基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的高校輕量級(jí)財(cái)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)高校財(cái)務(wù)系統(tǒng)存在運(yùn)行效率低、運(yùn)行成本高以及運(yùn)行性能不穩(wěn)定等問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的高校輕量級(jí)財(cái)務(wù)系統(tǒng)。結(jié)合業(yè)務(wù)層、技術(shù)層及數(shù)據(jù)層的工作原理對(duì)系統(tǒng)電路和編碼器等硬件進(jìn)行優(yōu)化，并引入決策樹擬合構(gòu)建財(cái)務(wù)管理關(guān)系模型，對(duì)高校財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證，由此完成了軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)測(cè)試表明，與傳統(tǒng)財(cái)務(wù)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高校財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與有效挖掘，在運(yùn)行效率、運(yùn)行成本以及運(yùn)行性能等方面均具有顯著優(yōu)勢(shì)，對(duì)提高高校財(cái)務(wù)管理水平具有積極意義。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；高校財(cái)務(wù)系統(tǒng)；輕量級(jí)；關(guān)系模型

中圖分類號(hào)： F 27 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略指導(dǎo)方向，“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”離不開財(cái)務(wù)系統(tǒng)的有效輔助。目前，多數(shù)高校已有智能財(cái)務(wù)系統(tǒng)，在一定程度上成為高校正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要組成部分。作為現(xiàn)代高校發(fā)展的趨勢(shì)，數(shù)字化已成為重點(diǎn)推進(jìn)工作，為提高工作效率、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建設(shè)目標(biāo)提供了支持[1]。而作為高校數(shù)字化建設(shè)過程中的核心，財(cái)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)儼然成為當(dāng)下所關(guān)注的重點(diǎn)。我國(guó)學(xué)界對(duì)高校財(cái)務(wù)系統(tǒng)方面的研究較多，例如趙男男[2]提出一種基于改進(jìn)C4.5算法的高校財(cái)務(wù)系統(tǒng)，對(duì)原始財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，降低數(shù)據(jù)屬性的冗余性；胡歐哲等[3]提出設(shè)計(jì)一種基于OCR技術(shù)的高校財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息化建庫(kù)管理，使財(cái)務(wù)安全管理效率得到提高。綜合文獻(xiàn)可知，雖然目前系統(tǒng)具有一定應(yīng)用性，但是仍存在部分問題，例如缺少統(tǒng)一串口，導(dǎo)致運(yùn)行效率低；海量數(shù)據(jù)未得到利用，無(wú)法起到管理作用。因此，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)思想，本文設(shè)計(jì)了一種高校輕量級(jí)財(cái)務(wù)系統(tǒng)，試驗(yàn)證明，與傳統(tǒng)財(cái)務(wù)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)能夠顯著提升運(yùn)行效率、運(yùn)行成本以及運(yùn)行性能，具有良好的推廣價(jià)值。

1 整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了財(cái)務(wù)職能與決策管理等相關(guān)應(yīng)用。在系統(tǒng)中，主要功能集中在數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)萃取以及數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，通過這些功能，高?？梢缘玫揭粋€(gè)具有良好擴(kuò)展性的財(cái)務(wù)平臺(tái)。從技術(shù)層面來(lái)看，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)采用了基于面向服務(wù)技術(shù)（Service Oriented Architecture，SOA）的輕量級(jí)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)架構(gòu)利用SOA思想，從業(yè)務(wù)層、技術(shù)層以及數(shù)據(jù)層3個(gè)方面切入，構(gòu)建一系列規(guī)則來(lái)約束架構(gòu)過程。其中，根據(jù)業(yè)務(wù)和用戶需要，技術(shù)層負(fù)責(zé)提取整合后的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，從而發(fā)現(xiàn)隱藏?cái)?shù)據(jù)規(guī)律；財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)通過技術(shù)層處理后進(jìn)入業(yè)務(wù)層，該層將批量數(shù)據(jù)收集和線上數(shù)據(jù)收集作為核心業(yè)務(wù)模塊，將數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)作為該層主體；數(shù)據(jù)層為用戶提供完善的訪問空間，該層通過多類型程序?qū)崿F(xiàn)了數(shù)據(jù)查詢工作。由此可見，在業(yè)務(wù)層、技術(shù)層以及數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)形成了一個(gè)起于數(shù)據(jù)收集，再經(jīng)數(shù)據(jù)挖掘分析，最后到展示的數(shù)據(jù)流控制系統(tǒng)。

