桂電新生智慧校園服務(wù)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

張怡萱，陳光喜，蔣意堅，陳煜坤

（桂林電子科技大學(xué)，廣西桂林，541004）

0 引言

該項目開發(fā)的服務(wù)于桂電新生Android和雙平臺的智慧信息服務(wù)軟件“新生智慧校園服務(wù)平臺”，有以下幾個主要模塊：基于人工智能算法的“選課指導(dǎo)”構(gòu)建論壇模塊、使用Unity3D并接入高德地圖API的“校園導(dǎo)航”模塊、由智能算法進(jìn)行分析推送的“日常攻略”模塊、提供入學(xué)常識的“新生專區(qū)模塊”、導(dǎo)入校園要聞，幫助新生了解學(xué)校的“校園記事”模塊以及通過智能算法對學(xué)生喜好進(jìn)行預(yù)測分析和推送的“商家服務(wù)”模塊。

1 項目背景

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，社會信息化程度逐步提高，智能化和信息化的概念走入校園。但目前大部分高校數(shù)字化資源存在信息分散，缺漏，獨立等缺點，導(dǎo)致學(xué)生無法充分高效地利用好已有信息。如何匯集和補充獨立的信息資源并智慧地利用，同時整合成一個統(tǒng)一的接入平臺成為了很多高校亟待解決的重要問題之一。并且隨著人工智能領(lǐng)域不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)集成分析以及大數(shù)據(jù)時代的降臨，促使計算機不斷向著更加智慧的方向發(fā)展，此時基于Web開發(fā)一款綜合性智慧信息服務(wù)平臺軟件便是尤為重要。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案與實現(xiàn)

本項目基于桂林電子科技大學(xué)，由項目組開發(fā)一款針對桂電新生的智慧校園服務(wù)平臺。平臺可以實現(xiàn)信息的傳遞、獲取和交流，且融合了商務(wù)推薦、情景可視化、交流論壇等功能，并集成以往孤立的高校數(shù)字化資源，成為一個統(tǒng)一的智慧接入平臺。平臺為單入口單出口式，能夠最大限度利用資源服務(wù)廣大新生。加上人性化的交互界面，方便新生更好更快融入校園生活。項目的具體實施方案將主要在以下幾個方面：

（1）用戶界面

web端主要采用HTML標(biāo)簽結(jié)合CSS樣式布局前端頁面，通過JavaScript實現(xiàn)網(wǎng)頁動態(tài)效果。網(wǎng)頁按照head-bodyfooter的縱向模式進(jìn)行設(shè)計，各頁面風(fēng)格保持一致。

（2）地圖導(dǎo)航

在Unity3d上構(gòu)建建筑物及場景3D模型。其中室內(nèi)導(dǎo)航需通過硬件設(shè)備（藍(lán)牙布點設(shè)備）進(jìn)行定位，而室外定位需要獲取兩個坐標(biāo)點。一個是使用高德地圖API進(jìn)行坐標(biāo)拾取，再導(dǎo)入自定義地圖實時更新定位信息，并與后臺SQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，之后通過后臺數(shù)據(jù)庫更新Unity3d中用戶點位置坐標(biāo)。同樣用戶選擇目標(biāo)點，從數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出位置坐標(biāo)標(biāo)記在模型上。這樣確定兩個點位置坐標(biāo)后利用Unity3d中NavMeshObstacle組件生成自動導(dǎo)航路線，通過DrawLine將引導(dǎo)線可視化，再添加First Person Controller于用戶所在點來進(jìn)行第一人稱視角控制（或者改為添加Third Person Controller實現(xiàn)第三人稱視角控制）從而實現(xiàn)可視化與交互性極高的3D實景地圖導(dǎo)航。

（3）用戶信息交互

用戶操作流程為：啟動—登錄界面—認(rèn)證—主界面—選擇功能—獲取數(shù)據(jù)，此處選用了開源且速度快的MySQL主從服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。我們選擇基于瀏覽器制作網(wǎng)站從而構(gòu)建Web客戶端。網(wǎng)站前端通過HTML5進(jìn)行設(shè)計，后臺框架使用 SSM 框架（Spring、Spring MVC、MyBatis）。網(wǎng)站后臺使用WebAPI模型作為服務(wù)器端，并采用具有三層模式的Browser/Server結(jié)構(gòu)（即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)），利用JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)流入交互。當(dāng)Web客戶端向服務(wù)器端發(fā)起請求時，Web服務(wù)器端快速響應(yīng)，與數(shù)據(jù)庫交互并獲取數(shù)據(jù)后，向客戶端返回請求數(shù)據(jù)。若用戶想要進(jìn)行信息交互（話題發(fā)布等）需驗證登錄，即將用戶名密碼發(fā)送至服務(wù)器端校驗，若該用戶存在則返回確認(rèn)信息。除開這種傳統(tǒng)驗證還可以使用第三方驗證登錄模式，比如手機加短信驗證，QQ登錄等。該用戶信息可由客戶端保存至SharedPreference類里，這樣就不需要重復(fù)登錄了。

