基于學(xué)生偏好的宿舍分配系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)建

李鏡煥 韓慧萍

基于學(xué)生偏好的宿舍分配系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)建

李鏡煥 韓慧萍

[中國地質(zhì)大學(xué)(北京)]

隨著高校招生規(guī)模的擴大和大學(xué)生人數(shù)的增加，高校后勤的宿舍管理面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了滿足學(xué)生的多樣化需求和緩解宿舍管理人員的工作壓力，提高宿舍分配質(zhì)量是一個可以從源頭上解決宿舍管理難題的有效方法。因此，本文將對大學(xué)生宿舍關(guān)系的影響因素進(jìn)行預(yù)調(diào)查與文獻(xiàn)調(diào)研，針對學(xué)生自身住宿偏好，提出“生活習(xí)慣差異”等四類調(diào)查問題，以調(diào)查問卷的回收數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，采用基于信息增益原則的決策樹分類算法作為宿舍分配的核心算法，確定基于學(xué)生自身偏好與決策樹分類的偏好狀態(tài)描述規(guī)則，得出最佳分類方法，以期滿足學(xué)生對住宿分配的個性化需求，也為高校宿舍智能分配系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

宿舍分配；決策樹分類；學(xué)生偏好；信息增益；規(guī)則描述

一、引言

大學(xué)的學(xué)生宿舍是我國大學(xué)生日常學(xué)習(xí)生活的主要場所之一，因此，良好的宿舍氛圍建設(shè)是大學(xué)后勤建設(shè)的重要組成部分，并且對高校大學(xué)生的日后自身發(fā)展以及身心養(yǎng)成有著舉足輕重的作用。[1]

隨著高校招生規(guī)模的日益擴大，學(xué)生人數(shù)不斷增加，傳統(tǒng)的“一鍋端”式宿舍分配方式不僅不能滿足“建設(shè)高質(zhì)量教育體系”的政策導(dǎo)向，也無法適應(yīng)學(xué)生對信息化時代大學(xué)宿舍分配的基本要求，這容易導(dǎo)致學(xué)校后勤需要浪費大量的人力、物力、財力去解決學(xué)生宿舍內(nèi)因不滿學(xué)生宿舍分配而產(chǎn)生的各類問題，而這些無可估計的損失很大程度上能以對學(xué)生包括生活習(xí)慣、性格特征等自身偏好的預(yù)調(diào)查和信息收集的方式去避免。因而在大學(xué)信息化建設(shè)的時代背景下，宿舍管理工作需要逐漸轉(zhuǎn)變意識、改變服務(wù)模式，進(jìn)一步改革和加強后勤宿舍管理工作[2]，例如在學(xué)校新生正式入住校園前進(jìn)行學(xué)生的自身住宿需求偏好的預(yù)調(diào)查與信息收集，這不僅能提高學(xué)校后勤的管理效率，也可以推動大學(xué)校園的信息化建設(shè)。故本文基于學(xué)生自身偏好建立大學(xué)宿舍智能分配系統(tǒng)。

二、大學(xué)宿舍分配系統(tǒng)設(shè)計分析

（一）需求分析

大學(xué)宿舍分配系統(tǒng)設(shè)計基于現(xiàn)代先進(jìn)的信息化技術(shù)，融合學(xué)生提供的自身偏好數(shù)據(jù)，通過一定的數(shù)據(jù)收集整合和分析管理，建設(shè)一個有助于實現(xiàn)學(xué)生與后勤管理部門信息順暢交換的信息化平臺，實現(xiàn)高校學(xué)生的個性化宿舍分配與數(shù)據(jù)共享反饋。由此可見，實現(xiàn)高校學(xué)生宿舍管理數(shù)字化、信息化尤為重要[3]，在提高宿舍分配效率之余推進(jìn)高校信息化建設(shè)，為智慧后勤體系的建立打下良好基礎(chǔ)。大學(xué)宿舍分配系統(tǒng)的需求如下所示：

1.準(zhǔn)確地向待調(diào)查大學(xué)生發(fā)布調(diào)查問卷，及時返回學(xué)生填寫的自身偏好數(shù)據(jù)，并將其存入后勤服務(wù)宿舍分配數(shù)據(jù)庫中，以保證宿舍分配的高效性與準(zhǔn)確性；[4]

