高校學(xué)生體質(zhì)分析和服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、高校學(xué)生體質(zhì)分析和服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：本文以高校學(xué)生體質(zhì)測(cè)試為背景，通過(guò)C#語(yǔ)言和.NET平臺(tái)構(gòu)建了高校學(xué)生體質(zhì)分析和服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了體質(zhì)測(cè)試結(jié)果向?qū)W生和教師的反饋，并提供了對(duì)體測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)計(jì)和深入分析的功能，從而提高大學(xué)生對(duì)體質(zhì)健康的關(guān)注，方便教師在體質(zhì)方面的研究。關(guān)鍵詞：體測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)挖掘；統(tǒng)計(jì)；數(shù)據(jù)庫(kù)引 言 2002年，教育部、國(guó)家體育總局聯(lián)合下發(fā)的學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)(試行方案)及學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)（試行方案）實(shí)施辦法中規(guī)定高校學(xué)生需定期參加學(xué)生體質(zhì)測(cè)試，但目前體質(zhì)測(cè)試（以下簡(jiǎn)稱“體測(cè)”）存在以下問(wèn)題：結(jié)果不能及時(shí)反饋給高校學(xué)生和體育老師。大多數(shù)高校只應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法處理逐年積

2、累的體測(cè)數(shù)據(jù)，沒(méi)有對(duì)隱含在數(shù)據(jù)內(nèi)部的信息進(jìn)行科學(xué)和充分的挖掘。本項(xiàng)目使用B/S(Browser/Server)模式、采用C#語(yǔ)言和.NET技術(shù)、結(jié)合Microsoft SQL Server 2005構(gòu)建的高校學(xué)生體質(zhì)分析和服務(wù)平臺(tái)，將以體測(cè)為中心的服務(wù)集成為體質(zhì)信息門戶網(wǎng)站，滿足大學(xué)生和體育教師在體測(cè)方面的需求。 1 高校學(xué)生體質(zhì)分析和服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì) 1.1 硬件結(jié)構(gòu) 本平臺(tái)使用具有三層結(jié)構(gòu)的B/S模式：第一層是用戶瀏覽器界面，提供用戶與系統(tǒng)的友好交互；第二層是應(yīng)用服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，提供網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)功能；第三層是數(shù)據(jù)服務(wù)器 ,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、訪問(wèn)及其優(yōu)化，是數(shù)據(jù)操作的底層執(zhí)行者。 1.2

3、平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu) 通過(guò)高校學(xué)生和體育教師的需求分析，將用戶分成學(xué)生用戶、教師用戶和管理員用戶，具有不同的權(quán)限。我們從分析和服務(wù)的角度出發(fā)，結(jié)合門戶網(wǎng)站的特點(diǎn)，將本平臺(tái)的功能劃分為以下九個(gè)模塊： （1）登陸注冊(cè)模塊。用戶在登錄之后，平臺(tái)將根據(jù)其權(quán)限提供不同種類的服務(wù)。 （2）體測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊。教師可通過(guò)此模塊將xls格式文件中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，或?qū)⑺枰臄?shù)據(jù)從平臺(tái)中導(dǎo)出形成本地excel文件。 （3）體測(cè)成績(jī)查詢模塊。學(xué)生可查詢自己所有體測(cè)成績(jī)，教師可查詢其負(fù)責(zé)同學(xué)的體測(cè)成績(jī)。 （4）體測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊。教師可根據(jù)需要選擇不同的人群進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變化趨勢(shì)和數(shù)據(jù)對(duì)比。 （

4、5）體測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊。教師用戶可根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、聚類和關(guān)聯(lián)規(guī)則三種方法的分析，結(jié)果以分析報(bào)告或圖表的形式顯示。 （6）體質(zhì)健康指導(dǎo)模塊。此模塊根據(jù)某學(xué)生的體測(cè)成績(jī)和其保存在平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的個(gè)人信息，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的各項(xiàng)體測(cè)成績(jī)?cè)u(píng)定方法和專家建議庫(kù)，發(fā)現(xiàn)該生的體質(zhì)健康問(wèn)題并提供運(yùn)動(dòng)處方。 （7）用戶信息管理模塊。管理員可查看并管理已注冊(cè)的所有用戶的信息。 （8）問(wèn)卷調(diào)查模塊。教師可根據(jù)需要在線編輯、制作問(wèn)卷，可將其發(fā)布供學(xué)生回答，并對(duì)自己發(fā)布的問(wèn)卷進(jìn)行管理；學(xué)生可參加當(dāng)前發(fā)布的問(wèn)卷調(diào)查；管理員可管理所有已存在的問(wèn)卷。 （9）站內(nèi)信息模塊。管理員可發(fā)布和管理站內(nèi)新聞和健康常識(shí)。 根據(jù)以上的

