yù)處理模型，最后輸出預(yù)處理數(shù)據(jù)。本文選用Ansj開源中文分詞工具對文本數(shù)據(jù)進(jìn)行分詞處理。Ansj是 一 個 基 于n-Gram、CRF、HMM的中文分詞的java實現(xiàn)，其分詞速度達(dá)到每秒鐘大約200萬字左右（mac air下測試），準(zhǔn)確率能達(dá)到96%以上。目前該分詞工具實現(xiàn)了中文分詞、中文姓名識別、用戶自定義詞典、關(guān)鍵字提取、自動摘要、關(guān)鍵字標(biāo)記等功能。分詞處理流程設(shè)計如圖5所示。

圖5 分詞分析模塊設(shè)計

（三）聚類分析算法設(shè)計

本文中所涉及數(shù)據(jù)挖掘功能是對用戶答題及本文分詞處理完后，通過FCM聚類分析學(xué)生的性格聚類特征。FCM模糊聚類算法是一種將向量組分類的算法，通常會先定義數(shù)據(jù)集的某些重要參數(shù)，一般為2個，分別為樣本聚類數(shù)目N以及模糊加權(quán)指數(shù)z，其中樣本聚類數(shù)目是由主觀定義的，另一個參數(shù)z在當(dāng)前的學(xué)術(shù)研究中也很難定義其中最合適的取值，這就導(dǎo)致該算法的有效性并不是很高，往往還需要進(jìn)行再次驗證，因為這些特性該算法應(yīng)用受限。FCM算法是目前比較流行的一種模糊聚類算法，究其原因大致有以下幾個方面：首先，模糊C—均值泛函Jm仍是傳統(tǒng)硬C一均值泛函J1的自然推廣；硬C一均值泛函J1是一個應(yīng)用十分廣泛的聚類準(zhǔn)則，對其在理論上的研究已經(jīng)相當(dāng)完善，這就為Jm的研究提供了良好的條件；其次，數(shù)學(xué)上看，Jm與RS的希爾伯特空間結(jié)構(gòu)(正交投影和均方逼近理論)有密切的關(guān)系，因此比其他泛函有更深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；最后，也是最重要的是該目標(biāo)函數(shù)不僅在許多領(lǐng)域獲得了非常成功的應(yīng)用，而且以FCM算法為基礎(chǔ)，人們提出的基于其他原型的模糊聚類算法，形成了一大批FCM類型的算法：如模糊C一線(FCL)、模糊C一面(FCP)等聚類算法，分別實現(xiàn)了對呈線狀、超平面狀結(jié)構(gòu)模式子集(或聚類)的檢測。本文所實現(xiàn)的算法流程設(shè)計如下：

Step3.循環(huán)（更新聚類中心以及隸屬函數(shù)）并判斷目標(biāo)函數(shù)Jfuz是否變化足夠小，以F范數(shù)為變化的度量。

Step4.退出循環(huán)，返回dist（各類別到各樣本的距離矩陣）、最新的聚類中心以及目標(biāo)函數(shù)。

其中，聚類中心更新公式μi表示為

算法流程示意圖見圖6。

圖6 聚類分析算法流程設(shè)計

本算法在相關(guān)模塊中具體應(yīng)用實現(xiàn)則在后續(xù)系統(tǒng)實現(xiàn)的章節(jié)中進(jìn)行部分核心代碼的介紹。

五、系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計

學(xué)生心理健康測評系統(tǒng)主要由系統(tǒng)管理模塊、測評題庫管理模塊、心理測評管理模塊、問題學(xué)生輔導(dǎo)模塊、心理健康知識庫管理模塊這五大模塊構(gòu)成。本系統(tǒng)功能劃分如圖7所示。

圖7中，給出了本系統(tǒng)的主要功能模塊的結(jié)構(gòu)劃分，下面對這些功能模塊分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖7 系統(tǒng)功能模塊

