基于云計(jì)算的大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)＊

鐘曉虹

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 龍巖 364021）

1 引言

隨著大學(xué)招生規(guī)模的不斷擴(kuò)展，學(xué)生數(shù)量不斷上升，大多數(shù)學(xué)生是獨(dú)生子女，進(jìn)入大學(xué)后，部分學(xué)生適應(yīng)能力和獨(dú)立生活能力相對(duì)較差，再加上學(xué)業(yè)、就業(yè)以及社會(huì)多方面壓力，一些學(xué)生出現(xiàn)了不同程度的心理健康問(wèn)題[1-3]。近些年，由于心理健康問(wèn)題引起的一些惡性事件在高校出現(xiàn)的概率越來(lái)越高，如何減少心理健康問(wèn)題的發(fā)生，保證大學(xué)生心理健康是當(dāng)前高校面臨的一個(gè)難題[4-6]。

為了及時(shí)、有效掌握發(fā)現(xiàn)大學(xué)生心理健康變化規(guī)律，許多專(zhuān)家、高校老師以及研究人員進(jìn)行了一系列的研究，提出了許多大學(xué)生心理健康服務(wù)平臺(tái)[7]，通過(guò)心理健康服務(wù)平臺(tái)對(duì)一些與心理健康相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，跟蹤大學(xué)生心理變化趨勢(shì)，識(shí)別一些心理健康有問(wèn)題的學(xué)生，并對(duì)其制定相應(yīng)預(yù)案。有學(xué)者提出了如基于QT技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)心理健康平臺(tái)[8]、基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)心理健康平臺(tái)[9]、移動(dòng)終端的網(wǎng)絡(luò)心理健康平臺(tái)等[10-11]。這些平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中，均存在一些不足，如無(wú)法進(jìn)行心理健康在線(xiàn)服務(wù)，且心理健康問(wèn)題具有海量性，心理健康數(shù)據(jù)分析效率低[12]。

云計(jì)算技術(shù)集成了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)，適合于海量的心理健康數(shù)據(jù)分析[13-14]。為了改進(jìn)當(dāng)前服務(wù)平臺(tái)存在的不足，以獲得理想的服務(wù)效果，本文設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算技術(shù)的大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)平臺(tái)，并通過(guò)具體實(shí)例和對(duì)比分析，驗(yàn)證了該平臺(tái)的特性。

2 云計(jì)算大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)平臺(tái)

2.1 大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)

基于云計(jì)算的大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)平臺(tái)采用多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，各層之間具有一定的關(guān)聯(lián)性，每一層包括多個(gè)模塊，各個(gè)模塊具有一定的功能，同一層模塊相對(duì)獨(dú)立，服務(wù)平臺(tái)易擴(kuò)展，自適應(yīng)能力強(qiáng)，該平臺(tái)的基本架構(gòu)如圖1所示。

2.2 平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

平臺(tái)包括：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、云計(jì)算層、結(jié)果展示層，具體描述如下：

(1) 數(shù)據(jù)采集層。該層是實(shí)現(xiàn)大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)的基礎(chǔ)，通過(guò)一些設(shè)備對(duì)大學(xué)生心理健康數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。設(shè)備包括：各種類(lèi)型傳感器以及攝像機(jī)，其中傳感器采集大學(xué)生心理指標(biāo)數(shù)據(jù)、攝像機(jī)用于學(xué)生身份信息的采集和認(rèn)證；

(2) 數(shù)據(jù)傳輸層。采用多種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大學(xué)生心理健康數(shù)據(jù)的接收、傳輸以及存儲(chǔ)；

(3) 云計(jì)算層。該層是大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)平臺(tái)的核心層，又可以細(xì)分為：數(shù)據(jù)預(yù)處理層、數(shù)據(jù)智能分析層、信息服務(wù)層，它們相互配合實(shí)現(xiàn)大規(guī)模大學(xué)生心理健康數(shù)據(jù)挖掘、分析、融合。子層具體描述如下：

a) 數(shù)據(jù)預(yù)處理層。大學(xué)生心理健康數(shù)據(jù)類(lèi)型多，量綱不一樣，同時(shí)數(shù)據(jù)可能存在一些以噪聲形式表現(xiàn)的無(wú)用數(shù)據(jù)，該層主要功能為：數(shù)據(jù)分類(lèi)，將數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)類(lèi)別，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化操作，使它們的值處于同一個(gè)區(qū)間內(nèi)，并去除其中噪聲，提高大學(xué)生心理健康數(shù)據(jù)的質(zhì)量，便于后續(xù)數(shù)據(jù)智能挖掘與分析；

b) 數(shù)據(jù)智能分析層。其最為關(guān)鍵，主要通過(guò)引入一些數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)擬合大學(xué)生心理健康變化規(guī)律，通過(guò)云計(jì)算分布式技術(shù)同時(shí)將大學(xué)生心理健康分析任務(wù)分配給各個(gè)節(jié)點(diǎn)并行處理，對(duì)各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行融合，得到大學(xué)生心理健康狀態(tài)；

c) 信息服務(wù)器。即將大學(xué)生心理健康狀態(tài)以消息、語(yǔ)音、視頻方式存儲(chǔ)起來(lái)，為結(jié)果展示層提供相應(yīng)信息；

