唐崇華

(鞍山師范學(xué)院 管理學(xué)院,遼寧 鞍山 114007)

當(dāng)前，高校專(zhuān)業(yè)教育的重點(diǎn)是提高大學(xué)生的實(shí)踐能力、階梯式培養(yǎng)大學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐技能、引導(dǎo)學(xué)生的技術(shù)發(fā)展和專(zhuān)研方向、提高大學(xué)生的專(zhuān)業(yè)自信和競(jìng)爭(zhēng)能力.教育者需要及時(shí)了解學(xué)生實(shí)踐技能的掌握程度，以調(diào)整教育教學(xué)方案，學(xué)生需要適時(shí)對(duì)自己的實(shí)踐技能進(jìn)行評(píng)估，以衡量自身的專(zhuān)業(yè)水平問(wèn)題.

1 系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是提供一個(gè)能夠進(jìn)行專(zhuān)業(yè)技能學(xué)習(xí)、技能水平評(píng)估與認(rèn)證和信息追蹤與發(fā)布的平臺(tái).教師用戶(hù)利用這個(gè)平臺(tái)可以設(shè)定所屬專(zhuān)業(yè)的技術(shù)技能學(xué)習(xí)路線(xiàn)，并對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能進(jìn)行跟蹤和評(píng)價(jià).學(xué)生用戶(hù)利用這個(gè)平臺(tái)可以學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)技能，及時(shí)了解自身專(zhuān)業(yè)水平及與專(zhuān)業(yè)要求之間的差距，對(duì)自己的專(zhuān)業(yè)技能進(jìn)行評(píng)估.通過(guò)對(duì)廣大師生的廣泛調(diào)研，總結(jié)出系統(tǒng)應(yīng)具備的核心功能.

1.1 技能鏈管理

本功能提供給教師用戶(hù)使用，主要業(yè)務(wù)是建立相應(yīng)的技能鏈.技能鏈除應(yīng)具備名稱(chēng)、所屬專(zhuān)業(yè)、建立者和建立時(shí)間等屬性之外，最重要的是每個(gè)技能鏈應(yīng)包括掌握該技能必須具備的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，系統(tǒng)中用技能結(jié)點(diǎn)表示.這些技能結(jié)點(diǎn)按照邏輯關(guān)系進(jìn)行排列，學(xué)習(xí)者需逐一進(jìn)行學(xué)習(xí).技能鏈管理功能包括技能鏈的添加、編輯、更新、刪除，其中編輯功能包括添加和編輯技能結(jié)點(diǎn)，在技能結(jié)點(diǎn)的編輯中需上傳學(xué)習(xí)資料，如相關(guān)視頻、PPT文稿等.教師用戶(hù)可針對(duì)具體的技能結(jié)點(diǎn)布置作業(yè)和測(cè)試題目，學(xué)生完成作業(yè)和測(cè)試即可視為掌握這項(xiàng)技能.

1.2 技能學(xué)習(xí)

本項(xiàng)功能供學(xué)生用戶(hù)使用.學(xué)生可登錄系統(tǒng)，按照專(zhuān)業(yè)要求查詢(xún)需要掌握的技能鏈，也可以按照個(gè)人興趣選擇某項(xiàng)技能鏈.學(xué)生將選擇的技能鏈添加到自己的技能列表內(nèi)，對(duì)于某個(gè)技能鏈，按照其中技能結(jié)點(diǎn)提供的學(xué)習(xí)資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，完成教師布置的任務(wù)并提交測(cè)試結(jié)果以獲取教師的審核，也可以同自身的技能水平進(jìn)行對(duì)比，若能夠達(dá)到該技能結(jié)點(diǎn)的要求，需提交對(duì)應(yīng)的佐證材料，如相應(yīng)課程的考試分?jǐn)?shù)、課程設(shè)計(jì)成果、職業(yè)資格證書(shū)等進(jìn)行報(bào)備，在獲得建立該技能鏈的教師認(rèn)可之后，即可認(rèn)為通過(guò)該結(jié)點(diǎn)的學(xué)習(xí).對(duì)于技能鏈上各結(jié)點(diǎn)均通過(guò)的學(xué)生，系統(tǒng)認(rèn)為其已經(jīng)掌握該項(xiàng)技能.學(xué)生用戶(hù)可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)功能及時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度.

