基于大數據技術的高校輕量級財務系統設計

摘 要：針對傳統高校財務系統存在運行效率低、運行成本高以及運行性能不穩定等問題，本文設計了一種基于大數據技術的高校輕量級財務系統。結合業務層、技術層及數據層的工作原理對系統電路和編碼器等硬件進行優化，并引入決策樹擬合構建財務管理關系模型，對高校財務數據進行交叉驗證，由此完成了軟件設計。系統測試表明，與傳統財務系統相比，本系統實現了對高校財務數據的實時監控與有效挖掘，在運行效率、運行成本以及運行性能等方面均具有顯著優勢，對提高高校財務管理水平具有積極意義。

關鍵詞：大數據；高校財務系統；輕量級；關系模型

中圖分類號： F 27 文獻標志碼：A

作為我國社會經濟發展的重要戰略指導方向，“創新驅動”離不開財務系統的有效輔助。目前，多數高校已有智能財務系統，在一定程度上成為高校正常運轉的必要組成部分。作為現代高校發展的趨勢，數字化已成為重點推進工作，為提高工作效率、實現數字化建設目標提供了支持[1]。而作為高校數字化建設過程中的核心，財務系統設計儼然成為當下所關注的重點。我國學界對高校財務系統方面的研究較多，例如趙男男[2]提出一種基于改進C4.5算法的高校財務系統，對原始財務數據進行預處理，降低數據屬性的冗余性；胡歐哲等[3]提出設計一種基于OCR技術的高校財務管理系統，實現了信息化建庫管理，使財務安全管理效率得到提高。綜合文獻可知，雖然目前系統具有一定應用性，但是仍存在部分問題，例如缺少統一串口，導致運行效率低；海量數據未得到利用，無法起到管理作用。因此，依托大數據技術思想，本文設計了一種高校輕量級財務系統，試驗證明，與傳統財務系統相比，本系統能夠顯著提升運行效率、運行成本以及運行性能，具有良好的推廣價值。

1 整體設計

系統采用大數據技術實現了財務職能與決策管理等相關應用。在系統中，主要功能集中在數據收集、數據萃取以及數據分析等領域，通過這些功能，高校可以得到一個具有良好擴展性的財務平臺。從技術層面來看，系統整體設計采用了基于面向服務技術（Service Oriented Architecture，SOA）的輕量級SQLite數據庫。系統架構利用SOA思想，從業務層、技術層以及數據層3個方面切入，構建一系列規則來約束架構過程。其中，根據業務和用戶需要，技術層負責提取整合后的數據，并對這些數據進行深度分析，從而發現隱藏數據規律；財務數據通過技術層處理后進入業務層，該層將批量數據收集和線上數據收集作為核心業務模塊，將數據倉庫作為該層主體；數據層為用戶提供完善的訪問空間，該層通過多類型程序實現了數據查詢工作。由此可見，在業務層、技術層以及數據層的基礎上，系統形成了一個起于數據收集，再經數據挖掘分析，最后到展示的數據流控制系統。

2 硬件優化

2.1 通信電路

因為系統功能外設及內部芯片對電壓需求存在差異，所以需要向系統提供2種不同電壓（3V和5V），并且為了保證斷電后系統能夠正常運行，采用雙電源供電的方式，即額外增加鋰電池供電，由此確保系統的穩定性[4]。通信電路實現了系統硬件與服務器的數據交互，電路采用DART設計，如圖1所示。當單片機發送數據時，控制引腳為高電平，通過TXD發送數據；當單片機接收數據時，控制引腳為低電平，通過RXD接收數據。當自動收發（不用單片機引腳）數據時，數據會自動通過RXD到單片機，當需要發送數據時，自動通過TXD發送出去，即僅需要連接RXD和TXD引腳，不需要用引腳連接RE、DE引腳。

2.2 編碼器

系統設計以混合架構為依據，其原因是系統業務繁雜且變換性較大，各功能需要應對不同場景[5]。在高校財務管理中，高流暢度極為重要，因此響應速度就成為開發重點。選用E6A2光電編碼器進行設計，編碼器工作原理如圖2所示。編碼器通過傳感裝置將輸入信號轉換為電信號，轉換后的電信號經過濾波、放大和數字化等處理，便于后續計算；處理后的電信號被發送到服務器，這些數字信號表示輸入信號在時間與空間上的變化。服務器對這些數據進行分析和處理，并根據控制目標調整輸出信號，以實現期望工作。此外，在編碼項目上，可以設立項目入賬、動態分析以及成本管控等內容，由于編碼器是獨立運行的，因此可以有效實現上述功能。編碼器還附帶許多功能，可以提高高校財務的管理效率和財務管理的應用性[6]。利用高校財務管理系統電路設計并結合編碼器工作原理，進一步完成系統的硬件優化。

