一种基于网络流的学业成绩分析方法

1.本发明属于数据处理领域，具体来说是一种融合培养计划、时空序列、学位审核、学业预警、课程替代等多维度因素的基于网络流的学业成绩分析方法。


背景技术：

2.学校指定培养计划形成培养计划文本文件。学生完成培养计划所列要求，即可获得学位，这就是学位审核。培养计划有不同的时间节点，在每个时间节点会有相应的培养计划完成要求，根据学生落后培养计划要求的多少，分别给出不同等级的警告和处理，这就是学业预警。
3.学生可以通过修读学院指定课程来替代培养计划所列课程，如可以用高等数学(1)替代高等数学(2)。课程之间的替代是单向的，不可以用高等数学(2)来替代高等数学(1)。课程的替代也是单次的，每门课程仅能替代一次。需要寻找最佳匹配关系，使得学生匹配替代课程最优，这就是课程替代问题。
4.培养计划的层级是不定的，所谓层级指的是子模块的嵌套层数，如培养计划只有n个子模块，每个子模块均无下属子模块，那么嵌套层数为1。培养计划a模块嵌套i层，b模块嵌套j层，i可以不等于j，且i和j均为自然数，并无最大嵌套层数的限制。培养计划的子模块数也是不定的，一个培养计划可以有n个子模块，n为自然数，无最大子模块数的限制。培养计划a模块有i个子模块，b模块有j个子模块，i可以不等于j，且i和j均为自然数，并无最大子模块数的限制。
5.情况一：培养计划模块a有子模块a和子模块b，表示子模块a和子模块b均需通过，模块a才通过。情况二：培养计划模块a有子模块a和子模块b，表示子模块a和子模块b二选一通过，模块a通过。情况三：培养计划模块a有子模块a、子模块b、...、子模块x，表示子模块多选n通过，模块a通过。情况四：子模块a下无子模块且课程列表不为空，课程列表中的所有课程通过，模块通过。情况五：子模块a下无子模块且课程列表不为空，课程列表中的多选n个课程通过，模块通过。情况六：子模块a下课程列表为空且无子模块，所有类别为a的课程均可选择。这些不同的情况，在培养计划文本文件中的结构及语义是一致的。这就是同一语义下的不同通过标准(子模块均需通过、子模块二选一通过、子模块多选n通过)的学业成绩分析问题。
6.因此本文利用网络流相关知识，提出了一种基于网络流的学业成绩分析方法。该方法可以准确生成课程替代最优方案，可以有效解决不定层级、不定子模块数、同一语义下的不同通过标准的学业成绩分析问题，可以高效、全面、多维、准确地进行学业成绩分析。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于辅助学校教务工作、为学校教学提供数据支撑，主要内容为提供一种基于网络流的学业成绩分析方法，该方法通过融合培养计划、时空序列、学位审核、学业预警、课程替代等多维度因素进行学业成绩一体化综合分析来生成学业成绩分析结
果，该方法可以高效、全面、多维、准确地进行学业成绩分析。
8.本发明的基于网络流的学业成绩分析方法，包括如下步骤：
9.步骤一：从文本数据递归划分子模块，并构建培养计划数据结构。
10.步骤二：用网络流生成课程替代最优方案。
11.步骤三：根据培养计划、学业成绩、结合有效学分机制生成模块成绩分析结果，并在模块分析完成后递归生成父模块分析结果。
12.步骤四：融合培养计划、时空序列、学位审核、学业预警、课程替代等多维度因素，根据整体分析完成后生成综合结果。
13.进一步地，所述步骤一的具体过程如下：
14.将培养计划文本文件按单元格读入，培养计划文本数据可以表示为textlist[0]，textlist[1]，...，textlist[m]，其中textlist[i]表示行培养计划文本数据。textlist[i]＝{textlist[i][0]，textlist[i][1]，...，textlist[i][n]}，单元格培养计划文本数据用textlist[i][j]表示。plan表示传入的培养计划数据结构或模块数据结构(可将总培养计划看作根模块，或将子模块看作子培养计划)，depth为当前递归深度，cnt为最大递归深度。通过递归划分子模块及定位跳出模块，得到该培养计划文本文件生成的培养计划数据结构(采用json表示)。
[0015]
进一步地，所述步骤二的具体过程如下：
[0016]
课程之间有单向替代关系，可以用单向边表示，s
→
t代表s课程可以替代t课程。学生有m门非培养计划课程，每门用si表示。学生有n门培养计划未修读课程，每门用tj表示。其中有若干条si→
tj的映射关系f(x)，每门课仅可替代一次。根据映射关系f(x)将已修读替代课程si和培养计划未修读课程tj用单向边连接起来，虚拟出已修读课程源点s和培养计划未修读课程汇点t，将s连接到每一个si结点，将t连接到每一个tj结点，使用网络流理论算法计算出最大流、最小费用最大流和最佳匹配，得到最佳课程替代方案。
[0017]
进一步地，所述步骤三的具体过程如下：
[0018]
递归访问培养计划数据结构，在叶子模块将培养计划需修读课程与学业成绩数据库比对，每个课程取绩点最高成绩作为有效成绩。同时对课程替代方案里的课程进行课程替代，同样取课程绩点最高成绩作为有效成绩。将所有取得有效成绩且符合获得学分要求的课程在该叶子模块取有效学分，当有效学分合计大于该叶子模块应修学分，该叶子模块通过，该叶子模块在其父模块的有效学分取该叶子模块应修学分，否则有效学分取0。非叶子模块以此类推，当子模块有效学分之和大于该模块应修学分，则该模块通过，该模块有效学分取该模块应修学分，否则取0，递归得到最终结果。