(4) 結(jié)果展示層。該層是大學(xué)生心理健康服務(wù)平臺(tái)的最外層，主要負(fù)責(zé)將健康狀態(tài)分析結(jié)果發(fā)送給大學(xué)生或者心理咨詢(xún)師，實(shí)現(xiàn)大學(xué)生心理健康服務(wù)。

2.3 云計(jì)算平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及模式識(shí)別技術(shù)不斷發(fā)展，每天產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)單機(jī)方法對(duì)這些數(shù)據(jù)處理的速度已經(jīng)達(dá)到了瓶勁，從技術(shù)層面上無(wú)法實(shí)現(xiàn)突破，在該背景下，出現(xiàn)了云計(jì)算技術(shù)[15]。云計(jì)算技術(shù)將一些單機(jī)組織在一起，采用并行方式進(jìn)行運(yùn)行和管理，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，一個(gè)大型任務(wù)被細(xì)分為多個(gè)子任務(wù)，對(duì)每一個(gè)子任務(wù)分配一個(gè)普通計(jì)算機(jī)(節(jié)點(diǎn))，更快完成任務(wù)的處理速度。云計(jì)算平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

2.4 大學(xué)生心理健康服務(wù)數(shù)據(jù)處理方式

為了滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)的處理需求，云計(jì)算平臺(tái)采用MapReduce 方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括Map 和Reduce 函數(shù)。具體處理方式為：首先讀取大學(xué)生心理健康數(shù)據(jù)，分成多個(gè)小規(guī)模的數(shù)據(jù)，Map 函數(shù)為每一個(gè)小規(guī)模數(shù)據(jù)分配一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)并行對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，得到相應(yīng)的處理結(jié)果，然后采用Reduce函數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)的處理結(jié)果進(jìn)行融合，并將大學(xué)生心理健康數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器中，具體如圖3所示。

2.5 大學(xué)生心理健康服務(wù)的數(shù)據(jù)挖掘

大學(xué)生心理健康服務(wù)數(shù)據(jù)挖掘本質(zhì)是將其劃為多種等級(jí)，如正常、異常，異常又可以細(xì)分為嚴(yán)重、中等、輕度，實(shí)際是一種多分類(lèi)問(wèn)題。為此本文引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的支持向量機(jī)對(duì)大學(xué)生心理健康狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)，該算法在普通節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)，所有普通節(jié)點(diǎn)得到的結(jié)果在服務(wù)器進(jìn)行融合和輸出。

支持向量機(jī)算法尋找一個(gè)最優(yōu)分類(lèi)超平面對(duì)大學(xué)生心理健康狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)，該平面盡可能將各類(lèi)大學(xué)生心理健康狀態(tài)區(qū)分開(kāi)來(lái)。設(shè)大學(xué)生心理健康服務(wù)數(shù)據(jù)集合：{xi，yi}，i=1，2，…，n，xi表示大學(xué)生心理健康特征；yi表示大學(xué)生心理健康狀態(tài)的類(lèi)型，最優(yōu)該超平面可以描述

式中，ω和b是待求解權(quán)值向量和偏移向量。

對(duì)式(1)中權(quán)值和偏移向量進(jìn)行直接求解，一般無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此需要對(duì)式(1)進(jìn)行一定的變換，得到一個(gè)與其求解過(guò)程等價(jià)的形式，通過(guò)引入松弛因子ξi變化一個(gè)二次化問(wèn)題，具體如下

式中，C為支持向量機(jī)的懲罰參數(shù)。

為進(jìn)一步簡(jiǎn)化求解過(guò)程，采用Lagrange乘子(αi)設(shè)計(jì)式(2)的對(duì)偶形式，得到

根據(jù)式(3)得到Lagrange 乘子的值，從而得到ω的計(jì)算公式為

大學(xué)生心理健康狀態(tài)分類(lèi)的決策函數(shù)具體如下

大學(xué)生心理健康服務(wù)數(shù)據(jù)具有一定的非線(xiàn)性，引入核函數(shù)k(x，xi)代替點(diǎn)積操作Φ(xi)Φ(xj)，這樣式(5)變?yōu)?/p>

