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[국내논문] 군집화 기반 프로세스 마이닝을 이용한 커리큘럼 마이닝 분석
Curriculum Mining Analysis Using Clustering-Based Process Mining 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.38 no.4, 2015년, pp.45 - 55  

주우민 (아주대학교 산업공학과) ,  최진영 (아주대학교 산업공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we consider curriculum mining as an application of process mining in the domain of education. The basic objective of the curriculum mining is to construct a registration pattern model by using logs of registration data. However, subject registration patterns of students are very unstr...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 이러한 비구조화 프로세스 문제를 해결하기 위한 접근 방법으로 군집화 기반 커리큘럼 마이닝 프레임워크를 제안한다. 제안된 프레임워크는 군집화 단계와 프로세스 마이닝 단계의 2가지 단계로 구성된다.
  • 본 논문에서는 이러한 비구조화 프로세스 문제를 해결하기 위해 교과목 속성 기반의 군집화 방법을 기반으로 한 군집화 기반 커리큘럼 마이닝 프레임워크를 제안 하였다. 교과목 속성 기반 군집화 방법은 기존의 학생 속성 기반의 군집화와는 달리 속성 데이터의 획득이 용이하며, 정량적인 분석이 가능하다는 장점을 갖는다.
  • 본 논문에서는 프로세스 마이닝의 응용 분야 중 하나인 커리큘럼 마이닝에서 학생들의 실제 수강 이력을 바탕으로 수강패턴 모델을 도출하는 문제를 고려하였다. 그러나 수강패턴 모델은 다른 일반적인 프로세스 마이닝 모델과 달리 학생들이 독립적으로 교과목을 신청하는 경우가 많기 때문에 액티비티 간 인과관계가 약해 이해가 어렵고 복잡도가 높은 비구조화 프로세스의 특징을 갖는다는 문제가 있다.
  • 본 연구에서는 Joo and Choi[6]에 기초하여 [Figure 3]과 같은 군집화 기반 커리큘럼 마이닝 프레임워크를 제안한다. 군집화 기반 커리큘럼 마이닝은 교육정보시스템에서 수집한 이수 현황표 데이터(학생들의 교과목 수강 이력)과 교과목 속성 데이터(교과목명, 학수구분 등)을 이용해 수행된다.
  • 먼저 이수 현황표 데이터를 이벤트 로그 형태로 변환 하는 데이터 전처리를 수행하여 비군집화 이벤트 로그를 생성한다. 본 연구에서는 비군집화 이벤트 로그로 프로세스 모델을 도출하는 경우에 나타나는 비구조화 프로세스 모델 문제를 해결하기 위해 교과목 기반 군집화 방법을 제안한다.
  • 본 연구에서는 이러한 방법을 적용하기 위한 선행 단계로서 프로세스 마이닝 소프트웨어인 ProM[21]에서 제공하는 프로세스 마이닝 기법을 이용해 A 대학교 산업공학과 학생들의 실제 수강 이력에 대한 수강패턴 모델을 도출하고자 하였다. 그러나 도출된 모델에서는 예외적인 프로세스 동작이 많고, 프로세스 단계 간의 인과 관계 가약하기 때문에 복잡도가 높은 비구조화 프로세스의 특징을 가졌다.
  • 또한 더 나아가서는 이러한 분석 결과를 바탕으로 학생 별 과거 수강 교과목 데이터를 기반으로 관심 전공 분야 별 수강 지도를 체계적으로 할 수 있는 방법이 제안 되어야 한다. 본 연구에서는 이를 위한 방법으로 데이터 마이닝과 프로세스 마이닝 분야에서 연구되고 있는 결과를 교육 분야에 응용한 커리큘럼 마이닝 기술을 적용하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
범주형 데이터는 직접 군집화를 적용할 수 없으며 전처리가 반드시 필요한 이유는 무엇인가? 특히,공학인증 목표 달성도는 전문능력, 협업능력, 자주의식의 3가지 세부 속성으로 구분할 수 있으며, 각 속성에 대한 목표 달성도는 0부터 12까지의 정수로 표현된다. 하지만, 과목명, 학수 수분, 연구 분야와 같은 범주형 데이터는 그 자체로는 계량화가 불가능하며 단순히 데이터를 구분하는 이름에 불과하다. 따라서 범주형 데이터는 직접 군집화를 적용할 수 없으며 이에 대한 전처리가 반드시 필요하다[5].
데이터 마이닝이란 무엇인가? 데이터 마이닝이란 컴퓨터 기반 정보시스템의 대용량데이터 저장소에서 데이터를 읽어 들이고, 정보를 생산하여 지식을 얻어내는 기법이다. 이를 이용하여 교육 현장에서 발생하는 독특한 형태의 데이터에 대해 탐구하는 방법을 개발하고, 학생에 대한 이해와 그들이 학습하는 교육과정에 대한 이해를 깊게 하기 위한 것이 교육 데이터 마이닝이다.
비구조화 프로세스는 보다 효율적인 프로세스 모델 도출 방법이 필요한 이유는 무엇인가? 9 이상인 패스만을 고려한 디폴트 옵션을 이용해 도출한 수강패턴 모델임에도 불구하고, 매우 복잡한 구조를 보이고 있다. 일반적으로 이러한 비구조화 프로세스는 프로세스 마이닝 기법을 직접 적용하는 것이 매우 어렵기 때문에 프로세스의 구조를 정확하게 파악할수 없다는 문제점이 있으며 보다 효율적인 프로세스 모델 도출 방법이 필요하다.
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참고문헌 (22)

  1. Bogarin, A., Romero, C., Cerezo, R., and Sanchez-Santillan, M., Clustering for improving educational process mining. Learning Analytics And Knowledge, 2014, pp. 11-15. 