[0019]
进一步地，所述步骤四的具体过程如下：
[0020]
得到步骤三生成的分析结果后，根据数据生成学位审核结果、学业预警结果、课程替代表、时空序列、树形成绩表等学业成绩分析结果。
[0021]
本发明的有益效果为：
[0022]
本发明基于网络流，无需手动指定课程替代方案，通过建立网络流图，应用网络流理论算法计算最大流、最小费用最大流和最佳匹配，得到最佳课程替代方案。同时设计了一种有效学分机制，可以有效解决不定层级、不定子模块数、同一语义下的不同通过标准(子模块均需通过、子模块二选一通过、子模块多选n通过)的学业成绩分析问题，对其进行自动
判定，避免了冗杂的手动标注。同时融合培养计划、时空序列、学位审核、学业预警、课程替代等多维度因素进行分析，为学校教学教务提供数据支撑。
附图说明
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图1为本发明的基于网络流的学业成绩分析方法流程图。
[0024]
图2为本发明的步骤一的主要方法流程图。
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图3为本发明所使用的网络流建图模型。
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图4为本发明的步骤二的主要方法流程图。
[0027]
图5为本发明的步骤三的主要方法流程图。
具体实施方式
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下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
[0029]
结合图1，本发明提出一种基于网络流的学业成绩分析方法，具体实施步骤如下：
[0030]
步骤一：将培养计划文本文件按单元格读入为培养计划文本数据textlist，其中textlist[i][j]表示第i行第j列单元格。预先用深度计算函数计算出最大递归深度cnt，将当前深度depth初始化为0，将空培养计划数据结构plan传入函数。如果当前深度小于最大递归深度，则说明当前层访问的是非叶子模块，则将当前层所有子项加入子模块列表。同时根据子模块列表计算出子模块所占用的培养计划文本数据textlist范围，并将其传入函数进行递归。当前子模块列表为空或当前深度等于最大递归深度，则说明当前层访问的是叶子模块，则将当前层所有子项加入课程列表。最后函数计算定位出应修学分的存储位置，并将其加入模块信息。
[0031]
该步骤主要方法见图2。
[0032]
步骤二：根据课程映射关系f(x)和学业成绩数据库将已修读替代课程si和培养计划未修读课程tj用单向边连接起来，虚拟出已修读课程源点s和培养计划未修读课程汇点t，将s连接到每一个si结点，将t连接到每一个tj结点，建图如图3所示。根据边数计算出映射规则数m，将单向边费用设为被替代课程学分f的相反数，将单向边容量设为1。使用网络流理论算法计算出最大流、最小费用最大流和最佳匹配，得到最佳课程替代方案。
[0033]
该步骤主要方法见图4。
[0034]
步骤三：
[0035]
传入步骤一生成的培养计划数据结构plan，递归访问培养计划数据结构，在叶子模块将培养计划需修读课程与学业成绩数据库比对，每个课程取绩点最高成绩作为有效成绩。同时对步骤二生成的课程替代方案里的课程进行课程替代，同样取课程绩点最高成绩作为有效成绩。将所有取得有效成绩且符合获得学分要求的课程在该叶子模块取有效学分，当有效学分合计大于该叶子模块应修学分，该叶子模块通过，该叶子模块在其父模块的有效学分取该叶子模块应修学分，否则有效学分取0。非叶子模块以此类推，当子模块有效学分之和大于该模块应修学分，则该模块通过，该模块有效学分取该模块应修学分，否则取0，递归得到最终结果。
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该步骤主要方法见图5。
[0037]
步骤四：
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将步骤三生成的成绩分析结果与步骤一的培养计划数据结构融合，计算各模块已修读课程、未修读课程、替代课程、被替代课程、已修学分、应修学分、未修学分，写入综合成绩分析结果。结合培养计划数据结构和学业成绩数据库的时空信息，组合成时空序列，得到每学期、每学年的修读学分表，写入综合成绩分析结果。根据成绩分析结果和培养计划数据结构得到学位审核和学业预警结果，写入综合成绩分析结果。
[0039]
综上可知，采用本发明的一种基于网络流的学业成绩分析方法，可以准确生成课程替代最优方案，可以有效解决不定层级、不定子模块数、同一语义下的不同通过标准的学业成绩分析问题，可以高效、全面、多维、准确地进行学业成绩分析。
[0040]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。