（一）系統(tǒng)管理模塊設(shè)計

系統(tǒng)管理模塊的功能主要是對用戶進(jìn)行增、刪、查、改等數(shù)據(jù)CRUD操作管理，并對不同的用戶類型進(jìn)行相應(yīng)的權(quán)限管理，同時系統(tǒng)自動對登錄進(jìn)入系統(tǒng)的用戶操作行為進(jìn)行記錄及審計，系統(tǒng)管理員維護管理系統(tǒng)的訪問記錄及后臺數(shù)據(jù)。該模塊系統(tǒng)管理員操作的具體流程圖如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)管理流程圖

（二）測評題庫管理模塊設(shè)計

該模塊主要功能是系統(tǒng)管理員對測評題庫的管理，首先包括對測評題目進(jìn)行增、刪、查、改等數(shù)據(jù)CRUD操作管理，題目支持從數(shù)據(jù)源導(dǎo)入、文件導(dǎo)入及手動逐條添加。然后，該模塊的一個主要功能是系統(tǒng)管理員從題庫中選擇題目生成調(diào)查問卷并設(shè)置問卷答題時間。問卷生成后，系統(tǒng)管理員可以預(yù)覽問卷，并可對問卷進(jìn)行編輯，繼續(xù)添加試題或者刪除試題。該模塊系統(tǒng)管理員的操作流程如圖9所示。

圖9 測評題庫管理流程圖

（三）學(xué)生心理測評管理模塊設(shè)計

學(xué)生心理測評管理模塊主要由問卷測試、數(shù)據(jù)挖掘算法聚類分析、測評結(jié)果生成及通知反饋功能模塊構(gòu)成。作為系統(tǒng)的核心模塊，主要實現(xiàn)學(xué)生用戶通過在線回答相關(guān)專業(yè)心理健康調(diào)查問卷后來反映其自身的心理健康狀況，認(rèn)知自己是否存在心理健康問題。在完成了相關(guān)的調(diào)查問卷后，系統(tǒng)會反饋其測試分?jǐn)?shù)，并有對應(yīng)的心理健康狀態(tài)描述，同時通過對答題結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘算法聚類分析其性格特征，這讓學(xué)生更加了解自己相應(yīng)的心理情況，完整了解自己的性格特點，如存在心理問題，則通過教師參考相關(guān)心理輔導(dǎo)策略進(jìn)行心理健康輔導(dǎo)工作，幫助學(xué)生預(yù)防心理疾病，解決其心理問題。

1.問卷測試

該功能由在線測試、問卷計分、問卷提交構(gòu)成，學(xué)生在該模塊中通過完成系統(tǒng)管理員設(shè)置的一系列心理健康調(diào)查問卷，比提交到系統(tǒng)后臺，從而測試出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。系統(tǒng)自動對問卷結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計計分，然后記錄得分結(jié)果。通過該測試，學(xué)生用戶能夠得到自己心里健康情況描述的數(shù)據(jù)描述。

2.數(shù)據(jù)挖掘算法聚類分析

該功能就是利用FCM算法將用戶的答題結(jié)果進(jìn)行聚類分析，分析其性格特征。

3.測評結(jié)果生成

該功能是將用戶的心理健康得分結(jié)果、后臺按照得分分析的該學(xué)生心理健康狀態(tài)描述結(jié)果以及通過聚類算法分析的其性格特征結(jié)果生成一份完成的結(jié)果報告。

4.通知反饋

該功能是系統(tǒng)對學(xué)生的測評結(jié)果進(jìn)行一個分析反饋的過程，系統(tǒng)自動將學(xué)生的心理測評結(jié)果報告通知學(xué)生在系統(tǒng)中的后臺消息中心。同時，根據(jù)該學(xué)生的心理狀態(tài)結(jié)果報告，如該學(xué)生存在心理健康問題，系統(tǒng)會自動生成對應(yīng)的心理輔導(dǎo)策略并連同心理測評結(jié)果通知到教師在系統(tǒng)中的后臺消息中心，指導(dǎo)教師跟進(jìn)該學(xué)生開展相關(guān)心理輔導(dǎo)工作。