1.3 技能推薦

本項(xiàng)功能對(duì)學(xué)生用戶(hù)開(kāi)放.專(zhuān)業(yè)教師在建立技能鏈的同時(shí)需要設(shè)置該技能鏈所屬專(zhuān)業(yè)，學(xué)生用戶(hù)在登錄注冊(cè)時(shí)需要注冊(cè)所在專(zhuān)業(yè).系統(tǒng)根據(jù)專(zhuān)業(yè)要求、相似學(xué)習(xí)者已選擇的技能鏈、學(xué)習(xí)者注冊(cè)時(shí)填報(bào)的興趣愛(ài)好、學(xué)習(xí)者瀏覽的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)信息等數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生用戶(hù)進(jìn)行相關(guān)技能鏈的推薦.

1.4 職業(yè)推薦

本項(xiàng)功能與企業(yè)和學(xué)生用戶(hù)相關(guān).系統(tǒng)提供企業(yè)的注冊(cè)接口，企業(yè)用戶(hù)完成注冊(cè)后，可以登錄崗位招聘信息，提交招聘崗位所需技能要求.系統(tǒng)將根據(jù)學(xué)生用戶(hù)所完成的技能鏈情況，進(jìn)行相關(guān)職業(yè)崗位的推薦.

以上是本系統(tǒng)的核心功能，其余功能還包括基本的信息管理、技能鏈榜單、實(shí)時(shí)公告等.按用戶(hù)角色進(jìn)行功能分析，并繪制用例圖1.

圖1 系統(tǒng)用例圖

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 基本功能的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用SSM框架設(shè)計(jì).SSM框架將視圖層、業(yè)務(wù)邏輯層、持久層、模型層進(jìn)行清晰的劃分，使得擴(kuò)展維護(hù)更加方便[1].系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

下面以技能鏈管理功能為例進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的說(shuō)明：

技能鏈管理功能是系統(tǒng)的核心功能之一，該模塊也是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主要模塊.技能鏈的管理分為技能鏈基本信息管理和技能結(jié)點(diǎn)管理兩個(gè)主要部分.對(duì)應(yīng)的控制器實(shí)現(xiàn)代碼如下所示：

@Controller

public class SkillManagerController{

@RequestMapping(value=”teacher/AddSkillChain”,method=RequestMethod.POST)

Public void AddSkillChain(@RequestParam(“SkillChainName”)String skillchainname，@RequestParam(“SkillDesp”)String description,……){}

@RequestMapping(value=”teacher/AddSkillNode”,method=RequestMethod.POST)

Public void AddSkillNode(@RequestParam(“SkillNodeName”)String skillnodename，@RequestParam(“SkillNodeDesp”)String description,……){}

}

在控制層主要使用了@Controller、@RequestMapping、@RequsetParam和@PathVariable注解.在配置文件內(nèi)使用元素啟動(dòng)包掃描功能，由Spring實(shí)現(xiàn)控制反轉(zhuǎn)(IOC)自動(dòng)生成實(shí)例對(duì)象[2].

技能鏈管理模塊中的主要業(yè)務(wù)邏輯為技能鏈與行業(yè)技能的自動(dòng)匹配功能.技能鏈在構(gòu)建時(shí)會(huì)標(biāo)注關(guān)鍵詞，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將技能鏈的關(guān)鍵詞與行業(yè)技能的關(guān)鍵詞進(jìn)行匹配，匹配度滿(mǎn)足需求即可自動(dòng)將該技能鏈與對(duì)應(yīng)的行業(yè)技能進(jìn)行配對(duì).該項(xiàng)功能由SkillMatching類(lèi)實(shí)現(xiàn).該類(lèi)作為中間層組件由Spring自動(dòng)裝配.Spring提供了三種裝配機(jī)制，即XML配置、Java配置、隱式的發(fā)現(xiàn)機(jī)制和自動(dòng)裝配[3]，不同的裝配方法可以搭配使用，本系統(tǒng)采用的是自動(dòng)配置機(jī)制.系統(tǒng)定義SkillMatchService服務(wù)接口并提供match方法，SkillMatching類(lèi)實(shí)現(xiàn)了該接口，并使用@Component注解標(biāo)注，如下所示：

