基于BasicSVD算法的在線課程管理推薦系統設計

摘要：為了能夠幫助高校學生修滿學分和課程，達到高校對學生的課程學分的畢業要求，以及更加科學地根據學生需求以及學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，其目的在于簡化修讀學分的自我管理流程，結合學校中的課程大數據以及學生選課情況做出學分管理和課程個性化推薦。

關鍵詞：學分管理;課程管理;推薦系統;BasicSVD;個性化

中圖分類號：TP391 ? ? ?文獻標識碼：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

隨著世界經濟的發展和社會的變革，計算機行業的蓬勃發展，社會上信息化建設發展得越來越快，各行各業都享受著信息化發展帶來的便利，高校中的信息化產物也越來越多[1]。

現如今，高校中的課程越來越多，形式也越來越多樣化，學生會根據專業的培養方案進行選課已達到畢業的要求[2]。但是，復雜的課程往往讓學生們手忙腳亂，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，或者沒有修夠學分導致無法如期畢業。本文提出一種基于BasicSVD算法的課程推薦系統[3]，可以很好地幫助高校學生進行學分管理和課程推薦。

2 系統設計

2.1 系統概要設計

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

2.2 系統用例建模

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

1）管理員用例

管理員主要負責對整個系統的信息審核，主要功能包括：用戶信息修改、添加系統用戶、刪除系統用戶等功能。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、查看學分以及課程推薦等功能。用戶用例圖如圖3所示。

2.3 系統功能分析

系統中最為基礎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號，默認密碼采用的是學生的身份號后六位，并且，我們提供修改初始密碼服務，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，本文所提到的系統必須要有課程查詢功能。每個學院、每個專業和每個年級都有著不同的培養方案，數據庫中需要存儲包括課程名稱、授課教師、開課學期、課程學分等培養計劃信息。

第二，系統根據學生完成課程情況統計畢業所要求的學分，完善用戶基本信息與學業情況。為了方便學生查詢課程信息以及選課情況，本文設計了課程信息查詢接口，學生可以選擇自己已修課程，查詢當前學分修的情況。

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，解決復雜繁多的數據帶來的各種信息干擾等問題。

最后，結合數據挖掘技術，本系統實現了基于大學生興趣的課程推薦模塊，結合學生的個人興趣以及培養計劃，做出合適的課程推薦。

2.4 數據庫設計

數據庫是系統中重要的組成部分，本文所提出的系統中由四張數據庫表構成，分別是：STUDENT，LOG_INFOR，TRAN_PROG，COURESE_SLCT。下面將詳細介紹數據庫設計的過程。設計模式圖如圖5所示。

本文所提出的系統中的數據庫ER圖如圖6所示。

2.5 推薦算法設計

常規的數據中會有一些噪聲、空白信息和冗余信息，這大大影響了推薦系統中的算法效果，導致推薦精度降低[5]。本文提出使用BasicSVD算法簡化數據，去除噪聲，用更小并且更準確的數據集表示原數據集，提取出更有價值的特征。本文所實現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：從數據庫中選取用戶評分構成評分稀疏矩陣[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;

步驟4：取推薦列表中前N項進行推薦，推薦結束。

3 結束語

本文設計了一款基于BasicSVD算法的在線課程管理推薦系統，該系統可以幫助高校學生根據自己的培養計劃選擇適合自己并且推薦感興趣的課程，以達到高校的畢業學分要求。

本文所設計的系統主要包含管理員、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生的實際需求進行建模和系統架構設計。同時本系統緊跟信息時代潮流，使用數據挖掘技術構建系統中的推薦算法模塊，一定程度上實現了智能化，為高校學生提供了便利。

參考文獻：

[1] 婁新燕.基于數據庫的課程管理系統的設計與實現[J].電子質量，2021（6）：45-48.

[2] 黃雄平.GK學院學分制教務管理系統的需求分析與研究[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，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計研究[J].微型電腦應用，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設計方案及實現[J].通信技術，2021，54（5）：1058-1061.

【通聯編輯：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，研究方向為人工智能、大數據。