2 硬件優(yōu)化

2.1 通信電路

因?yàn)橄到y(tǒng)功能外設(shè)及內(nèi)部芯片對(duì)電壓需求存在差異，所以需要向系統(tǒng)提供2種不同電壓（3V和5V），并且為了保證斷電后系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，采用雙電源供電的方式，即額外增加鋰電池供電，由此確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性[4]。通信電路實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)硬件與服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互，電路采用DART設(shè)計(jì)，如圖1所示。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，控制引腳為高電平，通過TXD發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)單片機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，控制引腳為低電平，通過RXD接收數(shù)據(jù)。當(dāng)自動(dòng)收發(fā)（不用單片機(jī)引腳）數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)通過RXD到單片機(jī)，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)通過TXD發(fā)送出去，即僅需要連接RXD和TXD引腳，不需要用引腳連接RE、DE引腳。

2.2 編碼器

系統(tǒng)設(shè)計(jì)以混合架構(gòu)為依據(jù)，其原因是系統(tǒng)業(yè)務(wù)繁雜且變換性較大，各功能需要應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)景[5]。在高校財(cái)務(wù)管理中，高流暢度極為重要，因此響應(yīng)速度就成為開發(fā)重點(diǎn)。選用E6A2光電編碼器進(jìn)行設(shè)計(jì)，編碼器工作原理如圖2所示。編碼器通過傳感裝置將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過濾波、放大和數(shù)字化等處理，便于后續(xù)計(jì)算；處理后的電信號(hào)被發(fā)送到服務(wù)器，這些數(shù)字信號(hào)表示輸入信號(hào)在時(shí)間與空間上的變化。服務(wù)器對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)控制目標(biāo)調(diào)整輸出信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)期望工作。此外，在編碼項(xiàng)目上，可以設(shè)立項(xiàng)目入賬、動(dòng)態(tài)分析以及成本管控等內(nèi)容，由于編碼器是獨(dú)立運(yùn)行的，因此可以有效實(shí)現(xiàn)上述功能。編碼器還附帶許多功能，可以提高高校財(cái)務(wù)的管理效率和財(cái)務(wù)管理的應(yīng)用性[6]。利用高校財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)并結(jié)合編碼器工作原理，進(jìn)一步完成系統(tǒng)的硬件優(yōu)化。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 構(gòu)建回歸模型

基于決策樹擬合構(gòu)建高校財(cái)務(wù)自變量與因變量之間的關(guān)系模型，通過線性回歸對(duì)其進(jìn)行深度分析。因此，為了解2個(gè)變量之間具有何種關(guān)系，應(yīng)構(gòu)建包括n個(gè)自變量的線性模型f，如公式（1）所示。

f=ω1+ω2z1+ω3z2+…+ωnzn+k1 " " "（1）

式中：k1為關(guān)系模型中的常數(shù)項(xiàng)；ωx（x=1，2，3，…，n）為第x個(gè)解釋變量zx（x=1，2，…，n）中的回歸系數(shù)。

線性回歸模型需要將方差作為常量，同時(shí)各個(gè)觀測(cè)值之間的關(guān)系也應(yīng)互相獨(dú)立，殘差項(xiàng)與解釋變量也應(yīng)處于獨(dú)立狀態(tài)，且要與正態(tài)分布相符合。當(dāng)構(gòu)建模型時(shí)，通過計(jì)算決策樹預(yù)估量與方差預(yù)估量，實(shí)現(xiàn)高校財(cái)務(wù)管理的線性回歸，預(yù)估量e如公式（2）所示。

e=∑（f-ω'1-ω'2z1-ω'3z2-…ω'nzn）2 " " "（2）

式中：f為財(cái)務(wù)線性模型；ω'x（x=1，2，3，…，n）為財(cái)務(wù)管理中第x個(gè)殘差項(xiàng)zx（x=1，2，…，n）的回歸系數(shù)。

方差預(yù)估量e（v）如公式（3）所示。

（3）

式中：e為預(yù)估量；y為選取指標(biāo)數(shù)；n為自變量數(shù)量。

通過決策樹擬合構(gòu)建自變量與因變量之間的關(guān)系模型，測(cè)算決策樹與方差的預(yù)估量，以此構(gòu)建財(cái)務(wù)線性回歸模型。

3.2 分析財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)

不對(duì)高校財(cái)務(wù)信息進(jìn)行假設(shè)，預(yù)測(cè)自變量與因變量的線性相關(guān)性，在財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)分析上，采用樣本預(yù)估法測(cè)試高校財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)進(jìn)行交叉驗(yàn)證，如公式（4）所示。

（4）

式中：accuracy為預(yù)估精度；d為指標(biāo)數(shù)量；λ為指標(biāo)函數(shù)；f為財(cái)務(wù)線性模型；ωx為回歸系數(shù)；zn為解釋變量。

對(duì)因變量預(yù)估精度來(lái)說，通過樣本測(cè)試與交叉驗(yàn)證的方法分析財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，隨后計(jì)算回歸預(yù)估精度，如公式（5）所示。

（5）

式中：accuracy為預(yù)估精度；d為指標(biāo)數(shù)量；p為預(yù)估因子；f為財(cái)務(wù)線性模型；ωx為回歸系數(shù)；zn為解釋變量。

對(duì)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證后再計(jì)算回歸預(yù)估精度，以此完成財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)分析過程。

3.3 設(shè)計(jì)運(yùn)算流程

在JSP模式的基礎(chǔ)上，采用輕量級(jí)SQLite設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，由此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)連接。SQLite能夠簡(jiǎn)化操作，使數(shù)據(jù)庫(kù)在功能上更規(guī)范。系統(tǒng)運(yùn)算流程如圖3所示，可以將其概括為5個(gè)步驟。1）通過loadclass模式，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)版本將傳入?yún)?shù)設(shè)置為Sqlite。2）設(shè)定數(shù)據(jù)用戶名、密碼以及地址等連接，并采用Getconnection（）將參數(shù)傳入到系統(tǒng)中。3）通過Gotostatement（）創(chuàng)建對(duì)象。4）根據(jù)各次返回的next實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)移動(dòng)，將數(shù)據(jù)表與索引關(guān)聯(lián)在一起，判定返回結(jié)果。5）關(guān)閉步驟2，其間會(huì)產(chǎn)生部分運(yùn)算損耗，因此在關(guān)閉前應(yīng)完成所有步驟。根據(jù)運(yùn)算流程實(shí)現(xiàn)了財(cái)務(wù)管理步驟與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 試驗(yàn)參數(shù)

為了驗(yàn)證本系統(tǒng)在運(yùn)行效率與運(yùn)行成本等方面的性能，在Simulia仿真平臺(tái)上將其與傳統(tǒng)高校財(cái)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行比較測(cè)試，根據(jù)系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)定來(lái)確定試驗(yàn)參數(shù)，見表1。

4.2 運(yùn)行效率

基于試驗(yàn)參數(shù)，2種系統(tǒng)的運(yùn)行效率試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由試驗(yàn)可知，本系統(tǒng)在管理財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)信息時(shí)的運(yùn)行效率最高，其原因是本系統(tǒng)能夠?qū)ω?cái)務(wù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行線性回歸分析，同時(shí)可以利用輕量級(jí)SQLite減少系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸量，由此顯著提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4.3 運(yùn)行成本

比較本系統(tǒng)與傳統(tǒng)高校財(cái)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，結(jié)果如圖5所示。由試驗(yàn)可知，本系統(tǒng)在數(shù)次迭代過程中的運(yùn)行成本始終比傳統(tǒng)高校財(cái)務(wù)系統(tǒng)低，表明本系統(tǒng)在傳輸財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)信息的過程中能夠保持較高水平，其原因是本系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)先對(duì)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而降低運(yùn)行成本。

4.4 運(yùn)行性能

為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行性能，將財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)分別寫入本系統(tǒng)的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)與傳統(tǒng)高校財(cái)務(wù)系統(tǒng)的MariaDB數(shù)據(jù)庫(kù)，并在2種數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)客戶端數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和檢索等操作。針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)進(jìn)行性能測(cè)試，在建立Sharding進(jìn)程的基礎(chǔ)上測(cè)試單線程批量數(shù)據(jù)寫入，結(jié)果如圖6所示。由試驗(yàn)可知，在相同讀寫次數(shù)狀態(tài)下，本系統(tǒng)始終保持較短的反應(yīng)時(shí)間，運(yùn)行性能穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了進(jìn)一步完善高校內(nèi)部財(cái)務(wù)管理制度、持續(xù)優(yōu)化資源配置，本文針對(duì)傳統(tǒng)財(cái)務(wù)系統(tǒng)存在的各類問題設(shè)計(jì)了一種輕量級(jí)財(cái)務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)使項(xiàng)目入賬、動(dòng)態(tài)分析以及成本管控統(tǒng)一，通過系統(tǒng)軟硬件優(yōu)化完成了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)的有效管控。試驗(yàn)表明，系統(tǒng)在運(yùn)行效率、運(yùn)行成本以及運(yùn)行性能等方面具有良好的效果，起到了加強(qiáng)高校財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)管理效果與便于制定決策的作用，現(xiàn)實(shí)意義與應(yīng)用價(jià)值均滿足現(xiàn)實(shí)需求。后續(xù)可在輕型數(shù)據(jù)加密與解密方面深入研究，以此不斷改進(jìn)并完善系統(tǒng)功能。

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