選課指導(dǎo)包括一級索引—學(xué)院、二級索引—專業(yè)、三級索引--課程類別等等，同時存儲學(xué)院、專業(yè)、課程名、課程代碼及對應(yīng)教師等屬性，為每門課提供選課指導(dǎo)、教學(xué)反饋等信息。

商家服務(wù)主要包括商家名、地址、銷售商品及價格、菜品評分等信息，再實現(xiàn)分級索引，逐級細(xì)化再結(jié)合用戶常點菜品為用戶推送匹配菜品。

用戶信息包括注冊的信息，如用戶名、密碼、手機號等。

圖1 客戶端與服務(wù)端數(shù)據(jù)庫關(guān)系（MVC模型）

其中使用到的MVC模型是一種使用Model-View-Controller設(shè)計創(chuàng)建 Web 應(yīng)用程序的模式。

MVC分層有助于管理復(fù)雜的應(yīng)用程序，同時也簡化了分組開發(fā)。不同的開發(fā)人員可同時開發(fā)視圖、控制器邏輯和業(yè)務(wù)邏輯。

（4）智能交互

圖2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化框圖

通過獲取用戶的信息存儲數(shù)據(jù)及本地瀏覽信息，得到原始的數(shù)據(jù)，之后對數(shù)據(jù)進(jìn)行特征構(gòu)建，包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)合并和數(shù)據(jù)特征結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)清洗主要對一些錯誤信息進(jìn)行清洗，比如數(shù)據(jù)傳輸不當(dāng)導(dǎo)致的亂碼等。清洗過后即數(shù)據(jù)合并。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化處理，也是根據(jù)特征進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，比如歸類用戶對某項信息的檢索持續(xù)時間，檢索次數(shù)等存儲到數(shù)據(jù)庫中。之后對信息進(jìn)行篩選，我們已知item—based協(xié)同過濾算法在計算用戶對一個物品的興趣時十分經(jīng)典（默認(rèn)用戶對物品打分均為1）。先構(gòu)建物品的同現(xiàn)矩陣而后利用公式：

將預(yù)測評分排序，取topN對應(yīng)的物品推薦給用戶從而進(jìn)行信息的智能推送。作為協(xié)同過濾算法，Slope One也有著稀疏性，擴展性，冷啟動問題。同時，如何實現(xiàn)增加一個商品而重新進(jìn)行推送也是一個亟待解決的問題。對此，本項目針對冷啟動問題，先通過用戶的基礎(chǔ)信息（年齡，性別等）找到同類用戶集，系統(tǒng)計算同類用戶級對某個項目的平均評分即為新用戶的初始評分。針對稀疏性問題，利用IBCF思想，認(rèn)為用戶對類似項目有相同的的意見，即用戶偏好可由用戶的歷史模式看到。至于擴展性問題，平臺規(guī)模較小，受影響程度不大，不置以考慮。而大量的校園數(shù)據(jù)，也代表著有統(tǒng)計回歸的用武之地，最經(jīng)典的邏輯回歸（Logistic Regression）分析算法可以預(yù)測一些有用的信息，其用于兩分類問題（即輸出只有兩種）。它需要先找到一個預(yù)測函數(shù)（h），顯然，該函數(shù)的輸出必須是兩個值（分別代表兩個類別），所以利用了Logistic函數(shù)（或稱為Sigmoid函數(shù)），其對應(yīng)的函數(shù)圖像是一個取值在0和1之間的S型曲線。此時暫時考慮影響因素為線性的。通過推導(dǎo)算法得：

由于邏輯回歸模型是一個經(jīng)驗訓(xùn)練性模型，前期我們已有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、特征值提取的步驟，此時很快就能得到部分需求預(yù)測的數(shù)據(jù)。

（5）校園信息

若獲得學(xué)校校組織授權(quán)，以HTML5構(gòu)建良好的UI界面，通過直接訪問學(xué)校及校組織相應(yīng)管理部門的數(shù)據(jù)庫，對其緩存，并解析分類其信息放在不同板塊顯示動態(tài)傳遞校園信息。用HTML5構(gòu)建測試服務(wù)系統(tǒng)頁面，與小型本地數(shù)據(jù)庫連接，動態(tài)考察，統(tǒng)計新生的入學(xué)概念掌握。