決策樹算法在學生選課系統(tǒng)中的應用

張悅 楊學全

摘 要：決策樹算法是一種直觀的、易于理解和實現(xiàn)的科學算法，將決策樹算法積極運用于學生選課系統(tǒng)中能夠獲得諸多良好的效果。本文在分析決策樹以及決策樹分類算法中最常使用的C4.5算法的基礎上，重點研究了決策樹算法在學生選課系統(tǒng)中的應用。

關鍵詞：決策樹算法；學生選課系統(tǒng)；C4.5算法；應用

如何提高學校網(wǎng)絡選課系統(tǒng)的使用效率和質量，有效發(fā)揮選課系統(tǒng)的功能與作用，是各大教育機構最為關切的重點課題。決策樹算法是一種直觀的、易于理解和實現(xiàn)的科學算法，將決策樹算法積極運用于學生選課系統(tǒng)中能夠獲益良多，對于提高學生選課系統(tǒng)利用率具有極大幫助。

1 決策樹

決策樹是一種直觀的圖解法、預測模型，其建立在概率分析基礎之上，人們在把握研究對象各種已知情況發(fā)生概率前提下運用決策分支畫來分析各種情況的映射關系，最終構成一個類似于二叉樹結構的空間架構圖，因圖形很像一棵散開的樹而用術語稱為決策樹。決策樹主要由3個層次構成：①最頂層為根節(jié)點，由根節(jié)點向下分支不同的小節(jié)點；②中間層為葉子節(jié)點，相當于屬性的展示，利用每個分支的測試屬性功能可以測試出節(jié)點的屬性；③最終層為葉節(jié)點，該層主要負責規(guī)劃類別，當開始由樹根向下逐層測試時，根據(jù)節(jié)點屬性系統(tǒng)會自動規(guī)劃節(jié)點類別。通過構造決策樹模型，我們可以利用模型的數(shù)據(jù)生成、預測2大功能來得出某些規(guī)律或進行預測，模型中樹的根節(jié)點相當于一個空間的集合，葉子節(jié)點與葉節(jié)點是空間集合的分裂子集，通過屬性測試可可生成多個數(shù)據(jù)集合，最終形成葉節(jié)點的集合數(shù)據(jù)，可獲得規(guī)律集合便于分析和研究。

2 決策樹分類算法--C4.5算法

在決策樹分類算法當中，C4.5是一種最常使用的算法，其是基于ID3算法而延伸的一種更具效率性、準確性的算法。C4.5算法被廣泛應用于多個研究領域，主要由3大步驟組成：①算法：由決策樹提供給定的訓練數(shù)據(jù)，Generate Decision Tre；②輸入：samples（訓練樣本）、Attribute list（備選屬性集合）；③隨后輸出：一棵決策樹。具體如下：

（1）生成根節(jié)點N；（2）IF T都屬于D的同類，返回葉節(jié)點N后可標記為D；（3）IF attribuetlist 為空或T中所剩余的樣本數(shù)，若樣本數(shù)低于給定值則可返回葉節(jié)點N，其中標記N為T類中出現(xiàn)最多次數(shù)的類；（4）For each attribuetlist 代表中屬性，其計算信息的增幅率為inf ormation gain ratio；（5）N的測試屬性為test attribute= attribuetlist，因而attribuetlist具有最高級增幅率屬性；（6）IF的屬性測試具有連續(xù)性，找到IF屬性即為該屬性的分割閥值；（7）For each 的節(jié)點N為一種始發(fā)的葉節(jié)點（IF的葉節(jié)點和樣本子集T相對應，為空時改分裂節(jié)點可生成始發(fā)節(jié)點，從而標記為T中出現(xiàn)最多的類。）

3 決策樹算法在學生選課系統(tǒng)中的應用

學生選課系統(tǒng)的規(guī)劃和設計復雜而繁瑣，需要涉及許多計算機方面的知識，同時選課系統(tǒng)是否合理、科學直接關系到教育者對相關信息的收集、整理和分析，進而最終影響整個選課教學質量以及學生對選修課的積極性。其中，目標數(shù)據(jù)挖掘、課程設計決策樹分類法結果是決策樹算法與技術在學生選課系統(tǒng)中的應用。

3.1 目標數(shù)據(jù)挖掘

筆者從學校官網(wǎng)中隨機抽取了一些不同類學生的基本信息，運用決策樹算法和技術對這些學生信息進行統(tǒng)一分類，綜合分析學生的愛好及需求，以實現(xiàn)目標數(shù)據(jù)挖掘，如表1是對學生信息進行處理的方法。最后，以所得的目標屬性、目標數(shù)據(jù)來設置選修課程，以確保選修課程能夠得到學生的認可與接受，數(shù)據(jù)挖掘后最終生成決策樹，如圖1所示。

（其中1、0分別代表女生、男生；0、1、2分別代表一、二、三年級；0、1分別代表文科、理科；0、1、2分別代表文學課、藝術課和專業(yè)課）

3.2 課程設計決策樹分類法結果

根據(jù)學生的愛好、需求以及期望值，運用決策樹算法得出的結果顯示：對專業(yè)選修課有興趣愛好的多為二、三年級學生，男女比例相當，這是由于二、三年級學生開始為其今后畢業(yè)做準備，以提高自身的專業(yè)知識與技能為根本學習目標。而對文學選修課有興趣愛好的多為一、二年級學生，男女比例相當，這是由于一年級學生需要學習較多的專業(yè)課程，自身學習任務與壓力較大，因而在選修課程上偏向于簡單、輕松的課程，主要以開拓眼界與知識面為目標。對于藝術選修課有興趣愛好的學生很少，一般是一年級女生偏向選擇該課程。由此數(shù)據(jù)分類結果得看得出一個結論：決定不同年級學生選課類型與方向的主要因素是興趣愛好、就業(yè)兩大因素，其中低年級選擇選修課程大多由自身愛好決定，而高年級學生在選擇選修課程時更多考慮的是求職就業(yè)。

參考文獻：

[1]朱娟，楊豐華.改進的決策樹算法在教務管理數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)中的應用[J].教育技術導刊，2010（4）.