劉明華，王樂樂，葛 恒，武思涵，李 涵

（北京信息科技大學(xué)理學(xué)院，北京 100192）

1 引 言

隨著信息科技的迅猛發(fā)展和上網(wǎng)人群規(guī)模的日趨壯大[1]，越來越多的軟、硬件工具被開發(fā)出來，為人們的學(xué)習(xí)和娛樂提供便利。在這當(dāng)中，移動(dòng)端應(yīng)用普及度高，但存在硬件資源要求高、占用存儲(chǔ)空間大等缺陷。針對(duì)此類缺陷，輕應(yīng)用（Light App）[2]產(chǎn)品在2013 年由百度公司首先提出，但在社會(huì)中并未獲得廣泛應(yīng)用。而于2017 年提出的微信小程序（WeChat Applet），卻受到人們的喜愛，迅速形成龐大的用戶人群，越來越多的微信用戶熟悉和適應(yīng)了這種無需下載就可使用、打開速度快、不過多占用存儲(chǔ)空間的微型程序[3-4]。對(duì)于開發(fā)者而言，微信小程序的前端代碼都存儲(chǔ)在騰訊云服務(wù)器上，其因響應(yīng)速度快、開發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)也受到青睞。本研究嘗試設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一款基于微信小程序的學(xué)業(yè)互助平臺(tái)，運(yùn)用MINA 框架、JSON 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行開發(fā)，以豐富便利的功能為廣大學(xué)生群體的學(xué)習(xí)和生活提供幫助。

2 技術(shù)框架

2.1 功能設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的學(xué)業(yè)互助平臺(tái)分為四個(gè)模塊，分別為：個(gè)人中心模塊、論壇模塊、首頁模塊和搜索模塊，如圖1 所示。在個(gè)人中心模塊，有“注冊(cè)”和“我的標(biāo)簽”兩個(gè)功能。標(biāo)簽內(nèi)容包括學(xué)生個(gè)人專業(yè)信息及年級(jí)。在首頁模塊中，學(xué)生可以查看自己的專業(yè)介紹和培養(yǎng)計(jì)劃。小程序也會(huì)根據(jù)學(xué)生在個(gè)人中心選擇的標(biāo)簽，推薦學(xué)生可能感興趣的文章。在搜索模塊中，小程序會(huì)給出最近的搜索熱詞，并使用模糊搜索完成信息檢索工作。在論壇模塊，學(xué)生可以發(fā)布文章、上傳和下載圖片，文章會(huì)附帶發(fā)布者的標(biāo)簽信息。同時(shí)小程序還有“監(jiān)控審核”功能，后臺(tái)管理員會(huì)把論壇中不合適的帖子或圖片刪除。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在開發(fā)過程中，小程序需要讀取構(gòu)建頁面所需要的圖片和文字信息，并在發(fā)布后存儲(chǔ)用戶信息和用戶發(fā)布的內(nèi)容。為此選用JSON（JavaScript Object Notation）[5]設(shè)計(jì)和創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表。JSON 數(shù)據(jù)庫是一種非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)和查詢JSON 格式數(shù)據(jù)。在此一共為數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)四張表，分別是User（用戶表）、Competition（競(jìng)賽信息表）、Essay（文章表）、Plan（培養(yǎng)計(jì)劃表），用來記錄數(shù)據(jù)。

用戶表如表1 所示。它用來保存注冊(cè)用戶的基本信息和用戶勾選的標(biāo)簽信息。其中，Id 是記錄唯一標(biāo)識(shí)，使用了String 類型，用于在表中編號(hào)，由數(shù)據(jù)庫表自動(dòng)分配，且不可更改；_openid 是微信用戶識(shí)別的唯一標(biāo)識(shí)，使用了String 類型，這個(gè)標(biāo)識(shí)只對(duì)當(dāng)前的小程序有效；Major、Nianji 是用戶在標(biāo)簽頁面選擇的專業(yè)、年級(jí)，使用了String 類型，根據(jù)用戶選擇的不同按鈕進(jìn)行賦值；Name 是用戶昵稱，使用了String 類型，是用戶授權(quán)微信身份的名稱；Submit 是用戶發(fā)布的文章數(shù)組，使用了Array 類型，數(shù)組內(nèi)部是String 類型的文章Id。

