基于智能推薦的圖書(shū)館管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喬秀珍

(榆林學(xué)院 圖書(shū)館， 榆林 719000)

0 引言

在推薦系統(tǒng)中，協(xié)同過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用最為普遍。該技術(shù)的原理是：基于一組興趣相同的用戶(hù)對(duì)物品或者信息的偏好評(píng)價(jià)，發(fā)掘用戶(hù)、物品或者信息之間的關(guān)聯(lián)程度，并過(guò)濾篩選出其中的有用信息，以此向目標(biāo)用戶(hù)進(jìn)行推薦。因此，協(xié)同過(guò)濾技術(shù)適用于向特定用戶(hù)推薦可能感興趣的內(nèi)容，并且具有快速及健壯性等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于圖書(shū)館管理系統(tǒng)而言，若引入?yún)f(xié)同過(guò)濾技術(shù)，就能夠通過(guò)用戶(hù)借閱圖書(shū)的歷史信息向讀者用戶(hù)更準(zhǔn)確地推薦其可能感興趣的圖書(shū)，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)?；谏鲜鲇^點(diǎn)，本文提出一種基于協(xié)同過(guò)濾技術(shù)的圖書(shū)館管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程分析

圖書(shū)館管理系統(tǒng)由查詢(xún)借閱、書(shū)籍管理等主要業(yè)務(wù)模塊構(gòu)成，因此本文分別對(duì)其業(yè)務(wù)流程進(jìn)行具體分析：

1.1 查詢(xún)借閱流程分析

現(xiàn)有的圖書(shū)館管理系統(tǒng)中，查詢(xún)借閱的具體流程為：讀者根據(jù)自身實(shí)際需要，首先通過(guò)在百度等互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎中輸入關(guān)鍵詞來(lái)查找出相關(guān)書(shū)籍的名稱(chēng)，然后在圖書(shū)館管理系統(tǒng)中輸入書(shū)籍的名稱(chēng)來(lái)進(jìn)行查詢(xún)，在查找到目標(biāo)書(shū)籍后完成實(shí)體書(shū)籍借閱及記錄等流程。

分析上述流程，發(fā)現(xiàn)其中存在的主要問(wèn)題有3點(diǎn)：

第一，圖書(shū)館內(nèi)的藏書(shū)資源并非完美無(wú)缺，因此可能出現(xiàn)圖書(shū)館藏書(shū)中缺少用戶(hù)所需書(shū)籍的情況；

第二，用戶(hù)通過(guò)百度等互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎所查找到的結(jié)果，通常包含了搜索條件范圍內(nèi)的若干本書(shū)籍，而現(xiàn)有的流程中缺少書(shū)籍推薦環(huán)節(jié)，無(wú)法幫助用戶(hù)明確具體的目標(biāo)；

第三，性別、年齡、受教育程度、興趣等諸多方面相近的用戶(hù)，對(duì)書(shū)籍的需求具有較高的相似度，但現(xiàn)有的流程中沒(méi)有對(duì)用戶(hù)進(jìn)行分類(lèi)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)同推薦功能。

1.2 書(shū)籍管理流程分析

現(xiàn)有的圖書(shū)館管理系統(tǒng)中，書(shū)籍管理的具體流程為：圖書(shū)館根據(jù)與出版社之間商定的協(xié)議，結(jié)合近期熱點(diǎn)及用戶(hù)申請(qǐng)情況來(lái)進(jìn)行書(shū)籍采購(gòu)；然后由管理人員通知提交申請(qǐng)的用戶(hù)，并根據(jù)圖書(shū)索書(shū)號(hào)完成書(shū)籍的上架擺放；對(duì)于破損、過(guò)期的書(shū)籍，選擇性地將其歸檔或者銷(xiāo)毀。

分析上述流程可以發(fā)現(xiàn)：在實(shí)際情況中，許多用戶(hù)并不會(huì)主動(dòng)提交書(shū)籍采購(gòu)申請(qǐng)，因此書(shū)籍的采購(gòu)存在盲目性的問(wèn)題；根據(jù)圖書(shū)索書(shū)號(hào)進(jìn)行擺放的方式，會(huì)導(dǎo)致有關(guān)聯(lián)的書(shū)籍?dāng)[放過(guò)遠(yuǎn)的問(wèn)題。

綜上所述，現(xiàn)有的圖書(shū)館管理系統(tǒng)在各功能方面都已形成了一套較為成熟的流程，但其中也存在著一些問(wèn)題。此外，事物都在不斷的發(fā)展變化當(dāng)中，用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)功能的要求在提升，而管理人員對(duì)管理效率的要求也同樣在提升。因此，現(xiàn)有的流程必然需要作出相應(yīng)的改進(jìn)，才能夠滿(mǎn)足用戶(hù)不斷發(fā)展變化的需求。

2 系統(tǒng)功能需求分析

本文從系統(tǒng)參與者的角度，對(duì)圖書(shū)館管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備的功能進(jìn)行分析，具體包括讀者用戶(hù)、圖書(shū)館管理人員以及系統(tǒng)管理員。

