基于數(shù)據(jù)挖掘的民間藝術(shù)資料管理系統(tǒng)設(shè)計

查道貴，許彩芳，楊秋菊

(宿州職業(yè)技術(shù)學院計算機信息系，安徽宿州 234101)

[通訊作者]許彩芳(1979- )，女，講師，碩士，從事計算機網(wǎng)絡(luò)安全研究。

當前,民間藝術(shù)資料管理均采用傳統(tǒng)管理方式，不僅管理效果不佳，還造成管理成本較高，因此可通過計算機輔助進行資料管理。在實際管理過程中可建立藝術(shù)資料管理系統(tǒng)，通過智能化管理手段進行藝術(shù)團資料管理，在管理過程中結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)有效展開資料檢索，獲得有用數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)構(gòu)建基礎(chǔ)

1.1 需求分析

在構(gòu)建系統(tǒng)前，應(yīng)結(jié)合實際管理過程進行系統(tǒng)需求分析，將系統(tǒng)需求作為系統(tǒng)功能模塊設(shè)置依據(jù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘需求進行結(jié)構(gòu)構(gòu)建，為后續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。對民間藝術(shù)資料管理系統(tǒng)進行系統(tǒng)需求分析，得到如下需求分析[1]。

(1)功能權(quán)限。功能模塊設(shè)定過程中需要設(shè)定對應(yīng)功能權(quán)限，不僅可對系統(tǒng)進行維護管理，還能進行角色管理。設(shè)定對應(yīng)模塊的對應(yīng)功能，從而得到對應(yīng)管理效果。功能權(quán)限不僅包括賦予某些角色的功能，還包括不同功能模塊具備的功能。

(2)資料管理需求。資料管理主要指對系統(tǒng)中的民間藝術(shù)資料進行有效管理，建立專屬民間藝術(shù)資料庫，實現(xiàn)對系統(tǒng)資料的輸入及輸出，并可在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的支持下將系統(tǒng)中的信息實時調(diào)用出來。在信息管理過程中采用科學分類方式,確保信息被存儲于對應(yīng)位置，并保證不會出現(xiàn)資料冗余現(xiàn)象。

(3)角色管理需求。系統(tǒng)在運行過程中需要進行角色管理，賦予新角色功能，并消除已離開人員的角色。在角色管理中還可進行對應(yīng)權(quán)限新增和刪除，該過程主要由管理員執(zhí)行。

(4)人性化需求。該款軟件面向資料管理人員，因此要求系統(tǒng)界面具有一定清晰度，所有人員均可在短時間內(nèi)掌握其使用方法，并可快速找到功能界面模塊。為保障所有用戶均可有效解決使用過程中存在的問題，在系統(tǒng)中設(shè)置幫助選項。顏色需要柔和、簡潔大方，并體現(xiàn)出個性化特點。

(5)云計算需求。系統(tǒng)需要與云計算系統(tǒng)相結(jié)合，并采用云計算技術(shù)作為數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)。在系統(tǒng)運行過程中,以云計算Web服務(wù)實現(xiàn)用戶客戶端與服務(wù)器端的有效交互，從而最大限度提升系統(tǒng)運行效率，降低其運行過程中可能存在的延遲現(xiàn)象，保證資料可以被及時調(diào)用和存儲。

1.2 系統(tǒng)算法

圖1 決策樹算法

在民間藝術(shù)資料管理過程中,需要將存儲于系統(tǒng)中的文件進行有效調(diào)用。隨著數(shù)據(jù)量不斷提升，民間藝術(shù)資料也逐漸呈現(xiàn)出大數(shù)據(jù)特征。如何從海量數(shù)據(jù)中獲得需求信息,成為民間藝術(shù)資料管理需要重點克服的難題。數(shù)據(jù)挖掘是指對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進行各項統(tǒng)計與分析，利用相關(guān)的算法對這些數(shù)據(jù)進行規(guī)律性預(yù)測，著眼于生成假設(shè)，具有先前未知性。本文在構(gòu)建系統(tǒng)過程中采用數(shù)據(jù)挖掘中的決策樹算法作為系統(tǒng)算法，其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1所示為決策樹算法的常規(guī)模式，該算法在實際分析過程中首先需要進行信息量大小的亮度計算。設(shè)定某事件可表示為ai，設(shè)定其信息量為I，則可將其公式度量表示為式(1)，即[2]：

(1)

{an}={a1,a2,…,an}.