表1 User 表

競(jìng)賽表如表2 所示。它用來存儲(chǔ)首頁頁面中的競(jìng)賽信息。其中，Id 是記錄唯一標(biāo)識(shí)，使用了String類型，用于在表中編號(hào)，由數(shù)據(jù)庫表自動(dòng)分配且不可更改；Title 是競(jìng)賽名稱，使用了String 類型，存放了記錄競(jìng)賽的簡(jiǎn)稱；Images 是圖片地址數(shù)組，使用了Array 類型，內(nèi)部包含String 類型的圖片存儲(chǔ)地址；Index 是競(jìng)賽索引，使用了Number 類型，用來在數(shù)據(jù)庫表中排序。

表2 Competition 表

培養(yǎng)計(jì)劃表如表3 所示。它用來存儲(chǔ)不同專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃數(shù)據(jù)。其中，Id 是記錄唯一標(biāo)識(shí)，使用了String 類型，用于在表中編號(hào)，由數(shù)據(jù)庫表自動(dòng)分配，不可更改；Image 是培養(yǎng)計(jì)劃圖片地址，使用String類型，存放圖片在云存儲(chǔ)的存儲(chǔ)地址；Major 是專業(yè)標(biāo)識(shí)，使用String 類型，存放了培養(yǎng)計(jì)劃圖所屬專業(yè)。

表3 Plan 表

文章表如表4 所示。它用來記錄論壇模塊中學(xué)生發(fā)布的文章數(shù)據(jù)。其中，Id 是記錄唯一標(biāo)識(shí)，使用了String 類型，用于在表中編號(hào)，由數(shù)據(jù)庫表自動(dòng)分配且不可更改；_openid 是微信用戶識(shí)別的唯一標(biāo)識(shí)，使用了String 類型，作為唯一標(biāo)識(shí)用來檢索用戶表中的信息；Avatar 是作者頭像地址，使用String 類型，是微信為每一個(gè)微信用戶提供的頭像網(wǎng)絡(luò)地址；Body 是文章文字的主體，使用了String 類型，存放用戶在文章中編輯的文字內(nèi)容；Images 是文章圖片地址數(shù)組，使用了Array 類型，內(nèi)部是String 類型的云存儲(chǔ)中圖片地址；Major、Nianji 是作者的專業(yè)、年級(jí)，使用了String 類型，是在用戶發(fā)布后復(fù)制的用戶表中發(fā)布者的信息；Time 是文章發(fā)布時(shí)間，使用了Date 類型，方便文章在展示過程中排序；Title 是文章標(biāo)題，使用String 類型，是搜索頁面模糊查詢的搜索源；Writer 是作者名稱，使用了String 類型，以便在論壇頁面直接顯示作者名稱；Comments 是用戶評(píng)論數(shù)組，使用了Array 類型，內(nèi)部是Object 類型的對(duì)象，包含String 類型的Name（評(píng)論者名稱）、String 類型的Avatar（評(píng)論者頭像地址）、String 類型的Image（評(píng)論圖片）、String 類型的Body（評(píng)論內(nèi)容）。

表4 Essay 表

2.3 MINA 框架

本小程序采用了騰訊官方提供的微信開發(fā)者工具，以MINA（MINA IS NOT APP）為小程序開發(fā)框架，進(jìn)行簡(jiǎn)潔高效的開發(fā)。整個(gè)小程序系統(tǒng)可分為應(yīng)用層、視圖層（Viewer）、邏輯層（App Service）[6]和存儲(chǔ)層四層，如圖2 所示。