  2. Cairns, A.H., Gueni, B., Fhima, M., Cairns, A., David, S., and Khelifa, N., Towards Custom-Designed Professional Training Contents and Curriculums through Educational Process Mining. Information Mining and Management Conference, 2014 

  3. Chung, S.Y. and Kwon, S.T., A Process Mining using Association Rule and Sequence Pattern. Journal of the Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2008, Vol. 31, No. 2, pp. 104-111. 

  4. Dutt, A., Aghabozrgi, S., Ismail, M.A.B., and Mahroeian, H., Clustering algorithms applied in educational data mining. International Journal of Information and Electronics Engineering, 2015, Vol. 5, No. 2, p. 257. 

  5. Han, J., Kamber, M., and Pei, J, Data mining : concepts and techniques. Netherlands : Elsevier, 2011, pp. 383-403. 

  6. Joo, W.M. and Choi, J.Y., Registration Pattern Analysis and Curriculum Improvement using Clustering and Process Mining. Proceedings of the KORMS/KIIE/ESK/KSIE/KSS 2015 Spring Conference, Jeju, pp. 3871-3880. 

  7. Kodinariya, T.M. and Makwana, P.R., Review on determining number of Cluster in K-Means Clustering. International Journal of Advance Research in Computer Science and Management Studies, 2013, Vol. 1, No. 6, pp. 90-95. 

  8. Lee, T.H., Lee, M.J., and Lee, J.C., A Development of an Adviser Tool for the ABEEK Accredited Program using Curriculum Flowchart. Journal of the Korea Society of Computer and Information, 2009, Vol. 14, No. 8, pp. 97-106. 

  9. Pechenizkiy, M., Trcka, N., De Bra, P., and Toledo, P., Curri M : curriculum mining. Educational Data Mining, 2012. 

  10. Pechenizkiy, M., Trcka, N., Vasilyeva, E., Van Aalst, W., and De Bra, P., Process mining online assessment data. Educational Data Mining, 2009. 

  11. Rozinat, A. and Van der Aalst, W., Conformance testing : Measuring the fit and appropriateness of event logs and process models. Business Process Management Workshop, Springer Berlin Heidelberg, 2006, pp. 163-176. 

  12. Rozinat, A., De Medeiros, A.K.A., Gunther, C.W., Weijters, A.J.M.M., and Van der Aalst, W., The need for a process mining evaluation framework in research and practice. Business Process Management Workshop, Springer Berlin Heidelberg, 2008, pp. 84-89. 

  13. Seol, H.J., Kim, C.H., Lee, C.Y., and Park, Y.T., A new approach to structuring the process based on design structure matrix(DSM). Journal of the Korean Society for Quality Management, 2009, Vol. 37, No. 3, pp. 39-53. 

  14. Southavilay, V., Yacef, K., and Callvo, R.A., Process mining to support students' collaborative writing. Educational Data Mining, 2010. 

  15. Trcka, N. and Pechenizkiy, M., From local patterns to global models : Towards domain driven educational process mining. Intelligent Systems Design and Applications 9th International Conference, 2009, pp. 1114-1119. 

  16. Trcka, N., Pechenizkiy, M., and Van der Aalst, W., Process mining from educational data. United Kingdom : Chapman and Hall, 2010, pp. 123-142. 

  17. Van der Aalst et al., Process mining manifesto. In Business process management workshops, Springer Berlin Heidelberg, 2012, pp. 169-194. 

  18. Van der Aalst, W. and Gunth, C., Finding structure in unstructured processes : The case for process mining. Application of Concurrency to System Design 7th International Conference on IEEE, 2007, pp. 3-12. 

  19. Van der Aalst, W., Process mining : discovery, conformance and enhancement of business processes. USA : Springer Science and Business Media, 2011, pp. 301-317. 

  20. Van der Aalst, W., Process mining : discovery, conformance and enhancement of business processes. USA : Springer Science and Business Media, 2011, pp. 98-107. 

  21. Van Dongen, B.F., de Medeiros, A.K.A., Verbeek, H.M. W., Weijters, A.J.M.M., and Van Der Aalst, W., The ProM framework : A new era in process mining tool support. Applications and Theory of Petri Nets, Springer Berlin Heidelberg, 2005, pp. 444-454. 

  22. Veiga, G.M. and Ferreira, D.R., