一種基于Python的圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)

熊 輝，陳家豪，劉永樂，王晨陽，陳蘭麗，，孫建冬

（1.重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 401120；2.湖北理工學(xué)院，湖北 黃石 435003；3.湖北師范大學(xué)，湖北 黃石 435000）

大學(xué)圖書館良好的學(xué)習(xí)環(huán)境是學(xué)生喜愛到圖書館自習(xí)的主要原因之一。隨著大學(xué)的擴招，圖書館自習(xí)室座位資源與學(xué)生的供需矛盾越來越突出，占座的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重[1]。圖書館占座就是在別人去之前一個人占用一個或者多個座位，并且在所占的桌子或者椅子上放著一個物件以表示該座位已經(jīng)被占用。尤其是各種考試前夕，圖書館自習(xí)室便成為了學(xué)生密度最高的地方之一。大多數(shù)國內(nèi)高校目前的解決方案是周期性清理圖書館座位。這樣的方案表面上可以解決使用座位的矛盾，但是自習(xí)室座位的使用率仍然很低。學(xué)生占座后，由于上課與作息時間的需要，座位還是長期處于空座，這樣也會使沒有占到座位的同學(xué)覺得不夠公平。

因此，圖書館如何合理地分配座位，如何高效地使用座位資源，如何建立一個公平合理的自習(xí)室管理制度，成為各大高校亟需解決的問題。

1 圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國對圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)已經(jīng)有了較多的研究[2]。當(dāng)前，在圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)的研究，主要分為以下3個方面：（1）基于人工的圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)。這種的管理方式容易導(dǎo)致自習(xí)室座位使用效率較低，而大多數(shù)學(xué)生得不到自習(xí)室座位。（2）基于C/S構(gòu)架或B/S的圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)使用廣泛，但是要求有較好的系統(tǒng)分析基礎(chǔ)，開發(fā)成本較高。（3）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)[3]。嵌入式技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與校園信息化技術(shù)相結(jié)合，是未來圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)的研究發(fā)展方向。但是現(xiàn)在技術(shù)不夠成熟，軟硬件開發(fā)難度大，成本高。

2 基于Python的圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)開發(fā)

2.1 Python前后端框架的特點

Python是一個結(jié)合了編譯性、互動性、解釋性和面向?qū)ο蟮哪_本語言。Python具有很強的可讀性，相比其他高級程序語言，其語法結(jié)構(gòu)更有特色[4]。基于Python的圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)，方案簡潔實用，成本低廉，運行維護方便。Django是一個Python的網(wǎng)站開發(fā)基本框架[5]，具有豐富的應(yīng)用庫支持，可以將公共工具包轉(zhuǎn)換為個人開發(fā)包，這使得Django具有很大的擴展性。

Vue.js是Python用于構(gòu)建用戶界面的輕量級響應(yīng)式JavaScript（JS）框架[6]。與其他大型框架不同，Vue可以自底向上逐層應(yīng)用。Vue的核心庫設(shè)計只關(guān)注視圖層，不僅易于上手開發(fā)，還便于與第三方支持庫或既有項目整合。另一方面，當(dāng)與現(xiàn)代化的工具鏈以及各種支持庫相結(jié)合使用時，Vue也完全能夠為復(fù)雜的單頁應(yīng)用提供驅(qū)動。

使用前后端分離方式時，所有的靜態(tài)文件將放在靜態(tài)文件服務(wù)器中，向后臺獲取數(shù)據(jù)需要通過各個應(yīng)用程序接口（API）進行。前端在每一個頁面需要通過特殊的API對后端的數(shù)據(jù)實現(xiàn)特定的增、刪、改、查等操作，保證數(shù)據(jù)和操作執(zhí)行的可靠性和安全性。

2.2 系統(tǒng)角色分析

為了保證圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)的順利開發(fā)，要對系統(tǒng)的使用者進行角色的劃分，從技術(shù)的可行性分析出不同角色的流程，并分析不同角色不同功能。

圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)的使用者可以劃分為2類：圖書館管理員與使用自習(xí)室的學(xué)生。在圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)中，管理員充當(dāng)系統(tǒng)維護角色，負責(zé)維護系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)與環(huán)境管理。管理員的主要權(quán)限有以下幾點：（1）圖書館自習(xí)室的座位信息查詢。可以直接看到各個自習(xí)室的使用情況，對應(yīng)的座位號是否被使用等。（2）學(xué)生的狀態(tài)查詢。通過學(xué)號可以看到每個學(xué)生的使用狀態(tài)，學(xué)生是否在學(xué)；學(xué)生使用的自習(xí)室與座位號；學(xué)生的賬號是否被禁止學(xué)習(xí)等。（3）查看學(xué)生的信息。可以看到學(xué)生的基本信息、借閱情況等。（4）監(jiān)督與處罰。管理員對座位使用情況進行監(jiān)督。如座位被使用而座位上沒人，可以對其使用者進行禁止學(xué)習(xí)操作。（5）恢復(fù)學(xué)生使用。如果學(xué)生反省自己錯誤，可以通過學(xué)號恢復(fù)學(xué)生對系統(tǒng)的使用權(quán)。

學(xué)生的服務(wù)與權(quán)限如下：（1）系統(tǒng)登錄。通過學(xué)號與密碼登錄圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)。（2）個人信息查詢。只能看到自己的基本信息、學(xué)習(xí)狀態(tài)與座位是否被禁用。（3）座位查詢。可以看到每一個自習(xí)室的使用情況、座位使用情況。（4）座位辦理。通過手機App或者電腦網(wǎng)頁，辦理正常的入座與退座。

2.3 系統(tǒng)流程分析

圖書館自習(xí)室的管理核心是可以保證自習(xí)室座位的高效使用，以免浪費座位資源。另外，還要維護良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，保證自習(xí)室的安靜、座位的整潔以及公共衛(wèi)生安全。

本系統(tǒng)從學(xué)生與管理員的登錄開始，實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。基本流程如圖1所示。

圖1 圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)基本流程圖

（1）學(xué)生使用圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)，先使用自己的學(xué)號與密碼登錄管理系統(tǒng)，隨之可以查看各個自習(xí)室的座位使用情況。如果是空座，那么學(xué)生可以通過點擊座位來選擇入座，如果不是空座則無法點擊。退座的過程也需要學(xué)生確認是否退座。使用座位的過程中，所占的座位會從空座變成被選用。所以各個座位就不會引起使用的沖突。

（2）管理員從登錄頁面開始進入系統(tǒng)，需要維護圖書館自習(xí)室的學(xué)習(xí)環(huán)境，不能允許被使用的座位上沒有學(xué)生在學(xué)習(xí)。所有每個管理員有著監(jiān)督與懲罰的權(quán)限，可以禁止學(xué)生使用座位，同時也可以恢復(fù)學(xué)生對座位的使用權(quán)。

3 圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是一個系統(tǒng)的核心部分，數(shù)據(jù)庫的安全是最重要的，必須能保證用戶的信息安全和隱私安全。本系統(tǒng)選擇MySQL數(shù)據(jù)庫來儲存用戶的使用數(shù)據(jù)，采用目前最穩(wěn)定、高效、安全的MySQL 5.7版本。

數(shù)據(jù)庫需要系統(tǒng)角色的劃分，根據(jù)角色特點編寫合適的字段，以便使用時查找與調(diào)用。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計較簡潔，學(xué)生和管理員相同，有學(xué)號（工號）、名字、密碼等字段。為查詢學(xué)生是否被禁止學(xué)習(xí)，給出1個can_study布爾值字段；為顯示學(xué)生是否在學(xué)習(xí)中，給出1個in_study的布爾值，如果正常入座、退座則會改變這個字段；為記錄學(xué)生所用的座位號，給出1個字符串的字段seat_info。自習(xí)室的座位是1個model，需要多次實例化才能得到多個座位。它包含2個字段，1個是讓前端知道座位是否被占用的布爾值字段is_user，還有1個字符字段顯示當(dāng)座位被使用時同學(xué)的學(xué)號。