2.高效地對學(xué)校后勤宿舍資源以及宿舍分配工作進(jìn)行統(tǒng)一管理，同時可以根據(jù)學(xué)生輸入的住宿偏好進(jìn)行宿舍分配，保證宿舍分配工作的有效性、針對性以及準(zhǔn)確性；

3.在完成初始的宿舍分配后，能夠接收學(xué)生的實時反饋，并根據(jù)反饋進(jìn)一步優(yōu)化宿舍分配，同時周期性發(fā)布宿舍分配質(zhì)量管理等后勤報告，形成后勤服務(wù)管理的智慧反饋體系；

4.通過宿舍分配的信息化平臺，可以對學(xué)生的宿舍資源分配情況進(jìn)行實時增刪查改等操作。

同時，為滿足學(xué)校的管理要求和學(xué)生的個體發(fā)展，在進(jìn)行宿舍分配時還要堅持以下原則：[5]

1.盡可能將相同年級、相同專業(yè)乃至相同班級的學(xué)生分配到相近的區(qū)域中，包括同一樓層或同一宿舍，方便學(xué)校進(jìn)行統(tǒng)一管理；

2.盡可能將自身偏好匹配度最高的學(xué)生分配到同一宿舍中；

3.在學(xué)生對宿舍分配結(jié)果提出異議后，要充分考慮學(xué)生的住宿需求，在模型分類結(jié)果的前提下做到以人為本，統(tǒng)籌兼顧。[6]

（二）系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

根據(jù)以上系統(tǒng)需求，本文所設(shè)計的大學(xué)宿舍分配系統(tǒng)功能模塊主要分為三大部分，具體分類如圖1所示。

1.大學(xué)生自身偏好信息錄入板塊。在學(xué)生根據(jù)自身偏好填寫完學(xué)校后勤部門發(fā)布的住宿偏好調(diào)查問卷后，該模塊需要將已填寫的住宿自身偏好調(diào)查問卷數(shù)據(jù)錄入到學(xué)校的后勤數(shù)據(jù)庫中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。

2.宿舍智能分配板塊。在完整接收原始的大學(xué)生住宿偏好數(shù)據(jù)后，該模塊會根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，基于決策樹分類算法，為已填寫問卷的學(xué)生選擇出整體和諧度最高的分配方案，以實現(xiàn)宿舍分配的個性化和自動化[7]，并展示具體的分配結(jié)果。

3.宿舍分配結(jié)果智慧反饋模塊。在宿舍智能分配功能完成后，該模塊會匯總并展示所有已填寫調(diào)查問卷的學(xué)生的宿舍智能分配結(jié)果，并允許學(xué)生根據(jù)已有的宿舍分配結(jié)果與學(xué)校后勤部門（系統(tǒng)管理員）進(jìn)行信息交流。依托于信息交流的結(jié)果，系統(tǒng)形成宿舍智能分配結(jié)果滿意度反饋報告，并根據(jù)該反饋報告進(jìn)行功能板塊的改進(jìn)與優(yōu)化，實現(xiàn)后勤業(yè)務(wù)信息互聯(lián)共享、全局決策控制、系統(tǒng)整合聯(lián)動[8]。

三、 基于學(xué)生自身偏好的宿舍分配模型

（一） 問卷設(shè)定

在預(yù)調(diào)查與參考文獻(xiàn)的查閱后，筆者發(fā)現(xiàn)，早在2017年中國青年網(wǎng)就已經(jīng)發(fā)起過對全國共計958名大學(xué)生的大學(xué)宿舍關(guān)系問題的調(diào)查，調(diào)查的結(jié)果顯示，超過四成的學(xué)生與舍友曾經(jīng)發(fā)生過糾紛與矛盾，近三成的大學(xué)生有過更換宿舍的想法，其中生活習(xí)慣是主要誘因。

在綜合已有的對基于學(xué)生自身偏好的大學(xué)宿舍分配調(diào)查問卷的研究后，我們可以得到引發(fā)大學(xué)生對目前住宿情況不滿的原因主要有生活習(xí)慣上的差異、性格特征的差異、興趣愛好的差異、經(jīng)濟情況的差異等，為了實現(xiàn)高校學(xué)生宿舍分配管理的個性化和自動化[9]，以更好地促進(jìn)公寓內(nèi)學(xué)生之間的相互促進(jìn)、共同成長[10]，在經(jīng)過對本校學(xué)生的訪談和調(diào)查后，本文將問卷調(diào)查問題設(shè)定如下：

