基于Apriori算法理念的技工院校食堂膳食服務系統設計與開發

許巧薇

摘要：針對當前技工院校學生日益增長的后勤服務需求，為提供更加科學的個性化服務，提升食堂管理水平，本文以H技師學院為例進行了實地調研，設計并開發了基于Apriori算法理念的數據挖掘技術的膳食服務信息化系統，收到了較好的效果。

關鍵詞：技工院校;膳食服務;數據挖掘;信息系統

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）24-0072-05

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1引言和背景

習近平總書記指出：發展是第一要務，人才是第一資源，創新是第一動力。作為培養職業技能為主的技工院校，肩負著為國家培養高技能人才的任務。在經濟和社會不斷發展的今天，各技工院校之間的競爭也日趨激烈，都以各種優厚的條件吸引未來的技能之星。從近幾年的招生實際來看，學生選擇的因素除了院校的專業實力外，還會考慮在校生活的環境。后勤部門承擔著全校師生衣食住用行的管理職能，而食堂管理又是學生們的焦點。為了讓學生們能夠擁有更便利快捷而貼心的服務，也讓食堂經營者能更加精準提供周到的服務，從而達到后勤服務管理水平的提升，筆者結合自身工作實際，在充分調研的基礎上，針對膳食服務，結合數據挖掘技術，開發和設計了膳食服務系統。

2 H市技師學院當前食堂膳食服務系統存在的問題

2.1 系統普及程度較低

就當前技工院校食堂實際而言，大多數存在分包管理。即一級承包商會將飯堂劃分若干區域，面向其余有意向經營者進駐。在這樣的管理模式下，部分二級承包商會根據自己的實際選擇是否引入相關的信息系統進行管理，但對于H市技師學院而言，大多數二級承包單位都沒有引入，整體信息化建設程度較低。

2.2 信息系統較不完善

由于各二級承包機構都是各自引入，或鑒于經營成本角度考慮，幾乎引入的信息系統只有簡單的加減運算和流水式統計，有的甚至連基本統計都沒有，只是單純方便用于點菜單的打印而已。這樣的系統實際建設意義其實不大，而且加上后期的維護費用，性價比也大大降低。

2.3 主動服務功能較差

由于所引進的系統普遍功能單一，只能提供最基本的支持，因此更多的也只是為商家提供有關服務能力。但是，作為市場經濟而言，價值的實現需要體現在買賣交換上，如何才能實現更大的成交量，就需要在買方市場上多下功夫。因此，H市技師學院當前食堂的有關信息系統并沒有很好主動為師生提供有價值的服務。

3數據挖掘技術概述

數據挖掘（data mining），最早流行于20世紀90年代，它是一門多學科交叉的知識，涉及的領域很廣泛，涵蓋人工智能、數據庫技術、統計學等。數據挖掘的特點就是通過對收集的數據進行處理，發現隱含的、潛在的有用規律。當前，已經有許多行業成功使用數據挖掘，如：它有助于零售行業的模擬客戶響應，它有助于銀行預測客戶的盈利能力，在電信、制造業、汽車業、教育行業、生命科學等領域都有類似的使用案例。

數據挖掘作為一門科學，實現從知識到實踐，至今仍然在不斷探索完善和提升。在筆者看來，將數據挖掘超越學術研究領域，應當做好三個方面的建設。

1）分析系統。分析系統包括數據收集、數據理解、標準化測量的專業技術知識。

2）內容系統。內容系統涉及標準化的知識任務。強大的內容系統能夠使組織更快將最新的信息運用于實際。

3）調集系統。調集系統涉及通過新的組織結構推動管理變更。特別的，它涉及實施團隊結構，以實現企業范圍內一致的最佳實踐部署。

4? H市技師學院膳食服務系統的設計

4.1 需求分析

根據對H市技師學院食堂的調研結果，本著精簡節約的原則，膳食服務系統主要包括顧客管理功能模塊、系統設置管理模塊、菜品管理功能模塊、數據挖掘處理模塊以及系統查詢瀏覽模塊。

顧客管理功能模塊：顧客管理模塊主要是對顧客信息進行日常管理和維護。此模塊可以添加顧客類型，同時也可以對顧客類型進行更新修改。對于顧客信息的管理，可采用條碼區分或磁卡感應的方式進行。

系統設置管理模塊：該模塊實現對整個系統的管理，可以設置菜品信息、管理員權限、就餐指引及有關參數的設置。使用者進行驗證登錄后，可根據相應的權限，使用相應的功能設置。管理員也可以按照所賦予的不同權限進行相應的管理操作。

菜品管理功能模塊：膳食服務的管理一個相當重要的環節就是菜品的管理，作為匯聚眾多菜品信息的地方，該系統需要更加便利和高效地完成對各類菜品信息的增刪改操作，顧客用戶也可以根據自己偏好增刪自己的菜單。

數據挖掘處理模塊：該模塊是整個系統的關鍵核心模塊，主要是對管理服務工作的決策支持和為顧客提供更加周到的個性化服務。通過挖掘分析所得到的相關信息，可以對食堂管理提供參考依據，也對顧客提供一定的用餐參考。

系統查詢瀏覽模塊：該系統包括菜品信息檢索查詢，包括菜品的特色、營養信息、服務窗口等。由于不同的菜品對不同的客戶需求都不一樣，所以顧客可以通過關鍵詞或者各服務商提供的菜品名稱進行查詢。

4.2 總體設計

根據調研分析得到的需求情況，結合當前社會對網絡的使用已經比較普遍，膳食服務系統的設計采用B/S結構。在此種模式下，作為管理者和使用者，均可借助瀏覽器進入系統，而且無須額外安裝軟件，無論是便利性和經濟性方面都比較理想。