3.2 前后端分離設(shè)計

本系統(tǒng)采用基于Vue.js前端框架和Django后端框架結(jié)合的前后端分離架構(gòu)設(shè)計。前后端分離的開發(fā)，是指前后端工程師約定好數(shù)據(jù)交互接口，并行地進行開發(fā)和測試。前端通過HTTP請求獲取數(shù)據(jù)并負責(zé)將數(shù)據(jù)渲染到頁面上；后端只提供數(shù)據(jù)，不負責(zé)將數(shù)據(jù)渲染到頁面上。主要優(yōu)點包括以下幾點。

（1）提升開發(fā)效率。前后端分離以后，可以實現(xiàn)前后端代碼的解耦，只要前后端溝通約定應(yīng)用所需接口以及接口參數(shù)，便可以開始并行開發(fā)，無需等待對方的開發(fā)工作結(jié)束。（2）增強代碼的可維護性。前后端分離后，應(yīng)用的代碼不再是前后端混合，只有在運行期才會有調(diào)用依賴關(guān)系。（3）支持多終端和服務(wù)化架構(gòu)。前后端分離后，同一套數(shù)據(jù)接口可以為不同的終端提供服務(wù)，更有助于打造多終端應(yīng)用。

3.2.1 前端設(shè)計

圖書館自習(xí)室管理系統(tǒng)的使用者只有圖書館管理員和使用自習(xí)室的學(xué)生，因此系統(tǒng)前端設(shè)計簡單清晰。當(dāng)使用者訪問系統(tǒng)時，直接出現(xiàn)登錄界面，如果不進行登錄則無法訪問首頁，也無法看到圖書館的基本信息、自習(xí)室座位等信息。系統(tǒng)設(shè)置了一個攔截器程序，攔截沒有登錄的用戶，避免無關(guān)人員進入系統(tǒng)。登陸后，頁面會依次展示圖書館的簡介、圖書館的開館時間等信息。通過點擊登錄界面的選擇欄可以跳轉(zhuǎn)到個人中心，或者查看各個圖書館自習(xí)室。學(xué)生有自己的個人中心，而管理員可以登錄管理學(xué)生中心頁面。當(dāng)用戶注銷后，網(wǎng)頁自動跳轉(zhuǎn)到需要登錄的頁面，同時清空使用者的使用信息。

3.2.2 后端設(shè)計

為了方便開發(fā)，使用Django自帶的后臺管理程序。在Django項目中的admin.py文件中注冊需要被管理的Model。屬性設(shè)置如下：

使用超級賬號訪問“http：//127.0.0.1：8000/admin/”網(wǎng)站管理后臺數(shù)據(jù)，后臺管理包括學(xué)生管理、座位管理和管理員身份創(chuàng)建。

3.3 用戶登錄模塊

登錄模塊用來識別用戶，對用戶的權(quán)限進行判定。因管理員和學(xué)生登錄身份不同，模塊提供了2個登錄按鈕。為了讓前端區(qū)分出是學(xué)生身份還是管理身份，本系統(tǒng)使用了Vue框架中的Vuex組件，它可以將關(guān)鍵數(shù)據(jù)存在內(nèi)存中，后面開發(fā)模塊使用不同功能，系統(tǒng)可以從內(nèi)存中調(diào)出身份來區(qū)分。登錄成功后頁面會跳轉(zhuǎn)至首頁，如果學(xué)號（工號）或者密碼錯誤則會回饋給前端相應(yīng)的信息。