3 軟件設計

3.1 構建回歸模型

基于決策樹擬合構建高校財務自變量與因變量之間的關系模型，通過線性回歸對其進行深度分析。因此，為了解2個變量之間具有何種關系，應構建包括n個自變量的線性模型f，如公式（1）所示。

f=ω1+ω2z1+ω3z2+…+ωnzn+k1 " " "（1）

式中：k1為關系模型中的常數項；ωx（x=1，2，3，…，n）為第x個解釋變量zx（x=1，2，…，n）中的回歸系數。

線性回歸模型需要將方差作為常量，同時各個觀測值之間的關系也應互相獨立，殘差項與解釋變量也應處于獨立狀態，且要與正態分布相符合。當構建模型時，通過計算決策樹預估量與方差預估量，實現高校財務管理的線性回歸，預估量e如公式（2）所示。

e=∑（f-ω'1-ω'2z1-ω'3z2-…ω'nzn）2 " " "（2）

式中：f為財務線性模型；ω'x（x=1，2，3，…，n）為財務管理中第x個殘差項zx（x=1，2，…，n）的回歸系數。

方差預估量e（v）如公式（3）所示。

（3）

式中：e為預估量；y為選取指標數；n為自變量數量。

通過決策樹擬合構建自變量與因變量之間的關系模型，測算決策樹與方差的預估量，以此構建財務線性回歸模型。

3.2 分析財務數據

不對高校財務信息進行假設，預測自變量與因變量的線性相關性，在財務數據分析上，采用樣本預估法測試高校財務數據的準確性，同時進行交叉驗證，如公式（4）所示。

（4）

式中：accuracy為預估精度；d為指標數量；λ為指標函數；f為財務線性模型；ωx為回歸系數；zn為解釋變量。

對因變量預估精度來說，通過樣本測試與交叉驗證的方法分析財務數據，隨后計算回歸預估精度，如公式（5）所示。

（5）

式中：accuracy為預估精度；d為指標數量；p為預估因子；f為財務線性模型；ωx為回歸系數；zn為解釋變量。

對財務數據進行交叉驗證后再計算回歸預估精度，以此完成財務數據分析過程。

3.3 設計運算流程

在JSP模式的基礎上，采用輕量級SQLite設計數據庫，由此實現數據庫連接。SQLite能夠簡化操作，使數據庫在功能上更規范。系統運算流程如圖3所示，可以將其概括為5個步驟。1）通過loadclass模式，根據系統數據庫版本將傳入參數設置為Sqlite。2）設定數據用戶名、密碼以及地址等連接，并采用Getconnection（）將參數傳入到系統中。3）通過Gotostatement（）創建對象。4）根據各次返回的next實現數據移動，將數據表與索引關聯在一起，判定返回結果。5）關閉步驟2，其間會產生部分運算損耗，因此在關閉前應完成所有步驟。根據運算流程實現了財務管理步驟與系統軟件設計。

4 系統測試

4.1 試驗參數

為了驗證本系統在運行效率與運行成本等方面的性能，在Simulia仿真平臺上將其與傳統高校財務系統進行比較測試，根據系統驗證試驗設定來確定試驗參數，見表1。

4.2 運行效率

基于試驗參數，2種系統的運行效率試驗結果如圖4所示。由試驗可知，本系統在管理財務數據信息時的運行效率最高，其原因是本系統能夠對財務數據信息進行線性回歸分析，同時可以利用輕量級SQLite減少系統內的數據傳輸量，由此顯著提高系統的運行效率。

4.3 運行成本

比較本系統與傳統高校財務系統的運行成本，結果如圖5所示。由試驗可知，本系統在數次迭代過程中的運行成本始終比傳統高校財務系統低，表明本系統在傳輸財務數據信息的過程中能夠保持較高水平，其原因是本系統在運行時先對財務數據進行分析，從而降低運行成本。

4.4 運行性能

為了進一步驗證系統運行性能，將財務數據分別寫入本系統的SQLite數據庫與傳統高校財務系統的MariaDB數據庫，并在2種數據庫中對客戶端數據進行查詢和檢索等操作。針對數據庫特點進行性能測試，在建立Sharding進程的基礎上測試單線程批量數據寫入，結果如圖6所示。由試驗可知，在相同讀寫次數狀態下，本系統始終保持較短的反應時間，運行性能穩定。

5 結語

綜上所述，為了進一步完善高校內部財務管理制度、持續優化資源配置，本文針對傳統財務系統存在的各類問題設計了一種輕量級財務系統，該系統應用大數據技術，在設計環節使項目入賬、動態分析以及成本管控統一，通過系統軟硬件優化完成了系統整體設計，實現了財務數據的有效管控。試驗表明，系統在運行效率、運行成本以及運行性能等方面具有良好的效果，起到了加強高校財務數據管理效果與便于制定決策的作用，現實意義與應用價值均滿足現實需求。后續可在輕型數據加密與解密方面深入研究，以此不斷改進并完善系統功能。

參考文獻

[1]姚子揚.基于區塊鏈技術的企業財務管理系統設計分析[J].電子技術與軟件工程，2022（18）：213-217.

[2]趙男男. 基于改進C4.5算法的高校財務預警系統設計[J].韶關學院學報，2019，40（9）：26-31.

[3]胡歐哲，張欣.基于OCR技術的高校財務檔案安全管理系統研究[J].武漢理工大學學報（信息與管理工程版），2023，45（1）：160-164.

[4]孫詣來，黃健，侯岱雙.RFID技術在應用型高校固定資產管理中的應用[J].長春工程學院學報（社會科學版），2022，23（3）：49-52.

[5]張驥.基于計算機技術的財務信息管理系統設計[J].貴陽學院學報（自然科學版），2023，18（4）：27-31.

[6]王丹，應晨林，曾薇偉.ERP環境下電子財務會計信息電算化系統設計[J].現代電子技術，2023，46（6）：67-72.