@Component

public class SkillMatching implements SkillMatchService{

private int skillChainId;//需要配對(duì)的技能鏈ID

public float match(){

… …//處理流程參見(jiàn)圖3

圖3 技能鏈與行業(yè)技術(shù)匹配處理流程

}

}

@Component注解表明SkillMatching類(lèi)為組件類(lèi)，可以在配置文件中添加對(duì)于SkillMatching類(lèi)所在的包掃描，Spring會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建該類(lèi)對(duì)象，并在容器內(nèi)等待調(diào)用.在調(diào)用處聲明接口對(duì)象，并用@Autowired注解標(biāo)識(shí)，這樣Spring會(huì)自動(dòng)將生成的SkillMatching對(duì)象的引用賦予該接口對(duì)象.

系統(tǒng)以業(yè)務(wù)邏輯組件作為DAO組件的門(mén)面，業(yè)務(wù)邏輯組件底層依賴(lài)于DAO組件.系統(tǒng)技能鏈管理功能涉及的數(shù)據(jù)層有SkillNodeDAO提供對(duì)技能結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表的操作；SkillChainDAO提供對(duì)技能鏈表的基本操作；UsersSkillChainsDao用于提供對(duì)用戶(hù)選擇技能鏈表的基本操作.在持久化層中涉及教師實(shí)體(Teacher)、用戶(hù)實(shí)體(User)、技能鏈實(shí)體(SkillChain)、技能結(jié)點(diǎn)實(shí)體(SkillNode).SkillNode(技能結(jié)點(diǎn))與SkillChain(技能鏈)之間的一對(duì)多聯(lián)系采用如下代碼段所示的配置方法，代碼內(nèi)只展示一對(duì)多聯(lián)系的配置，其他部分省略：

… …

… …

ofType=”org.skill.domain.SkillNode” select=”org.skill.maooer.SkillNodeMapper.selectSkillNodeByscID” fetchType=”lazy”>

… …

… …

Progress in study on rheological test and rheological model of rock for nearly 20 years in China XIONG Liang-xiao WANG Zi-hua(104)

Sector(行業(yè))實(shí)體與技能鏈(SkillChain)實(shí)體是多對(duì)多的關(guān)系，在MyBatis中多對(duì)多的關(guān)系采用了一個(gè)中間表維護(hù).中間表的行業(yè)ID作為外鍵參照行業(yè)表的ID，技能鏈ID作為外鍵參照技能鏈表的ID.

2.2 技能學(xué)習(xí)推薦

系統(tǒng)根據(jù)相似學(xué)習(xí)者已完成的技能鏈、學(xué)習(xí)者注冊(cè)時(shí)填報(bào)的興趣愛(ài)好、學(xué)習(xí)者瀏覽的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)信息等數(shù)據(jù)，進(jìn)行學(xué)習(xí)技能鏈的推薦.

由于需要采集學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，在其瀏覽相關(guān)技能資料的時(shí)候，需要對(duì)學(xué)生瀏覽的歷史進(jìn)行記錄.對(duì)每個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，以學(xué)習(xí)者點(diǎn)擊次數(shù)、學(xué)習(xí)的時(shí)長(zhǎng)和完成進(jìn)度的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中點(diǎn)擊次數(shù)，學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)和完成進(jìn)度按照3∶3∶4的比例進(jìn)行分配.

用戶(hù)數(shù)據(jù)采用向量方式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，向量中的每一個(gè)維度代表著該用戶(hù)對(duì)某個(gè)技能鏈的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，推薦采用協(xié)同過(guò)濾算法，計(jì)算用戶(hù)之間的相似度，以相似度最高的N個(gè)用戶(hù)形成鄰域.將用戶(hù)相似度作為權(quán)值，加權(quán)平均鄰域內(nèi)用戶(hù)對(duì)某個(gè)技能鏈的評(píng)價(jià)，以其作為當(dāng)前用戶(hù)對(duì)該技能鏈評(píng)價(jià)的預(yù)測(cè)，并按照評(píng)價(jià)值的高低推薦.