3.4 入座與退座功能模塊

在座位分配的問題中，系統(tǒng)使用分頁的功能來實現(xiàn)不同自習(xí)室座位的管理。學(xué)生選擇不同的自習(xí)室去訪問不同的座位號碼，就可以得到屬于相應(yīng)自習(xí)室的座位。入座前需要判斷該學(xué)生是否可以使用該系統(tǒng)、操作者是否是學(xué)生、是否已經(jīng)使用了1個座位等。經(jīng)過一系列的判斷后，則可以通過AJAX（Asynchronous JavaScript And XML）向后臺請求入座操作。Vue前端將入座者信息、座位信息傳遞給Django框架后臺，經(jīng)過2個AJAX的“PATCH”請求則完成入座，將學(xué)號信息賦予所選座位，同時把座位信息賦予“個人信息”的“座位號”，學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)改為“學(xué)習(xí)中”，被使用的座位狀態(tài)也被改為“使用中”。入座成功后，程序中相應(yīng)的字段會改變，而系統(tǒng)應(yīng)用界面也會隨之跳轉(zhuǎn)到學(xué)生“個人中心”頁面。

如果學(xué)生學(xué)習(xí)完畢，從“個人中心”點擊“退出學(xué)習(xí)”，需要2個AJAX的“PATCH”請求來改變學(xué)生與座位的字段信息，即座位信息復(fù)原。點擊頁面右上角的“注銷”便可以退出系統(tǒng)，內(nèi)存中清除使用者的信息，頁面也會隨著跳轉(zhuǎn)到登錄頁面。

3.5 禁止與恢復(fù)學(xué)生對座位的使用功能

管理員維護自習(xí)室的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高座位的使用率。對于占著座位卻發(fā)現(xiàn)座位上沒人的情況，管理員有權(quán)限去禁止這個學(xué)生再次使用該座位。若管理員發(fā)現(xiàn)某座位被使用而座位上卻沒有學(xué)生，可以點擊這個學(xué)號進入管理頁面。為了保護學(xué)生的個人隱私，系統(tǒng)設(shè)定學(xué)生之間不能查看彼此的“個人中心”。因此，前端設(shè)定為只有管理員才可以點擊學(xué)號跳轉(zhuǎn)到特定的學(xué)生管理頁面，可以清楚看到該學(xué)生的基本信息。頁面上設(shè)置搜索框，管理員可以通過學(xué)號來搜索特定學(xué)生。頁面底部設(shè)置了“禁止學(xué)習(xí)”按鈕，點擊可以直接禁止這個學(xué)生使用該座位。點擊后這名學(xué)生的“能否學(xué)習(xí)”字段已被改變，該學(xué)生依然可以登錄這個系統(tǒng)查看每個座位的使用情況，但是無法入座。學(xué)生若反省自己的行為，可以向管理員申請恢復(fù)自己賬號使用。管理員恢復(fù)某個學(xué)生的賬號使用，需要用學(xué)生學(xué)號通過搜索框查找這個學(xué)生。

該查詢操作通過Vue前端AJAX的“POST”請求向后臺發(fā)送學(xué)號，后臺以這段字符串為索引，在數(shù)據(jù)庫中查詢，成功后返回該學(xué)生的信息。Django框架后臺代碼如下：

4 結(jié)束語

高校圖書館自習(xí)室反映了一所大學(xué)的學(xué)習(xí)氛圍，也是學(xué)校圖書館管理水平的體現(xiàn)。基于Python開發(fā)的圖書館座位自習(xí)管理系統(tǒng)，界面簡潔，穩(wěn)定性好，開發(fā)維護成本低。該系統(tǒng)為學(xué)生提供必要的座位資源服務(wù)和圖書館管理功能。應(yīng)用程序采用先進的管理員權(quán)限管理功能，可以較好解決圖書館“占座”現(xiàn)象，提高座位資源利用效率，提升圖書館服務(wù)質(zhì)量。