學(xué)生心理測評管理具體的流程圖如圖10所示。

圖10 學(xué)生心理測評管理流程圖

（四）輔導(dǎo)管理模塊的設(shè)計

輔導(dǎo)管理模塊主要包括兩部分的功能，一部分為學(xué)生在線請求心理咨詢輔導(dǎo)，另一部分為教師進(jìn)行線上輔導(dǎo)，組織專家對問題學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，記錄輔導(dǎo)情況，查詢管理問題學(xué)生等。

1.學(xué)生在線咨詢

學(xué)生用戶通過系統(tǒng)的身份認(rèn)證進(jìn)入到系統(tǒng)中，點擊輔導(dǎo)管理頁面中的在線咨詢，發(fā)起在線咨詢，通過留言的方式將自己需要專家解答的心理問題內(nèi)容發(fā)送給教師。在該功能中，學(xué)生可以查看教師對自己提出問題的解答。學(xué)生在線咨詢功能流程圖如圖11所示。

圖11 學(xué)生在線咨詢流程圖

2.教師輔導(dǎo)管理

在該模塊中，教師用戶通過系統(tǒng)的身份認(rèn)證進(jìn)入到系統(tǒng)中，點擊輔導(dǎo)管理頁面查看學(xué)生的咨詢問題，并進(jìn)行相關(guān)解答，解答內(nèi)容結(jié)果直接推送回到問題學(xué)生后臺。同時，教師還可以根據(jù)系統(tǒng)給出輔導(dǎo)策略進(jìn)行線下輔導(dǎo)，組織相關(guān)心理專家、醫(yī)生對問題學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，并在系統(tǒng)中記錄輔導(dǎo)時間、輔導(dǎo)專家名字、專家輔導(dǎo)情況等。此外，教師還可以對學(xué)生及這些記錄情況進(jìn)行查看管理。

圖12所示為教師輔導(dǎo)管理流程示意圖。

圖12 老師輔導(dǎo)管理流程圖

（五）心理健康知識庫管理模塊的設(shè)計

心理健康知識庫管理模塊中，系統(tǒng)管理員需要對知識庫進(jìn)行維護和管理，具體內(nèi)容如下：

內(nèi)容管理：對知識內(nèi)容進(jìn)行導(dǎo)入、修改、刪除、查看等維護工作。

欄目管理：管理知識庫的欄目，對健康知識進(jìn)行分欄目展示，可以添加、修改、刪除欄目?？梢詫⒉煌悇e的知識放到不同欄目下進(jìn)行展示。

文章搜索：可以對知識庫中的知識進(jìn)行模糊搜索，從而各用戶進(jìn)入該模塊中可以方便快捷地通過搜索找到自己想要了解的知識內(nèi)容。

心理健康知識庫的管理流程圖如圖13所示。

圖13 心理健康知識庫管理流程圖

六、數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是整個軟件系統(tǒng)的根基，是軟件設(shè)計的起點，它起著決定性的質(zhì)變作用，數(shù)據(jù)庫設(shè)計的好壞能夠很大程度上影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。良好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計，能夠使得系統(tǒng)在進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)的處理過程中，優(yōu)化數(shù)據(jù)操作速度，提高業(yè)務(wù)響應(yīng)速度，能夠節(jié)省數(shù)據(jù)的存儲空間，能夠保證數(shù)據(jù)的完整性，能夠方便進(jìn)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。而糟糕的數(shù)據(jù)庫設(shè)計，會造成數(shù)據(jù)冗余、存儲空間浪費，有可能造成數(shù)據(jù)更新和插入的異常。

七、小結(jié)

本文給出了學(xué)生心理健康測評系統(tǒng)的設(shè)計分析內(nèi)容。在完成了對本系統(tǒng)的基本功能需求分析之后，列出了本系統(tǒng)的設(shè)計原則。然后對系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了描述，分別從系統(tǒng)MVC三層結(jié)構(gòu)模式及服務(wù)技術(shù)架構(gòu)兩個方面給出架構(gòu)描述。接著對系統(tǒng)的擴展性設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行了介紹。然后介紹了系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)挖掘算法FCM和系統(tǒng)采用該算法進(jìn)行性格特征聚類分析。接著又介紹了系統(tǒng)的主要功能模塊的設(shè)計內(nèi)容，最后對系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。