1.對自己與舍友之間生活習(xí)慣[11]差異的接受程度；

2.對自己與舍友之間性格特征差異的接受程度；

3.對自己與舍友之間興趣愛好差異的接受程度；

4.對自己與舍友之間經(jīng)濟情況差異的接受程度。

（二） 算法的選擇——決策樹算法

由于在宿舍分配過程中，我們希望對分類結(jié)果進(jìn)行評估，以此改進(jìn)現(xiàn)有模型，故在此選擇監(jiān)督分類算法。而在監(jiān)督分類算法中，決策樹算法易理解，且可用于小數(shù)據(jù)集，適用于離散數(shù)據(jù)的分類——這些都符合學(xué)生住宿偏好數(shù)據(jù)集的特點，因此選擇決策樹算法作為本模型算法。

決策樹是一種基本的分類與回歸方法，此處主要針對分類決策樹進(jìn)行討論。決策樹的經(jīng)典決策過程可描述為：從整棵決策樹的根節(jié)點開始，根據(jù)各節(jié)點的特征，判斷應(yīng)該向哪棵子樹進(jìn)行進(jìn)一步的決策與分解，在每次決策過程中均采用新特征，此時選擇恰當(dāng)?shù)臎Q策閾值可以將分類的錯誤率減至較低水平，直到指向葉子結(jié)點或者已經(jīng)不再需要進(jìn)行決策,從而在相對較大的數(shù)據(jù)量中盡可能地提高數(shù)據(jù)價值密度。[12]

（三）模型建立

根據(jù)決策樹分類算法以及信息增益方法，定義分配模型的組成元素為：待分配學(xué)生的偏好狀態(tài)集P，決策屬性集D，決策屬性值集V，決策屬性排序集S以及偏好狀態(tài)描述規(guī)則f。[13]在學(xué)生宿舍智能分配模型中，對以上模型元素作如下設(shè)定。

1.待分配學(xué)生的偏好狀態(tài)集P。表示由待分配學(xué)生的偏好狀態(tài)構(gòu)成的總體集合。如待分配學(xué)生的偏好可以表現(xiàn)為“非常介意自己與舍友之間的生活習(xí)慣差異”“不介意自己與舍友之間的經(jīng)濟情況差異”等。設(shè)偏好狀態(tài)個數(shù)為n，即：

5.偏好狀態(tài)描述規(guī)則f。表示待分配學(xué)生的偏好狀態(tài)與各決策屬性取值間的關(guān)系。即：

（四）算法流程

step1：設(shè)定模型組成集合

分析待分配學(xué)生的自身偏好，得出其偏好狀態(tài)集P，并確定決策屬性集以及其相對應(yīng)的取值范疇，得出決策屬性集D與決策屬性值集V。

step2：排序分配決策屬性

鑒于信息增益原則的決策樹分類，得出精確的決策屬性排序結(jié)果，并確定決策屬性排序集S。

step3：決策樹的設(shè)定與可視化

進(jìn)行決策樹訓(xùn)練，得出學(xué)生宿舍智能分配決策樹模型，并將決策樹分類結(jié)果可視化,為管理者提供真實可靠的決策支持。[14]

step4：形成偏好狀態(tài)描述規(guī)則

根據(jù)已生成的決策樹，歸納出偏好狀態(tài)的形成規(guī)則。具體的基于決策樹分類模型的學(xué)校宿舍智能分配的步驟如圖2所示。

圖2 基于決策樹分類模型的學(xué)校宿舍智能分配步驟圖

（五）模型應(yīng)用分析

在對基于決策樹分類模型的學(xué)校宿舍智能分配模型進(jìn)行分析前，先對調(diào)查問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即將數(shù)據(jù)集中的四種定性變量的分類采用數(shù)值進(jìn)行編碼，但數(shù)值型變量一般不能被模型識別為不同類別的劃分，而是將其識別為存在大小關(guān)系，因此引入虛擬變量將定性變量的不同類別替換成一個或多個取值為整數(shù)(如1,2,3,4)的定性變量。[15]

