基于BasicSVD算法的在線課程管理推薦系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為了能夠幫助高校學(xué)生修滿學(xué)分和課程，達(dá)到高校對學(xué)生的課程學(xué)分的畢業(yè)要求，以及更加科學(xué)地根據(jù)學(xué)生需求以及學(xué)校要求選擇適合的課程，該文提出一種基于BasicSVD算法的在線課程管理推薦系統(tǒng)，其目的在于簡化修讀學(xué)分的自我管理流程，結(jié)合學(xué)校中的課程大數(shù)據(jù)以及學(xué)生選課情況做出學(xué)分管理和課程個性化推薦。

關(guān)鍵詞：學(xué)分管理;課程管理;推薦系統(tǒng);BasicSVD;個性化

中圖分類號：TP391 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0073-03

Design of Online Course Management Recommendation System Based on BasicSVD Algorithm

DAI Qing

（Smart Home Center，China Telecom Corporation Jiujiang Branch，Jiujiang 332000， China）

Abstract： In order to help college students complete the credits and courses， meet the university's graduation requirements for students' course credits and more scientifically select suitable courses according to student needs and school requirements， this article proposes an online course management recommendation system based on BasicSVD algorithm. Its purpose is to simplify the self-management process of studying credits， and make credit management and course recommendations based on the big data of the courses in the school and the student's course selection.

Key words： Credit Management; Course Management; Recommendation System; BasicSVD; personalized recommendation

1 背景

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的變革，計算機(jī)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，社會上信息化建設(shè)發(fā)展得越來越快，各行各業(yè)都享受著信息化發(fā)展帶來的便利，高校中的信息化產(chǎn)物也越來越多[1]。

現(xiàn)如今，高校中的課程越來越多，形式也越來越多樣化，學(xué)生會根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)方案進(jìn)行選課已達(dá)到畢業(yè)的要求[2]。但是，復(fù)雜的課程往往讓學(xué)生們手忙腳亂，毫無頭緒，這樣往往會造成選不到自己感興趣的課而荒廢光陰，或者沒有修夠?qū)W分導(dǎo)致無法如期畢業(yè)。本文提出一種基于BasicSVD算法的課程推薦系統(tǒng)[3]，可以很好地幫助高校學(xué)生進(jìn)行學(xué)分管理和課程推薦。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)概要設(shè)計

本文所提出的課程管理推薦系統(tǒng)主要包含用戶使用和系統(tǒng)管理員兩大模塊，具體的功能圖如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)用例建模

用例圖（Use case diagram）是從用戶的角度靜態(tài)地描述系統(tǒng)的使用過程，可以方便用戶和非開發(fā)者了解到系統(tǒng)中的需求和功能[4]。用例圖主要用于獲取需求，指導(dǎo)測試，對系統(tǒng)、子系統(tǒng)或類的功能行為進(jìn)行建模，并可在整個過程中的其他工作流起到指導(dǎo)作用。

1）管理員用例

管理員主要負(fù)責(zé)對整個系統(tǒng)的信息審核，主要功能包括：用戶信息修改、添加系統(tǒng)用戶、刪除系統(tǒng)用戶等功能。管理員用例圖如圖2所示。

2）用戶用例

用戶中的基本角色主要是學(xué)生，主要功能包括：個人信息管理、查看課程信息、選課退課、查看學(xué)分以及課程推薦等功能。用戶用例圖如圖3所示。

2.3 系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)的功能就是登錄功能，這也是較為重要的功能，登錄的賬號采用在校生的學(xué)號，默認(rèn)密碼采用的是學(xué)生的身份號后六位，并且，我們提供修改初始密碼服務(wù)，用戶可以在首次登錄成功后修改其初始密碼，加固賬號的安全性，也可以找到學(xué)校管理員修改密碼。登錄模塊流程圖如圖4所示。

其次，本文所提到的系統(tǒng)必須要有課程查詢功能。每個學(xué)院、每個專業(yè)和每個年級都有著不同的培養(yǎng)方案，數(shù)據(jù)庫中需要存儲包括課程名稱、授課教師、開課學(xué)期、課程學(xué)分等培養(yǎng)計劃信息。

第二，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生完成課程情況統(tǒng)計畢業(yè)所要求的學(xué)分，完善用戶基本信息與學(xué)業(yè)情況。為了方便學(xué)生查詢課程信息以及選課情況，本文設(shè)計了課程信息查詢接口，學(xué)生可以選擇自己已修課程，查詢當(dāng)前學(xué)分修的情況。

第三，交互界面的首要功能則是交互，要能夠讓用戶更直接地查看個人信息，解決復(fù)雜繁多的數(shù)據(jù)帶來的各種信息干擾等問題。

最后，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于大學(xué)生興趣的課程推薦模塊，結(jié)合學(xué)生的個人興趣以及培養(yǎng)計劃，做出合適的課程推薦。

2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)中重要的組成部分，本文所提出的系統(tǒng)中由四張數(shù)據(jù)庫表構(gòu)成，分別是：STUDENT，LOG_INFOR，TRAN_PROG，COURESE_SLCT。下面將詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程。設(shè)計模式圖如圖5所示。

本文所提出的系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫ER圖如圖6所示。

2.5 推薦算法設(shè)計

常規(guī)的數(shù)據(jù)中會有一些噪聲、空白信息和冗余信息，這大大影響了推薦系統(tǒng)中的算法效果，導(dǎo)致推薦精度降低[5]。本文提出使用BasicSVD算法簡化數(shù)據(jù)，去除噪聲，用更小并且更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)集表示原數(shù)據(jù)集，提取出更有價值的特征。本文所實(shí)現(xiàn)的推薦過程如下所示[6]。

定義1：評分矩陣為[R];

定義2：[u]代表用戶，[c]代表課程;

評分矩陣計算公式如式（1）所示：

[R=puk·qTck# ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1]

最小誤差平方和公式如式（2）所示：

[SSE=u，iR-R2# ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2]

算法步驟如下：

步驟1：從數(shù)據(jù)庫中選取用戶評分構(gòu)成評分稀疏矩陣[R]，計算出誤差;

步驟2：使用步驟1中的誤差和SSE計算誤差和;

步驟3：計算梯度，使用梯度下降算法減小誤差，并加入懲罰算法防止過擬合的出現(xiàn);

步驟4：取推薦列表中前N項(xiàng)進(jìn)行推薦，推薦結(jié)束。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一款基于BasicSVD算法的在線課程管理推薦系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以幫助高校學(xué)生根據(jù)自己的培養(yǎng)計劃選擇適合自己并且推薦感興趣的課程，以達(dá)到高校的畢業(yè)學(xué)分要求。

本文所設(shè)計的系統(tǒng)主要包含管理員、用戶兩大主要模塊，核心功能為選課模塊和課程推薦模塊，每個功能模塊均按照高校學(xué)生的實(shí)際需求進(jìn)行建模和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。同時本系統(tǒng)緊跟信息時代潮流，使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)中的推薦算法模塊，一定程度上實(shí)現(xiàn)了智能化，為高校學(xué)生提供了便利。

參考文獻(xiàn)：

[1] 婁新燕.基于數(shù)據(jù)庫的課程管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].電子質(zhì)量，2021（6）：45-48.

[2] 黃雄平.GK學(xué)院學(xué)分制教務(wù)管理系統(tǒng)的需求分析與研究[J].科技資訊，2020，18（30）：118-119，122.

[3] 武文碩，左安.基于迭代SVD的電影推薦算法的研究[J].電腦知識與技術(shù)，2021，17（15）：1-3.

[4] 袁國銘，劉瑞，樊波，等.UML用例圖在軟件工程中的步驟設(shè)計研究[J].微型電腦應(yīng)用，2014，30（1）：46-48.

[5] Zhu T，Qu W，Cao W L.An optimized image watermarking algorithm based on SVD and IWT[J].The Journal of Supercomputing，2021：1-16.

[6] 游佳.一種基于SVD矩陣分解的MU MIMO設(shè)計方案及實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù)，2021，54（5）：1058-1061.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2021-06-20

作者簡介：戴慶（1977—），男，湖北黃梅人，碩士，研究方向?yàn)槿斯ぶ悄?、大?shù)據(jù)。