鑒于學校食堂都是接入校園網為基礎的，而校園網內部一般是由服務器、計算機終端、數據庫及相關互通互聯設備組成，因此系統網絡分布的設計如圖1所示。

膳食服務系統的架構設計參照當前比較成熟的模式，分為表示層、邏輯層和數據層三個層次。系統的架構設計如圖2所示。

第一層是表現層。該層是人機交互界面，主要是面向顧客用戶的應用單元，通過終端瀏覽器，可以輸入并獲取相應的數據信息。

第二層是邏輯層。該層主要系統的核心部分，旨在為客戶和管理者的需要提供計算支持，負責計算和處理數據信息，完成相應的邏輯判斷等。

第三層是數據層。該層是主要是實現數據的存儲、管理和維護等。

4.3? 數據挖掘流程設計

數據挖掘是按照一定的規則對大量數據進行計算分析的過程。在這個過程中，一般會涉及若干個步驟相互進行。當然，數據挖掘領域的不同，數據的來源和運算法則會有相應的差異，因此相應的流程也會有所差別。一般來說，數據挖掘過程主要包括以下幾個方面：1）確定對象2.）選擇模型3）數據預處理4）結果分析5）知識應用。其流程圖如圖3：

根據數據挖掘一般流程，結合食堂業務實際，膳食服務系統的數據挖掘功能流程設計如圖4所示：

5膳食服務系統的實現

根據需求分析和設計，膳食服務系統的主要功能模塊和關鍵代碼描述如下：

1）餐廳信息。實現餐廳的特色介紹，包括餐廳名稱、法人信息、餐廳簡介、餐廳鏈接地址和餐廳入駐時間等。其實現的關鍵代碼為：

2）用戶權限設置。實現角色管理，對用戶進行添加或刪除，并根據實際情況需要給予相應的權限分配。其實現的關鍵代碼為：

3）顧客類型管理。實現對顧客類型進行管理，可以按照學生、教職工、駐校工作人員及外人臨時人員等進行區分，從而實現相應的管理差別。其實現的關鍵代碼為：

）菜品管理。實現對菜品信息進行設置和維護，包括對菜品信息如：條形碼、名稱、類型、所在店面、價格、供應信息、操作員信息等進行瀏覽、添加、刪除和修改等。其實現的關鍵代碼為：

5）信息查詢。實現對菜品主要信息的便捷查詢，可以根據條形碼、菜品類型、菜品名稱、菜品所在店家等不同條件進行查詢。其實現的關鍵代碼為：

6 膳食服務系統中數據挖掘模塊的設計

數據挖掘的重要特征就是根據給定的數據集合，按照相應的規則，挖掘出潛在的規律或趨勢。在顧客服務領域里，相當廣泛的一點應用就是，根據用戶的歷史行為，計算出顧客的偏好，并根據客戶的特點給出相應的信息支持。其實類似的案例在我國著名的電商平臺如：淘寶、京東等均有使用，只是具體的細節規則有所差別而已。因此，本文案例采用類Apriori算法對相關的顧客數據進行挖掘，借鑒姜攀等人關于旅游空間數據分析的有關思路，我們可以假定系統中的顧客數據分布在多維度的子空間，同一空間的兩組顧客數據關聯度越大，那么說明其數據的關聯性就越強。而對于不同空間的數據，則可根據子空間之間的關聯度進行確定，從而制定挖掘的規則。

設計系統中顧客數據子空間的維度為Z，先對分布在不同空間的數據集合進行挖掘，用S表示子空間的矩陣，子空間矩陣S則表示為：

假定分布于不同子空間Si（i）和Sk（k）的顧客數據集為Xi和Xk，D（i，k）表示數據集之間的歐幾里得距離，由此分布于不同子空間的數據集的挖掘公式可以表示為：

其中為相關挖掘因子，P表示挖掘的頻率。

對于分布在同一空間的顧客數據來說，可根據數據集的關聯度來進行區分。根據上式（1）、（2）可以得出F1，F2，根據F1，F2得出同一空間的關聯因子：

由（3）式可以求得顧客數據集的關聯因子，從而得出分布于同一子空間數據集的挖掘算法為：

我們把空間Si 中的顧客數據集的關聯度限定值設定為L（X），當關聯因子的值大于L（X）時，則數據集的關聯度較強，顧客數據集的區分算法可以表示為：

相反地，如果關聯因子的值小于L（X）時，則關聯度較弱，其數據集的區分算法表示為：

根據膳食服務系統數據挖掘流程設計，采用概率估算的方式對顧客數據的挖掘頻率進行計算，其估算的算法表示為：

為了更進一步提高顧客數據的挖掘精度，在（9）式算法的基礎上，引入挖掘因子λ，λ∈（0，1），為了更好控制挖掘中預期和實際的誤差，引入系數ξ，則其算法表示為：

7 系統測試結果

本文研究結果在H市技師學院第一食堂進行了初步測試，參與測試師生為各系部班級自愿代表。從測試結果來看，該系統運行狀態總體良好，師生反饋界面友好，便于操作。其中系統響應和載荷情況均比原系統即現行系統有了較大提升，具體情況如圖5。

8 結束語與展望

隨著當今人們生活條件的改善，對各類服務的要求也日益增高。本文在對當前H市技師學院食堂信息化建設進行調研的基礎上，提出并實現了一套基于數據挖掘技術理念的膳食服務系統。運行結果反饋，該系統能夠更好服務師生，為師生提供更好的服務體驗。當然，在系統推進的過程中，由于人力資源、能力條件、時間局限等因素，系統的建設和優化上仍然有很大改進的空間。如：系統運行的速度，挖掘的精度，數據量較大時如何采用多算法并行處理以進一步提高系統效能等。

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【通聯編輯：李周】