5、模塊功能描述和用戶的不同需求，平臺(tái)的功能架構(gòu)如圖1所示。 圖1 高校學(xué)生體質(zhì)分析和服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)功能架構(gòu)圖 2 高校學(xué)生體質(zhì)分析和服務(wù)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn) 2.1 系統(tǒng)類圖 本平臺(tái)分別實(shí)現(xiàn)了客戶端類和服務(wù)器類。 客戶端類包括：界面顯示類，負(fù)責(zé)網(wǎng)站界面的風(fēng)格設(shè)計(jì)和顯示。數(shù)據(jù)導(dǎo)出類。數(shù)據(jù)導(dǎo)入類。數(shù)據(jù)請(qǐng)求類，是數(shù)據(jù)請(qǐng)求的總體接口。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)請(qǐng)求類，繼承于數(shù)據(jù)請(qǐng)求類，負(fù)責(zé)將接收到的具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)要求提交給系統(tǒng)，并接收系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果反饋給用戶。數(shù)據(jù)分析請(qǐng)求類，繼承于數(shù)據(jù)請(qǐng)求類，負(fù)責(zé)將接收到的具體數(shù)據(jù)分析要求提交給系統(tǒng)，并接收系統(tǒng)的分析結(jié)果反饋給用戶。問(wèn)卷調(diào)查類。注冊(cè)類。登錄類。 服務(wù)器類包括：數(shù)據(jù)提取類，負(fù)責(zé)根據(jù)SQL

6、語(yǔ)句提取數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)快照，并將數(shù)據(jù)庫(kù)快照1下載到用戶本地。數(shù)據(jù)處理類，是數(shù)據(jù)處理的總體接口。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)類，繼承于數(shù)據(jù)處理類，與客戶端的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)請(qǐng)求類連接，負(fù)責(zé)處理用戶提交的統(tǒng)計(jì)要求。數(shù)據(jù)分析類，繼承于數(shù)據(jù)處理類，與客戶端的數(shù)據(jù)分析請(qǐng)求類連接，負(fù)責(zé)處理用戶提交的分析要求。數(shù)據(jù)庫(kù)處理類，負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫操作。 客戶端類圖和服務(wù)器類圖如圖2和圖3所示。 圖2 客戶端類圖 圖3 服務(wù)器類圖 2.2 數(shù)據(jù)方面實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 2.2.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 在服務(wù)器端使用Microsoft SQL Server 2005存儲(chǔ)從excel文件或者數(shù)據(jù)庫(kù)文件導(dǎo)入的數(shù)據(jù)，在應(yīng)用程序中將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)映射到數(shù)據(jù)矩陣RevM

7、atrix，并且通過(guò)訪問(wèn)該數(shù)據(jù)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析功能。 2.2.2 數(shù)據(jù)導(dǎo)入 數(shù)據(jù)導(dǎo)入類由總體接口Input類和其子類構(gòu)成。本平臺(tái)從Input類衍生針對(duì)不同導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件格式的具體數(shù)據(jù)導(dǎo)入類， 針對(duì)Excel、Access、Oracle、SQL Server不同格式衍生ExcelInput類、AccessInput類、OracleInput類和SQLInput類 ，目的是為了便于不同格式的擴(kuò)充和維護(hù)。數(shù)據(jù)通過(guò)這些具體導(dǎo)入類導(dǎo)入到程序中，由數(shù)據(jù)矩陣RevMatrix接收，最后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。目前本平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)ExcelInput類。數(shù)據(jù)導(dǎo)出的實(shí)現(xiàn)原理與數(shù)據(jù)導(dǎo)入相似。 2.2.3 體測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的存

8、儲(chǔ) 體質(zhì)分析需要用到體質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。由于這些數(shù)據(jù)會(huì)隨時(shí)間更新，所以本平臺(tái)采用XML文件來(lái)存儲(chǔ)，利用了XML文件的靈活性和擴(kuò)展性。當(dāng)數(shù)據(jù)更新時(shí)可直接修改XML文件，然后由程序讀入XML文件并利用相應(yīng)的DDT文件進(jìn)行檢查，最后將更新的內(nèi)容寫回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。這種做法避免了由于直接修改數(shù)據(jù)庫(kù)造成的錯(cuò)誤。 2.2.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用 由于本平臺(tái)的業(yè)務(wù)涉及數(shù)據(jù)量大，表查詢分析耗時(shí)較大，尤其當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器負(fù)荷較大時(shí)，程序速率的降低將影響用戶體驗(yàn)。解決方法是：將用戶所需數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)快照并以數(shù)據(jù)庫(kù)文件的形式存儲(chǔ)，然后下載到用戶的本地并斷開(kāi)用戶與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的連接。這樣用戶對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可在本機(jī)執(zhí)行，在一定程度上解決了因