圖2 MINA 層次架構(gòu)圖

其中，存儲(chǔ)層是整個(gè)系統(tǒng)的云端環(huán)境。設(shè)計(jì)使用了騰訊云提供的JSON 數(shù)據(jù)庫和云存儲(chǔ)來存儲(chǔ)用戶信息數(shù)據(jù)和用戶上傳的圖片。

邏輯層為整個(gè)系統(tǒng)提供服務(wù)。使用JavaScript[7]來編寫頁面的交互邏輯、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、數(shù)據(jù)處理；使用JSON[8]編寫頁面交互邏輯，實(shí)現(xiàn)處理數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，用來配置系統(tǒng)文件，同時(shí)與存儲(chǔ)層JSON 數(shù)據(jù)庫連接。

視圖層是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)顯示的試題頁面。用WXML（WeiXin Markup Language）[9]和WXSS（WeiXin Style Sheet）編寫，并由組件展示。WXML 用于搭建小程序頁面的基本結(jié)構(gòu)，是一種類似HTML的文本標(biāo)記語言；WXSS 則與CSS 類似，用來渲染頁面的表現(xiàn)形式。MINA 框架為頁面組件提供了一些事件監(jiān)聽相關(guān)的屬性，通過事件處理函數(shù)可以將視圖層和邏輯層綁定在一起。當(dāng)更改邏輯層中的數(shù)據(jù)時(shí)，視圖層也會(huì)隨之改變。

應(yīng)用層是系統(tǒng)與用戶操作的核心部分。微信小程序可以在PC 端的微信軟件和移動(dòng)手機(jī)端的微信APP 上使用，本設(shè)計(jì)小程序同樣也可跨平臺(tái)使用。

2.4 模糊搜索算法

在搜索頁面中，采用模糊搜索[10]對(duì)學(xué)生輸入的詞語或語句進(jìn)行檢索。模糊搜索是用戶搜索意向不明確或者檢索詞較少時(shí)想要返回更多查詢結(jié)果的情況下使用的方法。模糊搜索的核心思想是將用戶輸入的字符串拆分成多個(gè)長(zhǎng)度較小的字符串，與待搜索的數(shù)組的每一項(xiàng)做匹配，把符合要求的數(shù)據(jù)保存下來。在本小程序中，模糊搜索的應(yīng)用場(chǎng)景是在數(shù)據(jù)庫表中尋找與檢索詞類似的結(jié)果。拆分檢索詞的過程需要用到正則表達(dá)式，如要查詢標(biāo)題與“數(shù)學(xué)”相關(guān)的文章時(shí)，后臺(tái)代碼會(huì)將字符串“數(shù)學(xué)”分為“%數(shù)%學(xué)%”并完成查詢。

設(shè)計(jì)使用db.RegExp 完成模糊搜索。它是官方提供的模糊查詢API，代碼情況具體如圖3 所示。首先通過查找語句訪問數(shù)據(jù)庫表'essay'，確定查詢域是表中每條數(shù)據(jù)的title；然后使用db.RegExp 將用戶輸入內(nèi)容content 分詞，并且當(dāng)用戶輸入英文查詢查詢時(shí)，內(nèi)容不區(qū)分大小寫；最后使用get 函數(shù)獲取查詢結(jié)果。

圖3 模糊搜索代碼

2.5 基于內(nèi)容的推薦算法

首頁模塊中包含向?qū)W生推薦感興趣文章的功能。推薦功能的實(shí)現(xiàn)需要使用基于內(nèi)容的推薦算法（Content-Based Recommendations）[11-12]，該算法是基于標(biāo)的物相關(guān)信息、用戶相關(guān)信息為用戶提供推薦服務(wù)的。具體來說，算法首先獲取用戶選擇的專業(yè)和年級(jí)標(biāo)簽，然后從文章庫中找出所有包含這些標(biāo)簽的文章。文章的標(biāo)簽可以是人工標(biāo)定的，也可以是從作者自己設(shè)置的標(biāo)簽中提取的。應(yīng)用推薦算法的一個(gè)實(shí)例如圖4 所示。本小程序可以為大一學(xué)生推薦新生入學(xué)指南，向大二學(xué)生推薦各自專業(yè)的競(jìng)賽經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)大三同學(xué)推薦考研經(jīng)驗(yàn)，等等。