(2)

其中，p(ai)表示ai事件產(chǎn)生的概率。設(shè)定在系統(tǒng)中存在n個互不相關(guān)的時間，并可將其表示為式(2)。其中，平均信息量表示為

(3)

{Cn}={C1,C2,…,Cn}.

(4)

(5)

該種算法在實際分析過程中引入屬性作為分析要素，設(shè)定屬性可表示為A，采用集合形式將其表示出來，為X(A)；將其表中值v表示為樣本子集形式Sv；之后在選擇屬性A的分支點上得到其分類熵，將其表示為E(Sv)。在實際計算過程中得出屬性導(dǎo)致的期望熵值，并計算出所有子集中值的加權(quán)和。在實際計算過程中可將屬性的期望熵表示為式(6)。

(6)

Gan(S,A)=Entropy(S,A)-Entropy(S,A).

(7)

對于在實際分析過程中的屬性A而言，可將其樣本集合S的信息增益表示為熵的期望壓縮，即式(7)所示形式。在上式中計算得出的Gan(S,A)結(jié)果越大,表示可提供的信息量越大。在此基礎(chǔ)上可將所有階段的信息增益Gan(S,A)作為其測試屬性進行測試，并且在實際分析中可得到對應(yīng)分析結(jié)果。在進行數(shù)據(jù)挖掘分析過程中,需要通過關(guān)聯(lián)規(guī)則得出不同數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)聯(lián)，并將得到的關(guān)聯(lián)結(jié)果應(yīng)用到其他領(lǐng)域中。在實際分析中可設(shè)定I表示項的集合，并將其表示為式(8)所示的集合形式。將所有事物的集合表示為D，并設(shè)定T表示項的集合，其中所有事物均可表示為Tid形式。在此基礎(chǔ)上可將關(guān)聯(lián)規(guī)則闡述為若事件集合A及B滿足式(9)所示規(guī)則，則認為二者存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。并可將幾個D包含A并且包含B的概率表示為式(10)所示形式，將同時包括A和B的概率表示為c，又叫可信度，則可將其表示為式(11)。

{I}={I1,I2,…,In}.

(8)

A∈I,B∈I,A∩B=?,A≥B.

(9)

Support(A,B)=P(A∩B)=Support_count(A,B)=count(T).

(10)

(11)

在以上分析基礎(chǔ)上,可實現(xiàn)對藝術(shù)資料系統(tǒng)的有效檢索和管理。對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行分析并展開預(yù)測，對促進民間藝術(shù)發(fā)展有積極作用。

2 系統(tǒng)構(gòu)建

圖2 民間藝術(shù)資料管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過系統(tǒng)框架(圖2)可知系統(tǒng)主要流程包括資料入庫、資料出庫、資料轉(zhuǎn)架、資料盤點、資料管理、資料利用幾個部分。其中資料入庫是整個系統(tǒng)的輸入部分，該部分進行數(shù)據(jù)收集以及數(shù)據(jù)預(yù)處理。輸入部分通過調(diào)查分析等多種渠道收集數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)進行數(shù)據(jù)源連接，從中提取出與收集數(shù)據(jù)挖掘相對應(yīng)的數(shù)據(jù)種類。在進行數(shù)據(jù)提取時通過人工結(jié)合計算機程序進行數(shù)據(jù)分類，便可得到大量相關(guān)數(shù)據(jù)。資料出庫屬于整個系統(tǒng)的資料輸出階段，即用戶使用某些數(shù)據(jù)后通過該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，該過程需要結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘功能對數(shù)據(jù)進行有效分析。該數(shù)據(jù)庫中含有大量信息，因此需要將包含事例的標識符以及各事例包含的標識符以數(shù)據(jù)集形式表示出來，并將其統(tǒng)稱為項集。在此基礎(chǔ)上可從中發(fā)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)規(guī)則，發(fā)現(xiàn)有效資料，最后將其導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫，供用戶使用。資料轉(zhuǎn)架、資料盤點、資料管理幾個部分是進行藝術(shù)資料的預(yù)處理過程，主要是對信息進行分類處理，消除其中無效數(shù)據(jù)，從而更有效地對數(shù)據(jù)進行管理，提升數(shù)據(jù)運行效率。數(shù)據(jù)利用階段則是得出數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，并從數(shù)據(jù)中得到一些作為后續(xù)關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)的決策依據(jù)。該部分也是系統(tǒng)最終目的，通過該部分實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效利用，并從根本上提升系統(tǒng)運行效率[3]。

