引言

學(xué)生體質(zhì)測試的數(shù)據(jù)對每個國家來說都是十分重要的資料，既要妥善保管又要充分地分析利用，所以目前建立一種新型的青少年體質(zhì)健康數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)或平臺對國家具有重要的意義。通過青少年體質(zhì)健康數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理地配置數(shù)據(jù)處理功能，便于實現(xiàn)體質(zhì)測試后各類各項指標(biāo)的統(tǒng)計分析，快速方便地給出體質(zhì)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析的可視化的結(jié)果。便于學(xué)生及教師對學(xué)生體質(zhì)狀況的直觀了解，通過該系統(tǒng)改善青少年學(xué)生體質(zhì)干預(yù)的措施，優(yōu)化目前體質(zhì)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)的不足。本研究運用目前系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)據(jù)庫搭建以及結(jié)果可視化的最新技術(shù)來進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)，以一個新的視角對大數(shù)據(jù)視域下青少年體質(zhì)測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，能夠從客觀上更好地了解學(xué)生的健康狀況，對研究青少年的真實健康狀態(tài)具有實際的應(yīng)用價值。同時豐富了這一領(lǐng)域的研究成果，為促進(jìn)青少年體質(zhì)發(fā)展提供理論支持和實踐經(jīng)驗。

1無監(jiān)督聚類分析

1.1大數(shù)據(jù)分析采用聚類算法

欲分析體質(zhì)健康各項因素對樣本體質(zhì)健康的影響，應(yīng)學(xué)習(xí)樣本集的概率分布。常用的參數(shù)估計方法往往需要假定樣本集符合某一概率分布，隨后根據(jù)樣本集擬合該分布中的參數(shù)。但該概率分布的選取需要主觀的先驗，往往難以擬合出與真實分布近似的模型。而非參數(shù)估計的方法不加入任何先驗知識，根據(jù)數(shù)據(jù)本身的特點與性質(zhì)，擬合數(shù)據(jù)分布。在此我們使用無監(jiān)督聚類算法——K均值聚類對體質(zhì)健康測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。K均值聚類是一種典型的無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)聚類算法，通過預(yù)先設(shè)定聚類個數(shù)，隨機(jī)初始化中心點，將各個數(shù)據(jù)劃分至特征空間內(nèi)歐式距離最近的類別中心;隨后根據(jù)各個類的數(shù)據(jù)分布，重新計算類中心點的坐標(biāo);根據(jù)更新后的類中心點的坐標(biāo)，重新更新各數(shù)據(jù)點的類簇歸屬，不斷反復(fù)直至類中心點的坐標(biāo)不再移動，達(dá)到收斂。在對體質(zhì)健康數(shù)據(jù)應(yīng)用K均值聚類算法前，我們對數(shù)據(jù)進(jìn)行了篩選與清理，去除了“城鄉(xiāng)”、“性別”等不能直接反映體質(zhì)健康的數(shù)據(jù)，只保留了體質(zhì)健康指標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)，并對少量缺失數(shù)據(jù)以樣本群體均值進(jìn)行填充。隨后對數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理，對體質(zhì)健康數(shù)據(jù)中的特征，應(yīng)用變換將其標(biāo)準(zhǔn)化，以消除數(shù)值對整體分布帶來的影響。聚類算法收斂后，通過核密度估計，分析各群體各屬性的概率密度分布，以探究各體質(zhì)健康因素對人群的影響。

1.2無監(jiān)督聚類結(jié)果實現(xiàn)路徑

無監(jiān)督聚類結(jié)果頁面

2.學(xué)生體質(zhì)健康數(shù)據(jù)無監(jiān)督分類結(jié)果

本研究數(shù)據(jù)來源為陜西省2014年全國學(xué)生體質(zhì)測試數(shù)據(jù)。2.1各年齡階段人群分類示意圖隨機(jī)把研究對象分為四類：男性健康群體、男性不健康群體、女性健康群體、女性不健康群體。通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下圖：

從上圖中可以看出，7—14歲群體男女生身體素質(zhì)和健康水平差異不顯著，身體素質(zhì)的優(yōu)劣區(qū)分度不大，但是從15—16歲開始，男女生身體素質(zhì)差異程度逐漸拉大，從17歲以后，男女差別更大。身體素質(zhì)優(yōu)劣區(qū)分隨著年齡的增加區(qū)分度逐漸增加。

2.2 7歲群體聚類分析結(jié)果

從表中可以看出，一共有四類0，1，2，3.對于群體1與群體2，其握力均為正值，顯著高于群體均值，故判斷群體1和群體2為男性群體。同理判斷群體0和群體3為女性群體。針對群體1與群體2，群體1的BMI為負(fù)值，故該群體為男性健康群體，群體2為男性不健康群體，同理3為女性健康群體，0為女性不健康群體。

通過對四個群體聚類分析，7歲學(xué)生男性健康群體和男性不健康群體在體重、BMI、胸圍、50米、立定跳遠(yuǎn)、耐力跑、皮脂厚度等指標(biāo)兩群體差異顯著，視力、身高、坐高、肺活量、脈搏、握力、血壓、坐位體前屈、斜身引體等指標(biāo)兩群體差異不明顯。7歲學(xué)生女性健康群體和女性不健康群體在身高、坐高、體重、BMI、胸圍等指標(biāo)兩群體差異顯著，視力、肺活量、脈搏、50米、立定跳遠(yuǎn)、耐力跑、握力、血壓、坐位體前屈、斜身引體、皮脂厚度等指標(biāo)兩群體差異不明顯。

