基于关联规则的成绩预警模型研究

摘 要：近年来，随着我国高校招生规模的不断扩大以及不断提高的信息化程度，在各学校的教务系统中普遍存储了大量的资料、数据等信息。在这些资料和数据等信息中，内在隐藏了大量的、有价值的内在规律。数据挖掘技术是从大量的、随机的数据中找出隐藏在其中的、有价值的信息的过程。该文提出了一种基于关联规则挖掘的成绩预警模型。

关键词：关联规则 Apriori算法 成绩预警模型

中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-00-01

数据挖掘技术可以在教学管理过程中应用，会在教学效果考察、课程设置安排等方面起到帮助作用。举一个例子来说，学校开设的专业课之间，如何合理安排课程的先后顺序，也就是怎样安排学生在学校中学习和知识增长的过程。合理的安排可以有效提高学校管理的提前预知、教法的合理选择以及教学的科学指导，对高校教育管理、人才创新能力培养，具有十分重要的意义。因成绩预警信息针对性很强，简单利用以关联规则为基础的数据挖掘技术很难解决成绩预警问题。该文将关联规则应用于学生的成绩之中，提出有针对性的课程成绩预警模型，为实践提供理论依据。

1 核心原理

在研究和利用关联规则之前，必须先理清相关概念。关联规则定义是在交易数据以及信息载体中，对存在于项目集合或对象集合之间的频繁模式、关联、相关性或因果结构进行查找，通过分析数据之间的相关关系，找出内在的联系。说得更具体一些，关联规则就是类似XY的表达式，X、Y分别代表关联规则的先导、后继。假设I是项的集合。一个给定的交易数据库，标记为D，每个数据t都是集合I的非空子集，也就是每个交易都与唯一的标识符相对应，记为TID。

两个重要的概念：D中的支持度是D中事务同时包含X、Y的百分比，也就是概率；包含X的同时又包含Y的百分比，即条件概率叫做置信度。关联规则的挖掘过程包含两个重要阶段：第一阶段，从资料集合中找出所有的高频项目组；第二阶段，由找到的高频项目组中产生关联规则。

该文提出的理论模型基于关联规则的Apriori算法。Apriori算法是一种基于挖掘关联规则的频繁项集算法，通过对数据关联性进行分析、挖掘，找出数据在决策制定过程中重要的参考价值。

Apriori算法目前也被应用于高校管理中。例如：学校的管理部门对于贫困学生的资助问题，由于贫困生数量的增多导致工作的难度也逐渐加大。针对这一问题，Apriori算法可以提出解决方法。该文借鉴了Apriori算法在教学管理中的具体应用，建立了成绩预警模型。

2 基于关联规则的成绩预警模型

在高校的教学管理中，对学生进行科学的学习评价是十分重要的工作职责，不但能对学生起到信息反馈、激发学习动力的作用，又能检查学校整体的课程安排计划是否合理，还能发现学生间的个体差异达到因材施教。

在我国目前的教学管理体系中，成绩是评价学生的最主要指标。学生在学校学习的过程中，各门课程都会产生成绩数据，每门课又会根据实际情况，产生诸如平时成绩、考勤成绩、期末成绩等多项成绩数据。面对如此大量的数据，利用数据挖掘技术，对学生的学习成绩数据库进行科学的分析处理，可以及时掌握学生的评价结果，对学生成绩出现的问题及时预警、及时解决，更好的开展教学工作。

该文提出了以下一种基于关联规则的成绩预警的理论模型，目的是对成绩进行系统地预警分析。本预警模型试图通过兴趣度约束、预警项集约束以及项顺序关系约束三种约束关系，实现对数据的定向挖掘，使分析结果具有更强的针对性。该模型完全可以基于现实数据来源来开展实验研究，具有很强的可操作性。

模型中，预警工作可以划分成两个阶段：训练阶段、预警阶段。在训练阶段，预警系统接收学生成绩的训练数据，从接收到的数据中自动形成系统所需的成绩预警规则；在预警阶段，系统依照训练阶段生成的预警规则，结合输入的学生成绩和预警课程信息，产生预警信息。

基于关联规则的成绩预警模型由以下五部分组成：（1）成绩输入（输出）口；（2）预处理模块；（3）预警规则挖掘模块；（4）成绩预警规则（5）预警模块。

预警规则的挖掘是成绩预警系统中最为核心的部分。预警模块根据输入的学生成绩数据和预警课程信息，从成绩预警规则中提取相应的预警规则集，根据所设计的预警策略决定是否生成预警信息。在实际的预警过程中，具体过程如下：

（1）系统处理一个接收到的学生成绩数据；

（2）通过预处理模块将数据转变成系统规定的标准格式；

（3）预警模块中的预警课程信息从预警规则库中提取预警规则集，分析成绩数据，进行匹配分析；

（4）匹配预警时，首先在成绩数据中寻找当前规则的前项。如果找不到，则认为此条规则不适用于这条记录，放弃匹配，转向规则集中的下一条规则；如果能够找到，则认为此条规则适用于这条记录，通过预警信息输出口输出预警信息，并退出预警过程。

通过上述过程，学生成绩数据的预警工作就可以自动完成。通过系统输出的预警信息，教师、学生都可以根据具体情况，不断改进自身的教学或学习工作，提高整体的学习成绩。

3 结语

该文提出了一种基于关联规则挖掘的成绩预警的理论模型，以预警规则集为基础，根据预警算法生成预警信息。该理论模型的实际可操作性极强，可直接应用于目前的教学管理中。通过实际的实践过程，还可以不断充实、完善该模型，达到更好的效果。

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