2.1 讀者用戶(hù)分析

讀者用戶(hù)是圖書(shū)館管理系統(tǒng)的核心參與者，對(duì)圖書(shū)館管理系統(tǒng)的主要功能需求是：通過(guò)該系統(tǒng)，能夠查找并獲取自身所需求的藏書(shū)資源信息，然后完成書(shū)籍實(shí)體的借閱及歸還，同時(shí)還能夠在整個(gè)過(guò)程中獲得良好的個(gè)性化服務(wù)體驗(yàn)。讀者用戶(hù)的用例圖，如圖1所示。

圖1 讀者用戶(hù)用例圖

2.2 圖書(shū)館管理人員分析

圖書(shū)館管理人員的核心業(yè)務(wù)工作包括書(shū)籍管理以及讀者用戶(hù)管理，對(duì)圖書(shū)館管理系統(tǒng)的主要功能需求是：通過(guò)該系統(tǒng)，能夠?qū)?shū)籍進(jìn)行全生命周期的管理，包括采購(gòu)、登記、上架、下架等，并且能夠?qū)ψx者用戶(hù)進(jìn)行分類(lèi)管理。圖書(shū)館管理人員的用例圖，如圖2所示。

圖2 圖書(shū)館管理人員用例圖

2.3 系統(tǒng)管理員分析

系統(tǒng)管理員的核心工作是對(duì)圖書(shū)館管理系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理，對(duì)圖書(shū)館管理系統(tǒng)的主要功能需求是：能夠通過(guò)該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等。系統(tǒng)管理員的用例圖，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)管理員用例圖

3 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程以及系統(tǒng)功能需求的分析結(jié)果，本文對(duì)圖書(shū)館管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體包括功能架構(gòu)、邏輯架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)三個(gè)方面。

3.1 功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能需求分析結(jié)果，本文針對(duì)讀者用戶(hù)、圖書(shū)館管理人員以及系統(tǒng)管理員等不同用戶(hù)的實(shí)際需求，對(duì)圖書(shū)館管理系統(tǒng)的主要功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能架構(gòu)

3.2 邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

B/S模式具有開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、維護(hù)方便、擴(kuò)展性良好、管理成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且其分布性特征能夠有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，本文所設(shè)計(jì)的圖書(shū)管理系統(tǒng)采用B/S模式進(jìn)行架構(gòu)，由用戶(hù)界面層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層組成，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

3.3 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所提出的圖書(shū)館管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能推薦功能，因此必須高效合理地對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)上述要求，本文對(duì)圖書(shū)館管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)建立讀者信息表、圖書(shū)信息表、預(yù)約圖書(shū)信息表等數(shù)據(jù)表格，以此來(lái)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理及挖掘工作提供支持。以書(shū)籍信息數(shù)據(jù)表為例，具體如表1所示。

表1 書(shū)籍信息數(shù)據(jù)表

3.4 智能推薦算法設(shè)計(jì)--協(xié)同過(guò)濾推薦

在本文所設(shè)計(jì)的圖書(shū)館管理系統(tǒng)中，協(xié)同過(guò)濾算法的主要作用是基于讀者用戶(hù)的書(shū)籍借閱、書(shū)籍評(píng)分以及資源檢索等歷史信息，通過(guò)對(duì)這些單維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終預(yù)測(cè)讀者用戶(hù)的偏好，以此實(shí)現(xiàn)書(shū)籍推薦功能。具體來(lái)說(shuō)，書(shū)籍推薦功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程可分為兩個(gè)階段：首先，歸納統(tǒng)計(jì)讀者用戶(hù)借閱書(shū)籍后的歷史評(píng)分信息，以此建立用戶(hù)-圖書(shū)評(píng)價(jià)矩陣，作為協(xié)同過(guò)濾算法的輸入數(shù)據(jù)；然后，利用協(xié)同過(guò)濾算法進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)所得到的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行推薦。

在利用協(xié)同過(guò)濾算法進(jìn)行推薦預(yù)測(cè)這一階段，主要是通過(guò)計(jì)算相似度、相似近鄰選擇及預(yù)測(cè)值，然后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行排序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體計(jì)算方法如下：

本文選擇了能夠較好地描述變量間線(xiàn)性相關(guān)程度的皮爾森相關(guān)系數(shù)，以此對(duì)用戶(hù)與用戶(hù)、書(shū)籍與書(shū)籍間的相似性進(jìn)行計(jì)算。變量正則表示相關(guān)，為0則表示不相關(guān)，若為-1則表示完全負(fù)相關(guān)。設(shè)兩個(gè)讀者用戶(hù)a與u都評(píng)價(jià)過(guò)的書(shū)籍集合為Ia,u，則這兩個(gè)讀者用戶(hù)間的相似性的計(jì)算式為式(1)。

sim(a,u)=corra,u=

(1)