圖4 推薦算法示例

基于內(nèi)容推薦的實(shí)現(xiàn)代碼如圖5 所示。首先使用微信小程序API 接口獲取用戶基本信息，然后在User 表中查找與用戶昵稱相同的數(shù)據(jù)并用變量admin 存儲(chǔ)；接下來查詢數(shù)據(jù)庫表Essay，尋找專業(yè)和年級(jí)標(biāo)簽與用戶相同的文章，并將這些文章按時(shí)間降序排序存入全局變量passages 中。

圖5 實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容推薦的代碼

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)搭建與調(diào)試

小程序基于騰訊云服務(wù)器搭建，使用的云服務(wù)器配置為4 核CPU、8G 內(nèi)存、10M 帶寬，此外還包括1500 GB 月流量；系統(tǒng)盤選取100 GB SSD；10 M公網(wǎng)帶寬下載速度峰值為1280kB/s。所設(shè)計(jì)的小程序被應(yīng)用于北京信息科技大學(xué)理學(xué)院，為信息與計(jì)算科學(xué)、電子信息科學(xué)與技術(shù)、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)三個(gè)專業(yè)的學(xué)生提供服務(wù)。目前理學(xué)院在校本科生共579 人。小程序于2022 年8 月21 日發(fā)布試用版進(jìn)行內(nèi)測(cè)，經(jīng)過10 天的建議采納，進(jìn)行了修改優(yōu)化，于8 月31日發(fā)布正式版。從正式發(fā)布到2023 年3 月1 日，在7 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)累計(jì)訪問用戶593 人次。小程序用戶訪問曲線如圖6 所示。

圖6 小程序用戶訪問統(tǒng)計(jì)曲線

對(duì)于圖6 中的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)可作如下分析解釋：2022 年8 月到9 月期間小程序訪問用戶人數(shù)較高，這一時(shí)期適逢開學(xué)，學(xué)生需要對(duì)新學(xué)期課程提前加以了解，并做出相應(yīng)學(xué)業(yè)規(guī)劃；2023 年1 月開始，該學(xué)期臨近結(jié)束，學(xué)生陸續(xù)進(jìn)入寒假狀態(tài)，對(duì)課程信息的需求減少，因此用戶訪問量較少。

3.2 實(shí)際使用方法

小程序的首頁模塊的各個(gè)頁面如圖7 所示。進(jìn)入首頁后，可以看到學(xué)校海報(bào)的輪播圖、競(jìng)賽公告、培養(yǎng)計(jì)劃和文章推薦等，如圖7(a)所示；點(diǎn)擊培養(yǎng)計(jì)劃按鈕，小程序會(huì)根據(jù)學(xué)生的專業(yè)信息，展示相應(yīng)專業(yè)的學(xué)分修讀計(jì)劃，如圖7(b)所示；如果想更深入了解自己的專業(yè)，可以選擇相應(yīng)的專業(yè)簡(jiǎn)稱，查看專業(yè)特色介紹和與各學(xué)期的課程安排，如圖7(c)所示；在競(jìng)賽公告一欄，會(huì)列出最近三個(gè)適合學(xué)生參加的學(xué)科競(jìng)賽，點(diǎn)擊則可查看詳情介紹，如圖7(d)所示。在首頁的最下面，通過基于內(nèi)容的推薦算法，會(huì)根據(jù)學(xué)生選擇信息進(jìn)行推薦。

圖7 首頁模塊界面

點(diǎn)擊放大鏡圖標(biāo)即可轉(zhuǎn)入搜索模塊。在搜索欄中輸入文字，可通過模糊查詢獲取檢索內(nèi)容，具體示例如圖8 所示。在頂部文本輸入框中輸入“數(shù)學(xué)”，點(diǎn)擊搜索按鈕就可以看到在數(shù)據(jù)庫中檢索到有關(guān)數(shù)學(xué)的內(nèi)容。搜索結(jié)果包括數(shù)學(xué)建模（信計(jì)）期末考試、期末考試-數(shù)學(xué)分析1、期末考試-數(shù)學(xué)分析3 等。

