基于大数据技术的高校轻量级财务系统设计

摘 要：针对传统高校财务系统存在运行效率低、运行成本高以及运行性能不稳定等问题，本文设计了一种基于大数据技术的高校轻量级财务系统。结合业务层、技术层及数据层的工作原理对系统电路和编码器等硬件进行优化，并引入决策树拟合构建财务管理关系模型，对高校财务数据进行交叉验证，由此完成了软件设计。系统测试表明，与传统财务系统相比，本系统实现了对高校财务数据的实时监控与有效挖掘，在运行效率、运行成本以及运行性能等方面均具有显著优势，对提高高校财务管理水平具有积极意义。

关键词：大数据；高校财务系统；轻量级；关系模型

中图分类号： F 27 文献标志码：A

作为我国社会经济发展的重要战略指导方向，“创新驱动”离不开财务系统的有效辅助。目前，多数高校已有智能财务系统，在一定程度上成为高校正常运转的必要组成部分。作为现代高校发展的趋势，数字化已成为重点推进工作，为提高工作效率、实现数字化建设目标提供了支持[1]。而作为高校数字化建设过程中的核心，财务系统设计俨然成为当下所关注的重点。我国学界对高校财务系统方面的研究较多，例如赵男男[2]提出一种基于改进C4.5算法的高校财务系统，对原始财务数据进行预处理，降低数据属性的冗余性；胡欧哲等[3]提出设计一种基于OCR技术的高校财务管理系统，实现了信息化建库管理，使财务安全管理效率得到提高。综合文献可知，虽然目前系统具有一定应用性，但是仍存在部分问题，例如缺少统一串口，导致运行效率低；海量数据未得到利用，无法起到管理作用。因此，依托大数据技术思想，本文设计了一种高校轻量级财务系统，试验证明，与传统财务系统相比，本系统能够显著提升运行效率、运行成本以及运行性能，具有良好的推广价值。

1 整体设计

系统采用大数据技术实现了财务职能与决策管理等相关应用。在系统中，主要功能集中在数据收集、数据萃取以及数据分析等领域，通过这些功能，高校可以得到一个具有良好扩展性的财务平台。从技术层面来看，系统整体设计采用了基于面向服务技术（Service Oriented Architecture，SOA）的轻量级SQLite数据库。系统架构利用SOA思想，从业务层、技术层以及数据层3个方面切入，构建一系列规则来约束架构过程。其中，根据业务和用户需要，技术层负责提取整合后的数据，并对这些数据进行深度分析，从而发现隐藏数据规律；财务数据通过技术层处理后进入业务层，该层将批量数据收集和线上数据收集作为核心业务模块，将数据仓库作为该层主体；数据层为用户提供完善的访问空间，该层通过多类型程序实现了数据查询工作。由此可见，在业务层、技术层以及数据层的基础上，系统形成了一个起于数据收集，再经数据挖掘分析，最后到展示的数据流控制系统。

2 硬件优化

2.1 通信电路

因为系统功能外设及内部芯片对电压需求存在差异，所以需要向系统提供2种不同电压（3V和5V），并且为了保证断电后系统能够正常运行，采用双电源供电的方式，即额外增加锂电池供电，由此确保系统的稳定性[4]。通信电路实现了系统硬件与服务器的数据交互，电路采用DART设计，如图1所示。当单片机发送数据时，控制引脚为高电平，通过TXD发送数据；当单片机接收数据时，控制引脚为低电平，通过RXD接收数据。当自动收发（不用单片机引脚）数据时，数据会自动通过RXD到单片机，当需要发送数据时，自动通过TXD发送出去，即仅需要连接RXD和TXD引脚，不需要用引脚连接RE、DE引脚。

2.2 编码器

系统设计以混合架构为依据，其原因是系统业务繁杂且变换性较大，各功能需要应对不同场景[5]。在高校财务管理中，高流畅度极为重要，因此响应速度就成为开发重点。选用E6A2光电编码器进行设计，编码器工作原理如图2所示。编码器通过传感装置将输入信号转换为电信号，转换后的电信号经过滤波、放大和数字化等处理，便于后续计算；处理后的电信号被发送到服务器，这些数字信号表示输入信号在时间与空间上的变化。服务器对这些数据进行分析和处理，并根据控制目标调整输出信号，以实现期望工作。此外，在编码项目上，可以设立项目入账、动态分析以及成本管控等内容，由于编码器是独立运行的，因此可以有效实现上述功能。编码器还附带许多功能，可以提高高校财务的管理效率和财务管理的应用性[6]。利用高校财务管理系统电路设计并结合编码器工作原理，进一步完成系统的硬件优化。

3 软件设计

3.1 构建回归模型

基于决策树拟合构建高校财务自变量与因变量之间的关系模型，通过线性回归对其进行深度分析。因此，为了解2个变量之间具有何种关系，应构建包括n个自变量的线性模型f，如公式（1）所示。

f=ω1+ω2z1+ω3z2+…+ωnzn+k1 " " "（1）

式中：k1为关系模型中的常数项；ωx（x=1，2，3，…，n）为第x个解释变量zx（x=1，2，…，n）中的回归系数。

线性回归模型需要将方差作为常量，同时各个观测值之间的关系也应互相独立，残差项与解释变量也应处于独立状态，且要与正态分布相符合。当构建模型时，通过计算决策树预估量与方差预估量，实现高校财务管理的线性回归，预估量e如公式（2）所示。