圖3 系統(tǒng)用例圖

從系統(tǒng)用例圖(圖3)可以看出，系統(tǒng)中主要包括兩種角色，分別為用戶和管理員，其中用戶主要是民間藝術(shù)資料管理系統(tǒng)的維護人員，其職責主要是進行系統(tǒng)資料管理，并對藝術(shù)資料的輸入輸出等進行管理。系統(tǒng)中的用戶角色會因為其角色定位在功能上存在一定差異，其權(quán)限主要由管理員進行管理。管理員主要進行角色管理以及系統(tǒng)維護更新，保證系統(tǒng)在運行期間可滿足實際需求。

3 系統(tǒng)功能模塊構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)登錄模塊

系統(tǒng)登錄模塊主要進行系統(tǒng)登錄權(quán)限的管理以及用戶注冊，保證進入系統(tǒng)的角色身份均是明確的。系統(tǒng)登錄界面主要通過用戶名和密碼一一對應(yīng)方式登錄到系統(tǒng)中，密碼和用戶名無法對應(yīng)將會導(dǎo)致系統(tǒng)登錄過程失效。登錄過程的信息管理主要以數(shù)據(jù)表形式完成。在該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)見表1[4]。

表1 注冊信息表

在進行系統(tǒng)登錄模塊設(shè)計過程中,構(gòu)建出如圖4所示的流程圖。進入系統(tǒng)首先需要輸入用戶名，系統(tǒng)自動判斷用戶名是否存在。系統(tǒng)不存在用戶名則用戶無法進入系統(tǒng)，需要管理員賦予其用戶名并將其信息注冊到系統(tǒng)中。系統(tǒng)中所有人員均需要從登錄模塊進入，登錄到系統(tǒng)后系統(tǒng)會對其角色進行判定，從而賦予其不同權(quán)限。

3.2 資料管理模塊

系統(tǒng)資料管理模塊對大量數(shù)據(jù)信息進行歸類匯總，并按照數(shù)據(jù)挖掘規(guī)律方式進行數(shù)據(jù)處理。結(jié)合數(shù)據(jù)實際需求，系統(tǒng)需要具有系統(tǒng)數(shù)據(jù),包括資料入庫、資料出庫、資料轉(zhuǎn)架、資料盤點、資料管理、資料利用等功能，在實際分析中設(shè)定資料管理流程(圖5)[5]。

圖4 系統(tǒng)登錄流程

圖5 資料管理流程

3.3 系統(tǒng)設(shè)置模塊

系統(tǒng)設(shè)置模塊見圖6。

圖6 系統(tǒng)設(shè)置模塊

系統(tǒng)設(shè)置模塊主要進行系統(tǒng)角色以及權(quán)限管理，具體來說包括用戶管理、部門管理、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)狀態(tài)管理、日志管理六個方面：(1)用戶管理：主要是對用戶權(quán)限進行管理，該系統(tǒng)中涉及許多重要資料，因此用戶的設(shè)置由管理員進行，并非由用戶自己進行。管理員可對用戶權(quán)限及相關(guān)信息進行編輯，并可對用戶操作進行有效管理。(2)部門管理：對民間藝術(shù)資料管理系統(tǒng)中的分區(qū)域部門進行有效管理，設(shè)定系統(tǒng)部門名稱、成員、權(quán)限等，對各個部門進行有效區(qū)分。(3)數(shù)據(jù)庫設(shè)計：數(shù)據(jù)庫采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合云計算技術(shù)進行綜合性分析，對數(shù)據(jù)文件進行過濾處理，保證所有數(shù)據(jù)信息的準確性，并保證數(shù)據(jù)具有一定安全性，不受外界因素干擾。(4)數(shù)據(jù)管理：除保證數(shù)據(jù)安全性外,還負責對數(shù)據(jù)進行輸入和輸出。(5)系統(tǒng)狀態(tài)管理：為保證系統(tǒng)始終處于正常運行狀態(tài)，系統(tǒng)只能夠由管理員一人進行操作，對其他角色的權(quán)限進行管控。(6)日志管理：對用戶的登錄情況以及資料操作情況進行記錄管理，并結(jié)合實際情況進行相關(guān)記錄的調(diào)用。

