基于粗糙集的学生单科成绩决策分析方法及分析器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机应用技术领域，特别涉及一种基于基于粗糙集的学生单科成绩 决策分析方法及分析器。
【背景技术】
[0002] 系统的软件结构好坏，不仅影响着系统的效率、安全性、可维护性，更影响系统使 用的方便性及可靠性。近年来，随着计算机技术与网络技术突飞猛进的发展，各高校纷纷开 始建立新的教务管理信息系统，在这些系统的设计中，系统平台计算模式的选择是系统设 计人员遇到的主要问题。
[0003] 当今投入使用的计算机网络模式主要有二种:客户机/服务模式(Client/server， 简称C/S)和Web浏览器/服务器模式(Browser/Server，简称B/S)。针对学生单科成绩决策分 析系统内容复杂、数据庞大、功能全面、涉及繁多、管理面广等特点，系统平台模式主要考虑 B/S模式。这种模式都采用数据集中、管理分散的运行方式，符合网络技术的发展趋势。
[0004] B/S(Browser/Server)结构即浏览器和服务器结构，是建立在广域网的基础上的。 它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用 户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现，但是主要 事务逻辑在服务器端（Server)实现，形成所谓三层3-tier结构。这样就大大简化了客户端 电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本(TC0)。以目前 的技术看，局域网建立B/S结构的网络应用，并通过Internet/Intranet模式下数据库应用， 相对易于把握、成本也是较低的。它是一次性到位的开发，能实现不同的人员，从不同的地 点，以不同的接入方式（比如1^'1，￥41'1，11^61'1161:/1111:瓜1161:等)访问和操作共同的数据库 ;它 能有效地保护数据平台和管理访问权限，服务器数据库也很安全。特别是在JAVA这样的跨 平台语言出现之后，B/S架构管理软件更是方便、快捷、高效。B/S模式:B/S模式层次结构如 图2-4所示。处于第一层的是客户端，处于第二层的是应用服务层，由一台或多台服务器组 成，该层具有良好的可扩充性，可以随着应用的需要增加服务器的数目。处于第三层的是数 据层，由数据库系统组成。
[0005] 粗糙集理论是处理模糊和不确定知识的一种薪新的数学工具，粗糙集理论是建立 在分类机制的基础上的，它将分类理解为在特定空间上的等价关系，而等价关系构成了对 该空间的划分。粗糙集理论将知识理解为对数据的划分，每一被划分的集合称为概念。粗糙 集理论的主要思想是利用已知的知识库，将不精确或不确定的知识用已知的知识库中的知 识来(近似)刻画。
[0006] 粗糙集理论虽然仅有三十一年的发展历程却已逐渐成为数据挖掘领域的研究热 点之一，基于粗糙集理论的属性约简和规则提取算法具有十分重要的研究意义。粗糙集理 论还可以被应用到对高校学生的学习成绩的分析等方面的研究。
[0007] 在当代的应试教育中，成绩好坏仍然是衡量学生是否掌握所学知识的一个标准。 现在教学的课程分为理论、实验、课程设计三大板块，传统的成绩分析通常采用数理统计 法，只是单调地进行考试分、平时分等方面的分析，占用固定百分比的方式，然而测定学生 本课程成绩的影响因素有很多，如平时考勤、书面作业完成情况、实验试题完成情况等，这 些细节因素都会影响学生的最终成绩，传统的取均值的方式会导致数据产生较大误差，这 不利于对该门课程的教学进行高效改进。而将粗糙集理论应用于学生单科成绩测评，利用 粗糙集强大的数据分析、处理、加工能力，以及约简等算法找出影响学生成绩的关键因素， 对微小的影响因素进行模糊处理，并开发出相应测评系统，提高学生成绩测评的科学性与 准确性。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是针对现有学生成绩评分方式的缺陷，提供一种基于粗糙集理论对 学生的单科成绩进行决策分析方法以及分析器。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案:一种基于粗糙集的学生单科成绩 决策分析方法，其特征在于包括以下步骤：
[0010] (1)根据学科情况构建基于粗糙集理论的学生单科各项成绩评价指标体系；
[0011] (2)利用数据约简算法对成绩评价指标体系进行属性约简和规则提取；
[0012] (3)将新学生的成绩基础数据输入成绩决策系统，对比成绩评价指标体系与已提 取的决策规则，快速得到对应的成绩等级。
[0013] 所述步骤1中成绩评价指标体系的构建具体采用以下步骤:结合课程实际情况，选 取若干项成绩评定的主要因素，设置差异化评价级别，选取的因素作为条件属性，成绩评级 作为决策属性。