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

式中：f为财务线性模型；ω'x（x=1，2，3，…，n）为财务管理中第x个残差项zx（x=1，2，…，n）的回归系数。

方差预估量e（v）如公式（3）所示。

（3）

式中：e为预估量；y为选取指标数；n为自变量数量。

通过决策树拟合构建自变量与因变量之间的关系模型，测算决策树与方差的预估量，以此构建财务线性回归模型。

3.2 分析财务数据

不对高校财务信息进行假设，预测自变量与因变量的线性相关性，在财务数据分析上，采用样本预估法测试高校财务数据的准确性，同时进行交叉验证，如公式（4）所示。

（4）

式中：accuracy为预估精度；d为指标数量；λ为指标函数；f为财务线性模型；ωx为回归系数；zn为解释变量。

对因变量预估精度来说，通过样本测试与交叉验证的方法分析财务数据，随后计算回归预估精度，如公式（5）所示。

（5）

式中：accuracy为预估精度；d为指标数量；p为预估因子；f为财务线性模型；ωx为回归系数；zn为解释变量。

对财务数据进行交叉验证后再计算回归预估精度，以此完成财务数据分析过程。

3.3 设计运算流程

在JSP模式的基础上，采用轻量级SQLite设计数据库，由此实现数据库连接。SQLite能够简化操作，使数据库在功能上更规范。系统运算流程如图3所示，可以将其概括为5个步骤。1）通过loadclass模式，根据系统数据库版本将传入参数设置为Sqlite。2）设定数据用户名、密码以及地址等连接，并采用Getconnection（）将参数传入到系统中。3）通过Gotostatement（）创建对象。4）根据各次返回的next实现数据移动，将数据表与索引关联在一起，判定返回结果。5）关闭步骤2，其间会产生部分运算损耗，因此在关闭前应完成所有步骤。根据运算流程实现了财务管理步骤与系统软件设计。

4 系统测试

4.1 试验参数

为了验证本系统在运行效率与运行成本等方面的性能，在Simulia仿真平台上将其与传统高校财务系统进行比较测试，根据系统验证试验设定来确定试验参数，见表1。

4.2 运行效率

基于试验参数，2种系统的运行效率试验结果如图4所示。由试验可知，本系统在管理财务数据信息时的运行效率最高，其原因是本系统能够对财务数据信息进行线性回归分析，同时可以利用轻量级SQLite减少系统内的数据传输量，由此显著提高系统的运行效率。

4.3 运行成本

比较本系统与传统高校财务系统的运行成本，结果如图5所示。由试验可知，本系统在数次迭代过程中的运行成本始终比传统高校财务系统低，表明本系统在传输财务数据信息的过程中能够保持较高水平，其原因是本系统在运行时先对财务数据进行分析，从而降低运行成本。

4.4 运行性能

为了进一步验证系统运行性能，将财务数据分别写入本系统的SQLite数据库与传统高校财务系统的MariaDB数据库，并在2种数据库中对客户端数据进行查询和检索等操作。针对数据库特点进行性能测试，在建立Sharding进程的基础上测试单线程批量数据写入，结果如图6所示。由试验可知，在相同读写次数状态下，本系统始终保持较短的反应时间，运行性能稳定。

5 结语

综上所述，为了进一步完善高校内部财务管理制度、持续优化资源配置，本文针对传统财务系统存在的各类问题设计了一种轻量级财务系统，该系统应用大数据技术，在设计环节使项目入账、动态分析以及成本管控统一，通过系统软硬件优化完成了系统整体设计，实现了财务数据的有效管控。试验表明，系统在运行效率、运行成本以及运行性能等方面具有良好的效果，起到了加强高校财务数据管理效果与便于制定决策的作用，现实意义与应用价值均满足现实需求。后续可在轻型数据加密与解密方面深入研究，以此不断改进并完善系统功能。

参考文献

[1]姚子扬.基于区块链技术的企业财务管理系统设计分析[J].电子技术与软件工程，2022（18）：213-217.

[2]赵男男. 基于改进C4.5算法的高校财务预警系统设计[J].韶关学院学报，2019，40（9）：26-31.

[3]胡欧哲，张欣.基于OCR技术的高校财务档案安全管理系统研究[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2023，45（1）：160-164.

[4]孙诣来，黄健，侯岱双.RFID技术在应用型高校固定资产管理中的应用[J].长春工程学院学报（社会科学版），2022，23（3）：49-52.

[5]张骥.基于计算机技术的财务信息管理系统设计[J].贵阳学院学报（自然科学版），2023，18（4）：27-31.

[6]王丹，应晨林，曾薇伟.ERP环境下电子财务会计信息电算化系统设计[J].现代电子技术，2023，46（6）：67-72.