圖8 搜索模塊界面

論壇模塊的各個(gè)頁面如圖9 所示。在圖9(a)中，頂端是發(fā)布文章按鈕，點(diǎn)擊即可進(jìn)入發(fā)布界面，如圖9(b)；發(fā)布按鈕下面，按時(shí)間倒序展示發(fā)布的文章，展示內(nèi)容包括文章標(biāo)題、作者、時(shí)間，以便學(xué)生快速定位自己感興趣的文章，點(diǎn)擊標(biāo)題即進(jìn)入文章詳情頁面，頁面如圖9(c)所示，點(diǎn)擊圖片可以放大查看也可以下載，如圖9(d)所示。在發(fā)布界面，學(xué)生可以編輯標(biāo)題、正文和上傳圖片，圖片的數(shù)量最多不超過9 張。在閱讀文章的最后提供評(píng)論功能，輸入文字上傳圖片點(diǎn)擊發(fā)表即可完成評(píng)論。與文章展示順序相反，評(píng)論信息將按時(shí)間正序排列。

圖9 論壇模塊界面

個(gè)人中心模塊的各個(gè)頁面如圖10 所示。學(xué)生可以自由選擇是否登錄來實(shí)現(xiàn)對(duì)自己的隱私保護(hù)。登錄后，小程序會(huì)獲取學(xué)生的微信頭像和昵稱，在個(gè)人中心頁面顯示。在頭像和昵稱下方，提供了方便學(xué)生尋找自己發(fā)布內(nèi)容的“我的發(fā)布”，以及為首頁推薦和文章標(biāo)簽提供信息的“我的標(biāo)簽”。標(biāo)簽在專業(yè)一欄可以選擇“信計(jì)”、“電技”和“統(tǒng)計(jì)”等不同專業(yè)。年級(jí)一欄可選擇“大一”、“大二”、“大三”和“大四”。除此之外，還可在“關(guān)于程序”當(dāng)中查看小程序介紹和小程序開發(fā)者信息，為學(xué)生定制化信息和提出修改建議也提供了便利。

圖10 個(gè)人中心模塊界面

4 結(jié) 束 語

本小程序的開發(fā)工作，從功能需求選擇、數(shù)據(jù)庫環(huán)境搭建、小程序頁面實(shí)際開發(fā)，到小程序上線和發(fā)布、后臺(tái)監(jiān)管和檢測(cè)，都是在對(duì)現(xiàn)有微信小程序開發(fā)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行梳理和運(yùn)用的基礎(chǔ)上，與大學(xué)生的學(xué)習(xí)生活需要相結(jié)合而完成的。在互助平臺(tái)的構(gòu)建中，融入了模糊搜索算法和基于內(nèi)容的推薦算法，對(duì)小程序的搜索功能及個(gè)性化推薦功能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化和改善。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的互助平臺(tái)，不僅能幫助大學(xué)生全面認(rèn)識(shí)各專業(yè)，更可輔助學(xué)生做出合理學(xué)業(yè)規(guī)劃，讓學(xué)生在課堂之外體驗(yàn)合作學(xué)習(xí)的樂趣。目前小程序也存在一些不足，比如隨著時(shí)間的推移，學(xué)生發(fā)布在小程序上面的內(nèi)容會(huì)越來越多，屆時(shí)騰訊云開發(fā)所使用的數(shù)據(jù)庫和存儲(chǔ)容量都將需要擴(kuò)增，購買云服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫來增大存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)帶寬，將作為一個(gè)讓小程序運(yùn)行更流暢的不可避免的選擇。后續(xù)研究將繼續(xù)跟進(jìn)，進(jìn)一步修改、優(yōu)化代碼，提供更好的服務(wù)。