3.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要進行數(shù)據(jù)的高效存儲。為保證該數(shù)據(jù)庫可結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘算法，在實際研究中滿足不同需求，需要對該數(shù)據(jù)庫進行測試，保證數(shù)據(jù)庫兼容性和實效性。在數(shù)據(jù)庫的支持下,系統(tǒng)需要對民間藝術(shù)資料進行分類存儲，并提供快速存儲、查詢、維護等功能。

信息存儲功能。信息存儲主要指構(gòu)建出整個系統(tǒng)專屬的數(shù)據(jù)庫模塊，將系統(tǒng)運行過程中的各種信息進行選擇性存儲。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為分布式數(shù)據(jù)庫，其結(jié)構(gòu)見圖7。數(shù)據(jù)庫按照不同的權(quán)限等級進行數(shù)據(jù)分析，并采用不同權(quán)限的數(shù)據(jù)存儲。按照數(shù)據(jù)重要性程度，一般數(shù)據(jù)庫<標準數(shù)據(jù)庫<核心數(shù)據(jù)庫。以上多個部分有效結(jié)合便可實現(xiàn)系統(tǒng)綜合性功能[6]。

圖7 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

3.5 系統(tǒng)測試

對系統(tǒng)進行功能測試，判斷其運行狀況以及運行效率。通過測試硬件設(shè)備及軟件設(shè)備,對系統(tǒng)功能進行驗證。在實際測試過程中，重點驗證系統(tǒng)能否滿足需求規(guī)格的定義，若不滿足則找出與需求規(guī)格不符或者與之有矛盾的地方并提出改善方案。系統(tǒng)實際測試過程中,采用因特爾處理器作為服務(wù)器，以聯(lián)想主板作為系統(tǒng)核心單元，采用15.6英寸的LG LGD02E9顯示器，操作系統(tǒng)為Windows 10，顯卡為英特爾HD，內(nèi)存4G，具體測試器件見表2。通過模擬測民間藝術(shù)資料管理模式檢測系統(tǒng)運行效率及效果。

表2 測試器件

構(gòu)建以上測試系統(tǒng)后，對其中六項功能(包括登錄注冊的用戶管理功能、輸入輸出功能、數(shù)據(jù)處理功能、數(shù)據(jù)庫功能、角色管理、數(shù)據(jù)庫性能)進行綜合性判斷，最終得出的結(jié)果見表3。

表3 系統(tǒng)測試評分

表3所示為系統(tǒng)測試部分。在實際分析過程中發(fā)現(xiàn)所有評分均在80分以上，所有部分功能均十分良好，尤其是其數(shù)據(jù)挖掘功能良好，即該系統(tǒng)具有一定實用性。

4 結(jié)語

本研究構(gòu)建了民間藝術(shù)資料管理系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)挖掘算法為基礎(chǔ)平臺，對數(shù)據(jù)挖掘算法進行充分解析，并以決策樹進行資料管理。在進行資料分析過程中設(shè)定資料入庫、資料出庫、資料轉(zhuǎn)架、資料盤點、資料管理、資料利用幾個部分，之后設(shè)定系統(tǒng)功能模塊，結(jié)合其需求設(shè)定專屬數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)庫的支持下,系統(tǒng)對民間藝術(shù)資料進行分類存儲，并提供快速存儲、查詢、維護等功能。對系統(tǒng)進行測試發(fā)現(xiàn)各項功能評分均在80分以上，所有部分功能均十分良好，尤其是其數(shù)據(jù)挖掘功能良好，因此該系統(tǒng)符合本研究預(yù)期目標。

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