用戶(hù)之間的相似度采用余弦相似度計(jì)算，參見(jiàn)公式(1)，鄰域內(nèi)用戶(hù)的個(gè)數(shù)K作為超參數(shù)，可靈活設(shè)定.加權(quán)平均計(jì)算預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)見(jiàn)公式(2).

(1)

(2)

其中，wij表示用戶(hù)i與用戶(hù)j之間的相似度，G為技能鏈集合，r表示用戶(hù)對(duì)技能鏈的評(píng)價(jià)，N表示用戶(hù)的鄰域.

由于涉及大量的計(jì)算操作，且C++具有很好的并行性，效率較高，本功能采用C++實(shí)現(xiàn).算法過(guò)程如下：

(1)建立用戶(hù)與技能鏈模型.將用戶(hù)與技能鏈數(shù)據(jù)組成二維矩陣M，其中，行表示不同的用戶(hù)，列表示不同的技能鏈，M[i][j]表示用戶(hù)i對(duì)于技能鏈j的評(píng)價(jià).

(2)構(gòu)造用戶(hù)相似矩陣.為避免用戶(hù)數(shù)量過(guò)多，而用戶(hù)評(píng)價(jià)的交集稀疏所帶來(lái)的高時(shí)間復(fù)雜度計(jì)算，采用倒查表的方式組織用戶(hù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù).倒查表以技能鏈為索引，以評(píng)價(jià)該技能鏈的用戶(hù)作為表項(xiàng)，若用戶(hù)i與用戶(hù)j均對(duì)技能鏈m做評(píng)價(jià)，則系數(shù)矩陣中S[i][j]加1.

系統(tǒng)需要滿(mǎn)足為同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)的多用戶(hù)進(jìn)行推薦的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，在設(shè)計(jì)上采用線(xiàn)程池的方式實(shí)現(xiàn)同時(shí)計(jì)算.

采用系統(tǒng)提供的線(xiàn)程池，需要使用QueueUserWorkItem函數(shù)，該函數(shù)將工作項(xiàng)排隊(duì)入線(xiàn)程池中的一個(gè)線(xiàn)程.

下述代碼演示工作線(xiàn)程的定義方式：

DWORD WINAPI RecommendThreadFunc(LPVOID pParam).

由于傳入的結(jié)構(gòu)體參數(shù)可以自行定義，所以只傳入其指針，需要在函數(shù)內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)體的各數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行解析.

由于每次計(jì)算均會(huì)涉及大量用戶(hù)數(shù)據(jù)，頻繁讀取數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下.鑒于用戶(hù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)更新速度平緩，解決這個(gè)問(wèn)題可采用一次讀取數(shù)據(jù)庫(kù)、建立內(nèi)存表存儲(chǔ)用戶(hù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、定期更新內(nèi)存表的方式.內(nèi)存表可以采用內(nèi)存映射文件的方法建立.

建立內(nèi)存映射需按順序調(diào)用CreateFileMapping、MapViewOfFile以及UnmapViewOfFile等API函數(shù).CreateFileMapping用于建立內(nèi)存數(shù)據(jù)表，MapViewOfFile用于將內(nèi)存表映射到系統(tǒng)應(yīng)用所在的內(nèi)存空間，UnmapViewOfFile用于系統(tǒng)退出時(shí)取消映射.下面代碼為上述API的定義:

HANDLE CreateFileMapping(HANDLE hFile，PSECURITY_ATTRIBUTES psa,DWORD fdwProtect，DWORD dwMaximumSizeHigh，DWORD dwMaximumSizeLow，PCTRSTR pasName);

PVOID MapViewOfFile(HANDLE hFileMappingObject，DWORD dwDesiredAccess，DWORD dwFilePffSetHigh，DWORD dwFileOffsetLow，SIZE_T dwNumberOfBytesToMap);

HANDLE OpenFileMapping(DWORD dwDesiredAccess,BOOL bInheritHandle,LPCTSTR lpName);

BOOL UnmapViewOfFile(PVOID pvBaseAddress);

調(diào)用CreateFileMapping時(shí)將第一個(gè)參數(shù)設(shè)置為INVALID_HANDLE_VALUE，系統(tǒng)將創(chuàng)建一個(gè)與物理文件無(wú)關(guān)的映射區(qū)域，可以使用自定義的結(jié)構(gòu)體規(guī)范內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).fdwProtect 需要設(shè)置為PAGE_READWRITE以供多進(jìn)程讀寫(xiě)，dwMaximumSizeLow 需設(shè)置為內(nèi)存結(jié)構(gòu)體的大小.因此,設(shè)計(jì)內(nèi)存結(jié)構(gòu)體時(shí)要充分考慮用戶(hù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)空間的擴(kuò)展.

