基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

彭勰

摘?要：創(chuàng)建高校信息管理系統(tǒng)已成為教育領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。傳統(tǒng)高校信息管理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與使用中存在利用率低、運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突與信息浪費(fèi)、不能較好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)兼容與擴(kuò)容等問(wèn)題。鑒于此，為了提升信息傳輸速度，改善信息處理能力，解決數(shù)據(jù)繁雜故障率高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)視角在系統(tǒng)上對(duì)高校信息資源進(jìn)行分布式調(diào)度，結(jié)合高校具體情況設(shè)計(jì)出子系統(tǒng)，隨后通過(guò)ANN算法對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以仿真實(shí)驗(yàn)形式驗(yàn)證系統(tǒng)效果。實(shí)驗(yàn)表明，基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)具有良好的信息處理能力，能夠在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下降低集群總消耗，不僅提高了高校信息管理水平，也實(shí)現(xiàn)高校信息管理系統(tǒng)的系統(tǒng)化與科學(xué)化，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)總目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：ANN算法?高校信息管理系統(tǒng)?SOA?模塊?參數(shù)

中圖分類號(hào)：TN948.61???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design?of?the?University?Information?Management?System?Based?on?the?ANN?Algorithm

PENG??Xie

（Yunnan?College?of?Business?Management，?Anning，?Yunnan?Province，?650304?China）

Abstract：?The?establishment?of?the?university?information?management?system?has?become?a?key?research?direction?in?the?field?of?education.?The?traditional?university?information?management?system?has?the?problems?in?design?and?use，?such?as?the?low?utilization?rate，?data?conflicts?and?information?waste?during?operation，?and?poor?achievement?of?the?compatibility?and?expansion?of?the?system.?In?view?of?these，?in?order?to?improve?the?speed?of?information?transmission，?improve?the?ability?of?information?processing，?and?solve?the?problems?of?the?complex?data?and?high?failure?rate，?a?university?information?management?system?based?on?the?ANN?algorithm?is?designed.?University?information?resources?are?carried?out?distributed?scheduling?on?the?system?through?a?dynamic?perspective，?the?subsystem?is?designed?according?to?the?specific?situation?of?the?university，?then?information?data?is?processed?through?the?ANN?algorithm，?and?the?effect?of?the?system?is?verified?by?simulation?experiments.?Experiments?show?that?the?university?information?management?system?based?on?the?ANN?algorithm?has?the?good?ability?of?information?processing，?and?can?reduce?the?total?consumption?of?clusters?under?the?premise?of?guaranteeing?service?quality，?which?not?only?improves?the?level?of?university?information?management，?but?also?realizes?the?systematization?and?scientization?of?the?university?information?management?system，?and?basically?achieves?the?overall?design?goal.

Key?Words：?ANN?algorithm;?University?information?management?system;?SOA;?Module;?Parameter

將現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用于高校信息管理中，不僅是信息時(shí)代發(fā)展的客觀需求，也是深化高校管理改革的必要舉措。目前，各類型的信息系統(tǒng)不斷出現(xiàn)在高校的教學(xué)、辦公與后勤等各個(gè)方面，許多較為成熟的技術(shù)已得到普遍應(yīng)用。但由于部分原因，高校信息管理系統(tǒng)仍存在一定問(wèn)題，例如：在設(shè)計(jì)初期因設(shè)計(jì)思路不完善導(dǎo)致后期使用出現(xiàn)利用率低；運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突與信息浪費(fèi)；操作系統(tǒng)無(wú)法滿足新環(huán)境下高并發(fā)、高擴(kuò)展、高集成的技術(shù)要求。種種原因?qū)е聶C(jī)房需要大量人力維護(hù)，給管理人員增加了額外工作量。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法（Artificial?Neural?Network，ANN）具有自適應(yīng)以及非線性函數(shù)逼近能力[1]。其容錯(cuò)性較高，可以實(shí)現(xiàn)仿真、預(yù)測(cè)以及模糊控制等功能，是處理非線性系統(tǒng)的強(qiáng)大算法[2]。鑒于此，設(shè)計(jì)了一種基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)，將高校內(nèi)的信息資源進(jìn)行處理與合理分配，不僅解決了高校內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行需求，還改善了服務(wù)器資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)能夠?qū)Ψ?wù)器進(jìn)行合理調(diào)度，有效解決了問(wèn)題，具有較大應(yīng)用價(jià)值。