設(shè)讀者用戶(hù)u對(duì)書(shū)籍i的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)為Ru,i，對(duì)書(shū)籍j的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)為Ru,j,借閱過(guò)書(shū)籍i和書(shū)籍j的讀者用戶(hù)集合為Uij，則書(shū)籍i和書(shū)籍j的相似性的計(jì)算公式為：

sim(i,j)=corri,j=

(2)

為了保證相似近鄰具有較高的可信度，本文在選擇過(guò)程中僅篩選出相似度大于0的鄰居作為近鄰。設(shè)S(u)為讀者用戶(hù)u的相似近鄰集合，則其計(jì)算式為式(2)。

S(u)={ua|ua∈T(u),sim(ua,u)>0,ua≠u(mài)}

(3)

設(shè)S(i)為書(shū)籍i的相似近鄰集合，則其計(jì)算式為式(4)。

S(i)={ik|ik∈T(i),sim(ik,i)>0,ik≠i}

(4)

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算出讀者用戶(hù)u對(duì)書(shū)籍i的評(píng)分預(yù)測(cè)為式(5)。

(5)

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試測(cè)試

為了驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的圖書(shū)管理系統(tǒng)的可行性及性能情況，分別對(duì)該系統(tǒng)的主要功能模塊及運(yùn)行性能進(jìn)行測(cè)試。

4.1 系統(tǒng)功能測(cè)試

圖書(shū)管理系統(tǒng)主要功能模塊的測(cè)試過(guò)程為：讀者用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)并登錄本系統(tǒng)后，輸入關(guān)鍵字進(jìn)行書(shū)籍查找操作，然后在查找結(jié)果中選擇目標(biāo)書(shū)籍并完成借閱手續(xù)，之后對(duì)該書(shū)籍進(jìn)行評(píng)分反饋。圖書(shū)管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄讀者用戶(hù)的評(píng)分信息，并根據(jù)協(xié)同過(guò)濾算法來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)，最終向讀者用戶(hù)提供圖書(shū)推薦功能。圖書(shū)管理系統(tǒng)主要功能模塊的測(cè)試結(jié)果如下。

(1) 用戶(hù)登錄

讀者用戶(hù)輸入賬號(hào)后完成登錄圖書(shū)管理系統(tǒng)的操作，系統(tǒng)登錄界面如圖6所示。

圖6 用戶(hù)登錄界面

(2) 書(shū)籍檢索

讀者用戶(hù)輸入關(guān)鍵詞進(jìn)行書(shū)籍查找操作，書(shū)籍檢索結(jié)果如圖7所示。

圖7 圖書(shū)檢索界面

(3) 書(shū)籍推薦

圖書(shū)管理系統(tǒng)通過(guò)協(xié)同過(guò)濾算法對(duì)讀者用戶(hù)的歷史評(píng)分信息進(jìn)行計(jì)算，向讀者用戶(hù)提供書(shū)籍推薦結(jié)果，如圖8所示。

圖8 書(shū)籍推薦界面

4.2 系統(tǒng)性能測(cè)試

本文所構(gòu)建的系統(tǒng)性能測(cè)試環(huán)境為：服務(wù)器采用Intel Core 3.40GHz處理器，安裝Windows Server 操作系統(tǒng)；客戶(hù)機(jī)采用Intel Pentium 1.86GHz處理器，安裝Windows 7操作系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為100M局域網(wǎng)。

圖書(shū)管理系統(tǒng)性能測(cè)試的具體過(guò)程為：由客戶(hù)機(jī)所安裝的瀏覽器對(duì)圖書(shū)管理系統(tǒng)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，模擬若干個(gè)用戶(hù)進(jìn)行系統(tǒng)登錄、書(shū)籍借閱、書(shū)籍評(píng)分以及書(shū)籍推薦等操作，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試。

圖書(shū)管理系統(tǒng)性能測(cè)試的結(jié)果如表2所示。

表2 圖書(shū)管理系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果

從表2所示的測(cè)試結(jié)果可以看到，本文所設(shè)計(jì)的圖書(shū)管理系統(tǒng)在不同的負(fù)載情況下，均表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，并且對(duì)模擬用戶(hù)的各項(xiàng)操作能夠及時(shí)響應(yīng)，CPU占用率、內(nèi)存占用率、平均響應(yīng)時(shí)間等各方面的數(shù)據(jù)都達(dá)到了較高水平。

5 總結(jié)

本文所設(shè)計(jì)的圖書(shū)館管理系統(tǒng)，通過(guò)引入?yún)f(xié)同過(guò)濾技術(shù)，能夠根據(jù)讀者用戶(hù)的書(shū)籍借閱、評(píng)分等歷史信息，較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)讀者用戶(hù)的偏好，從而智能化地向其推薦書(shū)籍。該功能的實(shí)現(xiàn)，能夠提高圖書(shū)館管理系統(tǒng)的服務(wù)水平，滿(mǎn)足讀者用戶(hù)的個(gè)性化需求，具有重要的意義。