2.3 15歲群體聚類分析結(jié)果

從表中可以看出，一共有四類0，1，2，3.對于群體2與群體3，其身高、立定跳遠(yuǎn)和50米成績綜合分析其為男性群體，其中群體3為男性健康群體，群體2為男性不健康群體。同理判斷群體0和群體1為女性群體。根據(jù)50米成績和BMI數(shù)據(jù)，確定群體0為女性健康群體，群體1為女性不健康群體。

通過對四個群體聚類分析，15歲學(xué)生男性健康群體和男性不健康群體在體重、BMI、胸圍、立定跳遠(yuǎn)、耐力跑、皮脂厚度等指標(biāo)兩群體差異顯著，視力、身高、坐高、肺活量、脈搏、50米、握力、血壓、坐位體前屈、引體向上等指標(biāo)兩群體差異不明顯。15歲學(xué)生女性健康群體和女性不健康群體在BMI、50米、立定跳遠(yuǎn)、仰臥起坐、皮脂厚度等指標(biāo)兩群體差異顯著，視力、身高、坐高、體重、胸圍、肺活量、脈搏、耐力跑、握力、血壓、坐位體前屈等指標(biāo)兩群體差異不明顯。

2.4 22歲群體聚類分析結(jié)果

從表中可以看出，一共有四類0，1，2，3.對于群體0與群體2，其身高、立定跳遠(yuǎn)和50米成績綜合分析其為男性群體，其中群體0為男性健康群體，群體2為男性不健康群體。同理判斷群體1和群體3為女性群體。根據(jù)50米成績和BMI數(shù)據(jù)，確定群體1為女性健康群體，群體3為女性不健康群體。

通過對四個群體聚類分析，22歲學(xué)生男性健康群體和男性不健康群體在體重、BMI、胸圍、耐力跑、皮脂厚度等指標(biāo)兩群體差異顯著，視力、身高、坐高、肺活量、50米、脈搏、立定跳遠(yuǎn)、握力、血壓、坐位體前屈、引體向上等指標(biāo)兩群體差異不明顯。22歲學(xué)生女性健康群體和女性不健康群體在BMI、脈搏、耐力跑、皮脂厚度等指標(biāo)兩群體差異顯著，視力、身高、坐高、體重、胸圍、肺活量、握力、血壓、坐位體前屈、50米、立定跳遠(yuǎn)、仰臥起坐等指標(biāo)兩群體差異不明顯。

3結(jié)論

3.1 K均值聚類是一種典型的無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)聚類算法，能有效地對體質(zhì)健康測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.2從分類圖中可看出，7-14歲男女生身體素質(zhì)和健康水平差異不顯著，身體素質(zhì)的優(yōu)劣區(qū)分度不大，但是從15-16歲開始，男女生身體素質(zhì)差異程度逐漸拉大，從17歲以后，男女差別更大。身體素質(zhì)優(yōu)劣區(qū)分隨著年齡的增加區(qū)分度逐漸增加。

3.3通過對四個群體聚類分析，7歲學(xué)生男性健康群體和男性不健康群體對比結(jié)果，體重、BMI、胸圍、50米、立定跳遠(yuǎn)、耐力跑、皮脂厚度等指標(biāo)差異顯著，視力、身高、坐高、肺活量、脈搏、握力、血壓、坐位體前屈、斜身引體等指標(biāo)差異不明顯。7歲學(xué)生女性健康群體和女性不健康群體對比結(jié)果，身高、坐高、體重、BMI、胸圍等指標(biāo)差異顯著，視力、肺活量、脈搏、50米、立定跳遠(yuǎn)、耐力跑、握力、血壓、坐位體前屈、斜身引體、皮脂厚度等指標(biāo)差異不明顯。

3.4通過對四個群體聚類分析，15歲學(xué)生男性健康群體和男性不健康群體對比結(jié)果，體重、BMI、胸圍、立定跳遠(yuǎn)、耐力跑、皮脂厚度等指標(biāo)差異顯著，視力、身高、坐高、肺活量、脈搏、50米、握力、血壓、坐位體前屈、引體向上等指標(biāo)差異不明顯。15歲學(xué)生女性健康群體和女性不健康群體對比結(jié)果，BMI、50米、立定跳遠(yuǎn)、仰臥起坐、皮脂厚度等指標(biāo)差異顯著，視力、身高、坐高、體重、胸圍、肺活量、脈搏、耐力跑、握力、血壓、坐位體前屈等指標(biāo)差異不明顯。

3.5通過對四個群體聚類分析，22歲學(xué)生男性健康群體和男性不健康群體對比結(jié)果，體重、BMI、胸圍、耐力跑、皮脂厚度等指標(biāo)差異顯著，視力、身高、坐高、肺活量、50米、脈搏、立定跳遠(yuǎn)、握力、血壓、坐位體前屈、引體向上等指標(biāo)兩群體差異不明顯。22歲學(xué)生女性健康群體和女性不健康群體對比結(jié)果，BMI、脈搏、耐力跑、皮脂厚度等指標(biāo)差異顯著，視力、身高、坐高、體重、胸圍、肺活量、握力、血壓、坐位體前屈、50米、立定跳遠(yuǎn)、仰臥起坐等指標(biāo)差異不明顯。

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作者簡介：武洛生（1969.04-）男，漢族，籍貫：河北邯鄲，畢業(yè)院校：西安體育學(xué)院，畢業(yè)專業(yè)：體育教育，學(xué)歷：本科，工作單位：西安體育學(xué)院，職稱：教授，研究方向：體育教學(xué)與訓(xùn)練。

陜西省軟科學(xué)項目，大數(shù)據(jù)視域下提高學(xué)生體質(zhì)健康水平的研究。2019KM170。