對于定性變量“生活習(xí)慣”，將選項不清楚、非常介意、比較介意、一般、比較不介意、不介意分別設(shè)置為0、1、2、3、4、5，即{不清楚：0，非常介意：1，比較介意：2，一般：3，比較不介意：4，不介意：5}。分值的高低表示調(diào)查主體對住宿環(huán)境的適應(yīng)程度的高低，對于不清楚自身住宿偏好的，設(shè)置分值為0。

對于定性變量“性格特征”“興趣愛好”以及“經(jīng)濟情況”的預(yù)處理與上同理。

step1：設(shè)定模型組成集合

在問卷設(shè)定中，將調(diào)查問題設(shè)置為“生活習(xí)慣”“性格特征”“興趣愛好”以及“經(jīng)濟情況”四部分，即待分配學(xué)生的偏好狀態(tài)集P可定義為：

由此，定義相應(yīng)決策屬性值集V為：

由數(shù)據(jù)預(yù)處理中對虛擬變量的設(shè)定，可以將相應(yīng)決策屬性值集簡化為：

step2：排序分配決策屬性

在此主要采用基于決策樹分類算法的決策屬性排序，以專家分析法為輔，以信息增益原則為主，根據(jù)決策樹算法對決策屬性進(jìn)行排序，得到?jīng)Q策屬性重要度結(jié)果如表1所示：

表1 決策屬性重要度

決策屬性生活習(xí)慣性格特征興趣愛好經(jīng)濟情況 重要度0.290157530.300276340.160033440.24953269

因此有決策屬性排序集

由上得經(jīng)排序的決策屬性集為：

step3：決策樹的設(shè)定與可視化

根據(jù)待分配學(xué)生的偏好狀態(tài)集P，決策屬性集D，決策屬性值集V，決策屬性排序集S，對學(xué)生宿舍智能分配的決策樹算法進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，并進(jìn)行決策樹訓(xùn)練，得到圖3分類結(jié)果。

圖3 決策樹分類圖

step4：形成偏好狀態(tài)描述規(guī)則

根據(jù)決策樹分類算法的性質(zhì)，容易知道，從根節(jié)點到任意葉子結(jié)點之間的路徑即為某個樣本的分類過程，包括了基于各參數(shù)值的大小關(guān)系的分類途徑，由此可以提取出偏好狀態(tài)描述規(guī)則，具體的偏好狀態(tài)描述規(guī)則f如下表2所示：

表2 偏好狀態(tài)描述規(guī)則（部分）

|--- Hobby <= 3.50| |--- Habit <= 1.50| | |--- Character <= 1.50| | | |--- Consumption <= 2.50| | | | |--- class: 1| | | |--- Consumption > 2.50| | | | |--- class: 2| | |--- Character > 1.50

其中，“Hobby”表示興趣愛好差異接受度，“Character”表示性格特征差異接受度，“Habit”表示生活習(xí)慣差異接受度，“Consumption”表示經(jīng)濟情況差異接受度。

因此，我們可以通過該決策樹分類模型，根據(jù)以上的偏好狀態(tài)描述規(guī)則，將不同的學(xué)生分配到不同的宿舍中，該分類結(jié)果也在算法與模型上較大程度地實現(xiàn)了宿舍分配的個性化和自動化。

四、結(jié)語

學(xué)生宿舍智能分配是目前高校后勤管理的重要工作，也是建成智慧后勤的重要組成成分之一，良好的宿舍分配有利于提高學(xué)校后勤管理的效率，可以有效地節(jié)省大量的人力物力[16]、降低后勤宿舍管理的損耗，目前主要由學(xué)校自動分配以及學(xué)生自主選擇兩種宿舍分配方式組成。本文致力基于學(xué)生自身偏好的大學(xué)宿舍分配系統(tǒng)的研究，采用決策樹分類算法作為住宿智能分配的核心算法，為大學(xué)生宿舍分配作出了一些有益的思考和嘗試，同時也希望為高校后勤的宿舍分配研究領(lǐng)域貢獻(xiàn)一份綿薄之力。

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（責(zé)任編輯：胡新龍）