1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用SOA的底層結(jié)構(gòu)，SOA面向管理者，管理者通過(guò)后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，例如信息查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)入等交互性操作。系統(tǒng)整體分為展示層、管理層、服務(wù)層與數(shù)據(jù)層，如圖1所示。展示層包括管理員界面，使用Json技術(shù)開(kāi)發(fā)；管理層利用Adobe?Flex平臺(tái)，并調(diào)用其功能完成界面設(shè)計(jì)，界面功能主要包括后臺(tái)數(shù)據(jù)處理，信息管理等[3]。服務(wù)層由RIA搭建，該層作為系統(tǒng)整體架構(gòu)的核心，具有不可替代的中間層功能。用戶操作后，服務(wù)器發(fā)出的HTTP請(qǐng)求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終通過(guò)服務(wù)器成功向客戶端傳輸處理后的結(jié)果；數(shù)據(jù)層基于Relational?Database數(shù)據(jù)庫(kù)，提供空間、屬性、數(shù)據(jù)于一體存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)服務(wù)[4]。Relational?Database數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理，當(dāng)接收服務(wù)器處理任務(wù)后，運(yùn)用相關(guān)組件提供功能，實(shí)現(xiàn)提取、分析、計(jì)算、處理各類數(shù)據(jù)。

圖1?系統(tǒng)架構(gòu)

2子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要確定系統(tǒng)功能，本系統(tǒng)的核心功能是高校信息的共享與分類，同時(shí)便于管理維護(hù)[5]。所以，基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)包括諸多子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接，能夠有效進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享。核心子系統(tǒng)包括學(xué)生管理、教師管理、職工管理、綜合查詢、后勤管理、圖書管理、設(shè)備管理、財(cái)務(wù)管理等，具體如圖2所示。

圖2?子系統(tǒng)劃分

因內(nèi)容所限，僅對(duì)財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。根據(jù)高校運(yùn)行實(shí)際所需，財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)劃分為繳費(fèi)與資金管理兩部分。財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)要正常工作就必須有數(shù)據(jù)支撐，例如存款信息、憑證信息、預(yù)算信息等，而這些信息需要維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)[6]。在這些模塊的基礎(chǔ)上，財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)又形成了包括查詢、統(tǒng)計(jì)、審判等功能，如圖3所示。

圖3?財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)

為了對(duì)財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行需求分析，并得出數(shù)據(jù)流圖，如圖4所示。

圖4?財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

3軟件設(shè)計(jì)

3.1模塊設(shè)計(jì)

3.1.1登錄

用戶打開(kāi)界面后加載App.js文件，彈窗提示使用個(gè)人信息，點(diǎn)擊同意后運(yùn)行WxLogin方法，獲得標(biāo)識(shí)Open?ID與版本信息SessionKey，執(zhí)行成功后攜帶Open?ID，使用Get方法調(diào)用API，與后端數(shù)據(jù)開(kāi)始交互，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行判斷并進(jìn)入相應(yīng)頁(yè)面[7]。

3.1.2提交

高校信息管理系統(tǒng)錄入的信息量較大，為了減少代碼量，提升使用效率，可將提交功能放于Eteringinformation文件，各類記錄內(nèi)容通過(guò)EnteringInformation？id=class調(diào)用。將數(shù)據(jù)放于Data內(nèi)，攜帶Open?ID請(qǐng)求后臺(tái)，后臺(tái)處理后反饋結(jié)果。

3.2標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)

在Restful風(fēng)格中，使用資源特定名字作為統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（Uniform?Resource?Identifier，URI），并設(shè)計(jì)與資源特征符合的控制器與模型類[8]。控制器選用Deployment，該設(shè)備能夠有效處理API調(diào)用邏輯；模型類主要用于處理數(shù)據(jù)庫(kù)操作。根據(jù)高校信息涉及數(shù)據(jù)，標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)如表1所示。

3.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)采用ANN算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并提取數(shù)據(jù)特征，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理提供數(shù)據(jù)保障。數(shù)據(jù)分為正常數(shù)據(jù)與異常數(shù)據(jù)，一般標(biāo)記正常數(shù)據(jù)為01，異常數(shù)據(jù)為10，可采用歸一化處理方式，將同序列的數(shù)據(jù)歸一至（0，1）之間，并獲取適用于本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)值。提取網(wǎng)絡(luò)特征作為前置的計(jì)算公式可表示為

在公式中，表示具有數(shù)據(jù)特征的向量，表示數(shù)據(jù)歸一處理后的值，Φ表示提取網(wǎng)絡(luò)激活函數(shù)。通過(guò)計(jì)算得出特征提取網(wǎng)絡(luò)，從而獲取數(shù)據(jù)的特征向量構(gòu)成。通過(guò)ANN算法全方位檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，獲取流量異常信息。在運(yùn)行環(huán)境中提取流量信息，分析其特性并從流量信息中獲取觀測(cè)向量。