9、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器訪問(wèn)量大而導(dǎo)致的延時(shí)。 2.3 算法方面實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 2.3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果的表示 對(duì)于統(tǒng)計(jì)結(jié)果，平均值和方差的結(jié)果直接用數(shù)字表示，變化趨勢(shì)用折線圖表示，數(shù)據(jù)對(duì)比用柱狀圖或餅狀圖表示。對(duì)于分析結(jié)果，本平臺(tái)給出分析報(bào)告文本，并適當(dāng)?shù)呐c圖示和表格方式結(jié)合，方便用戶理解分析報(bào)告。 2.3.2 數(shù)據(jù)分析的算法 本平臺(tái)利用分類、聚類和關(guān)聯(lián)規(guī)則三種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 分類分析可用于對(duì)現(xiàn)有評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的完善，制定出針對(duì)特定學(xué)生群體的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。本平臺(tái)采用決策樹(shù)方法實(shí)現(xiàn)。決策樹(shù)算法會(huì)分析一組約束的經(jīng)驗(yàn)，即數(shù)據(jù)集。然后對(duì)每個(gè)實(shí)例進(jìn)行正確分類。假設(shè)教師選擇100個(gè)同學(xué)進(jìn)行體質(zhì)評(píng)定，可由評(píng)定結(jié)果

10、得到一個(gè)分類規(guī)則，形成分類器。教師可按照此分類方法對(duì)上述學(xué)生的體質(zhì)水平再次進(jìn)行評(píng)判，或根據(jù)此分類方法進(jìn)行分析得出上述學(xué)生的描述性模型。 聚類分析可用于發(fā)現(xiàn)具有相同體質(zhì)特征的群體的共同特征。本平臺(tái)采用劃分法實(shí)現(xiàn)。劃分法先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)屬性，再把每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象（學(xué)生）看作多維空間中的一個(gè)點(diǎn)，根據(jù)體質(zhì)指標(biāo)的重要程度可以為其賦權(quán)值，然后利用權(quán)值計(jì)算兩個(gè)對(duì)象之間的相似程度。假設(shè)通過(guò)劃分法得到了體質(zhì)測(cè)試不及格的同學(xué)，使用聚類分析研究該群體的其它屬性發(fā)現(xiàn)這類同學(xué)多是來(lái)自農(nóng)村或鄉(xiāng)鎮(zhèn)，說(shuō)明農(nóng)村或鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生的體質(zhì)需要受到重視。 關(guān)聯(lián)規(guī)則分析可用于發(fā)現(xiàn)各體質(zhì)項(xiàng)目之間可能存在的未知關(guān)聯(lián)。本平臺(tái)采用FP-樹(shù)

11、算法（FP-tree）實(shí)現(xiàn)。FP-樹(shù)算法在第一遍掃描之后，把數(shù)據(jù)庫(kù)中的頻集壓縮進(jìn)一棵頻繁模式樹(shù)并保留其中的關(guān)聯(lián)信息，隨后再將FP-tree分化成一些條件庫(kù)，每個(gè)庫(kù)和一個(gè)長(zhǎng)度為1的頻集相關(guān)，然后再對(duì)這些條件庫(kù)分別進(jìn)行挖掘。例如利用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析可得出，跳遠(yuǎn)成績(jī)?cè)?.30米以上的同學(xué)長(zhǎng)跑都比較差，可為教學(xué)和科研提供一定的幫助。 3 結(jié)語(yǔ) 本平臺(tái)以高校體質(zhì)測(cè)試為背景，構(gòu)建了基于.NET的高校學(xué)生體質(zhì)分析和服務(wù)平臺(tái)。此平臺(tái)一方面實(shí)現(xiàn)了體測(cè)結(jié)果向大學(xué)生和相關(guān)負(fù)責(zé)老師的反饋，便利了對(duì)當(dāng)前大學(xué)生體質(zhì)現(xiàn)狀的監(jiān)督和了解；另一方面可指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)鍛煉、增強(qiáng)體質(zhì)，有助于此學(xué)科的老師和研究人員的學(xué)術(shù)研究。具有現(xiàn)實(shí)和學(xué)術(shù)雙重意義。 參考文獻(xiàn)： 【1】黃勇，劉鋒.關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中多維關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的一種新算法.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件.2007（10）：1-3 【2】孫衛(wèi)等.基于聚類的體質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的只是發(fā)現(xiàn).計(jì)算