對(duì)于云計(jì)算平臺(tái)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)式(6)可以得到基于支持向量機(jī)的大學(xué)生心理健康狀態(tài)分類(lèi)結(jié)果，在服務(wù)器中對(duì)健康狀態(tài)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行融合，從而得到最終結(jié)果，根據(jù)最終結(jié)果判斷學(xué)生是否存在心理健康問(wèn)題。

3 仿真測(cè)試

3.1 測(cè)試對(duì)象以及云計(jì)算平臺(tái)設(shè)置

為分析基于云計(jì)算的大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)平臺(tái)的性能，采用具體實(shí)例進(jìn)行測(cè)試，隨機(jī)選取某省多名大學(xué)生作為測(cè)試對(duì)象。該云計(jì)算平臺(tái)包括一個(gè)云服務(wù)器，20個(gè)普通節(jié)點(diǎn)，服務(wù)器主要負(fù)責(zé)對(duì)普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理、協(xié)調(diào)和控制，而普通節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)心理健康在線(xiàn)服務(wù)，配置如表1所示。

表1 云計(jì)算的服務(wù)器和普通節(jié)點(diǎn)配置

構(gòu)建大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)平臺(tái)，界面如下圖所示。

3.2 平臺(tái)工作效率測(cè)試

對(duì)于一個(gè)心理健康服務(wù)平臺(tái)，工作效率十分關(guān)鍵，直接影響大學(xué)生心理健康在線(xiàn)、實(shí)時(shí)性，統(tǒng)計(jì)不同規(guī)模數(shù)據(jù)量下平臺(tái)的響應(yīng)時(shí)間，在相同條件下，選擇基于QT 技術(shù)和Android的心理健康服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。從圖5可知，隨著心理健康分析數(shù)據(jù)不斷增加，所有平臺(tái)的響應(yīng)時(shí)間上升，其中QT 技術(shù)的響應(yīng)時(shí)間上升幅度最大，其次為Android，而本文平臺(tái)的響應(yīng)時(shí)間上升幅度小，表示本文平臺(tái)的工作效率最高，這主要是因?yàn)楸疚钠脚_(tái)引入云計(jì)算技術(shù)對(duì)大學(xué)生心理健康分析問(wèn)題進(jìn)行并行處理，加快了數(shù)據(jù)處理速度，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代大學(xué)生心理健康服務(wù)數(shù)據(jù)向大規(guī)模發(fā)展的要求，可以實(shí)現(xiàn)心理健康在線(xiàn)服務(wù)要求。

3.3 大學(xué)生心理健康評(píng)測(cè)精度分析

對(duì)于一個(gè)大學(xué)生心理健康在線(xiàn)服務(wù)平臺(tái)來(lái)說(shuō)，評(píng)測(cè)精度十分重要，同樣采用兩種平臺(tái)進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行10次仿真實(shí)驗(yàn)，每一次選取對(duì)不同數(shù)量大學(xué)生作為測(cè)試對(duì)象，統(tǒng)計(jì)每一次實(shí)驗(yàn)的心理健康評(píng)測(cè)精度，結(jié)果如圖6所示。對(duì)圖6的評(píng)測(cè)精度進(jìn)行分析可知，QT 平臺(tái)的評(píng)測(cè)精度最低，本文平臺(tái)的評(píng)測(cè)精度最高，這是因?yàn)楸疚囊肓藬?shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)大學(xué)生心理健康狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)，高精度描述了學(xué)生心理健康變化規(guī)律，準(zhǔn)確刻畫(huà)了每一個(gè)學(xué)生心里健康狀態(tài)，可根據(jù)評(píng)測(cè)結(jié)果制定相應(yīng)大學(xué)生心理健康問(wèn)題預(yù)防方案，降低心理健康問(wèn)題發(fā)生概率。

4 結(jié)束語(yǔ)

大學(xué)生心理健康問(wèn)題直接影響學(xué)生情緒和高校穩(wěn)定，是國(guó)家和社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，為了適應(yīng)當(dāng)前大學(xué)生心理健康的發(fā)展要求，提供更優(yōu)的大學(xué)生心理健康服務(wù)質(zhì)量，設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算的大學(xué)生心理健康服務(wù)平臺(tái)。通過(guò)云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建服務(wù)平臺(tái)，服務(wù)器通過(guò)分布式技術(shù)將各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在一起，在各節(jié)點(diǎn)上引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)擬合大學(xué)生心理健康變化特點(diǎn)，得到心理健康狀態(tài)，服務(wù)器對(duì)各節(jié)點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行有效融合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將結(jié)果輸出到相應(yīng)的終端。測(cè)試結(jié)果表明，該平臺(tái)可以滿(mǎn)足大學(xué)生心理健康服務(wù)要求，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。