4系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

4.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C+，能夠支持面向?qū)ο螅瑫r(shí)具有穩(wěn)定的程序結(jié)構(gòu)。編程工具使用Visual?Studio實(shí)現(xiàn)，用于創(chuàng)建并運(yùn)行下一代程序組件，可管理多類與開(kāi)發(fā)軟件相關(guān)的插入工作，創(chuàng)建與部署安全可靠。隨后即是診療過(guò)程的程序開(kāi)發(fā)，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中使用API接口，同時(shí)還可傳遞參數(shù)。通過(guò)各類界面與程序代碼，將數(shù)據(jù)的錄入、修改、查詢進(jìn)行串聯(lián)，從而形成了信息管理系統(tǒng)。

4.2實(shí)驗(yàn)參數(shù)

數(shù)據(jù)一般為多維數(shù)據(jù)，在改進(jìn)過(guò)程中以距離為基礎(chǔ)，采用數(shù)值型數(shù)據(jù)集。如表2所示，數(shù)據(jù)集包括Mnist、Softmax、Cifar-10，共計(jì)247條數(shù)據(jù)。

將基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)高校信息管理系統(tǒng)進(jìn)行比較，選取聚類純度作為有效性指標(biāo)，聚類純度計(jì)算公式可表示為

式（2）中，為聚類純度；為樣本總數(shù)；為聚類數(shù)；為正確類別；表示聚類數(shù)量；為對(duì)象數(shù)量；為第個(gè)聚類中的樣本；為第個(gè)類別中的真實(shí)樣本。這里的取值范圍為[0，1]，越大表示效果越好，測(cè)試參數(shù)如表3所示。

4.3性能分析

通過(guò)傳輸率與故障率雙指標(biāo)進(jìn)行性能評(píng)估測(cè)試，傳輸率的計(jì)算公式可表示為：

式（3）中，為傳輸率；為數(shù)據(jù)量；為傳輸時(shí)間，誤報(bào)率的計(jì)算公式可表示為

式（4）中，為故障率；為故障樣本數(shù)量；為樣本總數(shù)目。其中，傳輸率越快，故障率越小，表明性能越好。在測(cè)試中，基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)的傳輸率為58%，故障率為0.219%；傳統(tǒng)高校信息管理系統(tǒng)的傳輸率為34%，誤報(bào)率為0.426%。所以，基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)的性能與效果也更為良好。

4.4處理效果

因?yàn)楦咝Ｐ畔⒑Ａ壳乙?guī)模大，對(duì)于高校信息管理系統(tǒng)而言，如何快速準(zhǔn)確查詢信息就格外重要，所以信息查詢時(shí)間與查詢精度能夠衡量高校信息管理系統(tǒng)的處理能力，測(cè)試進(jìn)行了6次信息查詢，每次查詢不同數(shù)量和類型的信息如表4所示。

4.5對(duì)比效果

為評(píng)價(jià)基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用效果，在相同測(cè)試環(huán)境中，選擇A高校的傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)作為比較測(cè)試方法，采用校領(lǐng)導(dǎo)、專家、教師、學(xué)生對(duì)高校信息管理系統(tǒng)應(yīng)用情況進(jìn)行評(píng)分，統(tǒng)計(jì)每種系統(tǒng)的分值情況，結(jié)果如表6所示。對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)所得分值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?yàn)楦咝Ｏ嚓P(guān)人員提供有效服務(wù)，具有良好的信息管理效果。

5結(jié)語(yǔ)

綜上，基于ANN算法的高校信息管理系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試后已在部分高校投入使用，且在教學(xué)管理、注冊(cè)繳費(fèi)以及日常考核中都取得了良好效果。同時(shí)，該系統(tǒng)在具體應(yīng)用中集成了各方有效資源，發(fā)揮了信息管理的核心作用，為高校日常管理提供了精確、及時(shí)、有效的依據(jù)。無(wú)論是業(yè)務(wù)抑或是技術(shù)，都在不斷發(fā)展，因此筆者將對(duì)系統(tǒng)的功能與技術(shù)進(jìn)行總結(jié)與改進(jìn)，從而更好地適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。此外，該系統(tǒng)在具體應(yīng)用時(shí)還存在部分尚待完善的地方，信息終端存儲(chǔ)了各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)，如何用大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析這些數(shù)據(jù)，為決策提供支撐是未來(lái)應(yīng)努力的方向。

參考文獻(xiàn)[1]?徐景彩.智能化學(xué)生管理評(píng)估信息系統(tǒng)構(gòu)建中ANN算法的應(yīng)用研究[J].粘接，2021，45（3）：88-91.