CreateFileMapping返回的句柄作為參數(shù)調(diào)用MapViewOfFile，并將返回的地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為內(nèi)存結(jié)構(gòu)體類(lèi)型的指針，這樣就可以通過(guò)這個(gè)指針對(duì)內(nèi)存結(jié)構(gòu)進(jìn)行讀寫(xiě)操作.由于內(nèi)存映射建立在進(jìn)程空間中，線(xiàn)程池中的工作線(xiàn)程可以共享訪(fǎng)問(wèn).

使用CreateFileMapping進(jìn)行內(nèi)存映射，由于使用自定義的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，因此，需要處理好數(shù)據(jù)對(duì)齊問(wèn)題.CPU處理準(zhǔn)確對(duì)齊的數(shù)據(jù)時(shí)，它的運(yùn)行效率最高[4].內(nèi)存結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)具有不同的類(lèi)型，特別是字符數(shù)組的長(zhǎng)度參差不齊，為達(dá)內(nèi)存對(duì)齊目的，需要進(jìn)行占位處理，使數(shù)據(jù)項(xiàng)的長(zhǎng)度均為4的倍數(shù).

2.3 Java與C++互操作

系統(tǒng)中對(duì)于推薦算法的調(diào)用采用JNA實(shí)現(xiàn).JNA提供一組Java工具類(lèi)用于在運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)本地庫(kù)(native library：如Window的dll)而不需要編寫(xiě)任何Native/JNI代碼[5].由于本系統(tǒng)是基于J2EE平臺(tái)編寫(xiě)的，而如技能學(xué)習(xí)推薦等核心算法采用C++編寫(xiě)，因此，涉及平臺(tái)間的調(diào)用問(wèn)題.

在項(xiàng)目中添加如下代碼，可以將相關(guān)依賴(lài)下載到項(xiàng)目中：

利用C++實(shí)現(xiàn)的推薦算法需要編譯為DLL形式供Java調(diào)用.通過(guò)在JNA中定義接口來(lái)描述DLL文件，在該接口中需要描述動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)內(nèi)的所有函數(shù)，接口繼承至com.sun.jna.win32.StdCallLibrary，同時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)內(nèi)的函數(shù)需要用stdcall方式輸出.

Java與C++代碼之間的參數(shù)傳遞也是調(diào)用過(guò)程中需要解決的問(wèn)題.常用的傳遞參數(shù)為結(jié)構(gòu)體，為達(dá)到傳參的目的，需要在Java中使用Structure模擬結(jié)構(gòu)體參數(shù)，在定義結(jié)構(gòu)體參數(shù)時(shí)需要注意Java和C++之間的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型的對(duì)應(yīng)關(guān)系.當(dāng)互調(diào)用的結(jié)構(gòu)體內(nèi)部存在數(shù)組對(duì)象的時(shí)候，在Java內(nèi)定義時(shí)需實(shí)例化該數(shù)組對(duì)象并賦予初值，否則將會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存大小不一致的錯(cuò)誤，導(dǎo)致調(diào)用失敗.除此之外，為防止GC回收內(nèi)存，需要調(diào)用Structure 類(lèi)的write()方法將結(jié)構(gòu)體的所有字段固定住.

3 總結(jié)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)為推薦算法、Java與C++的相互調(diào)用.經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐分別采用了系統(tǒng)線(xiàn)程池、JNA技術(shù)解決，經(jīng)過(guò)測(cè)試效果良好.當(dāng)前，正處于互聯(lián)網(wǎng)+ 與大數(shù)據(jù)時(shí)代，線(xiàn)上學(xué)習(xí)作為校內(nèi)學(xué)習(xí)的有效補(bǔ)充而得到廣泛普及，后續(xù)的研究工作將進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完善與功能擴(kuò)展，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)為學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)提供決策參考.