[0014] 所述步骤2具体包括以下步骤:在构建的成绩评价指标体系中输入采集的学生成 绩数据，提取条件属性;用语言值评语集的数值化和连续数值的离散化方法，对数据实施数 值化和离散化;应用数据约简算法对处理后的数据实施属性约简，删除不必要的冗余属性， 生成决策信息系统;再从约简后的决策信息系统中得到决策规则。
[0015] 所述步骤2中的数据约简算法是定义一个信息系统(U，AT，F)，U为对象集，U= 1x1， x2,……，xn}，U的每个元素 xi称为一个对象;AT为属性集，其中每个元素称为一个属性;F为 U与AT之间的关系集，？=出:1]->￥1}，￥1为&1的值域；
[0016] 如果AT = C U D，C Π /> = 0，则信息系统(U，AT，F)为决策信息系统，其中C为条件属 性集，D为决策属性集；
[0017] 基于属性重要程度的约简：
[0018] 设(U，AT，F)是一个信息系统，DB是U上的优势关系，Be j如果满足以下条件：
[0019] (1)Db = Da；
[0020] (2)Va e A, D? Φ Dh - 〇；
[0021 ]则称集合B是(U，AT，F)的一个属性约简；
[0022] 假设C和D分别表示条件属性集和决策属性集，属性子集C'gC关于D的重要程度 可定义为：ScdK ) = yc(D)-yc-c，（D)，，其中 yc(D) = |posc(D) |/|U| ;
[0023] 当C' = {a}时，属性aec关于D的重要程度定义为：
[0024] 5CD(a)= γ c(D)-γ c-{a}(D),
[0025] 设&D(a)是属性aEC关于D的重要程度AD(b)是属性bee关于D的重要程度，若
[0026] (1)δ?(ε〇>δ⑶(b)，则属性aec比属性bee关于D的重要性大；
[0027] (2WCD(a)〈SCD(b)，则属性aec比属性bee关于D的重要性小；
[0028] (3)SCD(a) = SCD(b)，则属性aec和属性bee关于D同等重要；
[0029] 若α(0〈α〈1)为某一给定的阈值，SCD(a)是属性aeC关于D的重要程度，若
[0030] (1) SeD(a)>a，则属性a e C关于D的重要性大，是重要属性；
[0031] (2)δ?(?〇<α，则属性aeC关于D的重要性小，是冗余属性。
[0032] -种基于粗糙集的学生单科成绩决策分析方法的分析器，其特征在于包括:成绩 评价模块、基础数据采集模块、预处理模块、分析模块和成绩决策模块；
[0033] 其中所述成绩评价模块用于选取不同学科成绩评定的主要因素，设置差异化评价 级别，选取的因素作为条件属性，成绩评级作为决策属性，构建基于粗糙集理论的学生单科 各项成绩评价指标体系；
[0034]所述基础数据采集模块用于采集各学科学生各项成绩数据，并提取条件属性； [0035]所述预处理模块用于将采集的评成绩数据进行数值化和连续数值的离散化处理； [0036]所述分析模块用于应用数据约简算法对处理后的数据实施属性约简，删除不必要 的冗余属性，生成决策信息系统;再从约简后的决策信息系统中得到决策规则；
[0037]所述成绩决策模块用于输入新学生的成绩基础数据，对比成绩评价指标体系与已 提取的决策规则，得到对应的成绩等级。
[0038] 本发明旨在提高高校成绩评定准确性、减轻教师重复工作量以提高工作效率。本 发明有以下两点有益效果。
[0039] (1)提高单科成绩评定精确性:本发明核心是粗糙集数据挖掘算法。信息约简以及 在约简基础上的决策支持是基于粗糙集理论的重要应用方面。在粗糙集理论中，知识是基 于对对象分类的能力，分类的过程是将相差不大的对象分为一类。它们的关系是不可分辨 关系，也称等价关系，而约简则是能保证决策分类质量的最小属性集合。在信息约简基础上 的决策支持可以辅助教师对学生成绩评价作出更为科学、更为合理、更为精确的决策。
[0040] (2)减少成绩评定工作量，提高教师工作效率:本发明的系统实现了可视化，交互 界面简洁清晰。用户只需输入数据，决策分析由系统完成，大大缩减了成绩评定的工作量与 时间，提高了教师工作效率。
【附图说明】
[0041] 图1是本发明基于粗糙集的学生单科成绩决策分析方法的流程图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0043] 本发明基于粗糙集的学生单科成绩决策分析方法的流程图见图1。
[0044] 以计算机学院课程为例，认为学生单科成绩决策由学生的"实验课"、"理论课"、 "课程设计"三个方面决定，以这三个方面作为条件属性输入，通过粗糙集约简算法和规则 提取，所得结果经过分析得到对决策属性产生影响的条件属性，从而删除冗余信息，形成精 简的规则以便作出快速、准确的决策。
[0045] 学生单科成绩决策由学生的"实验课"、"理论课"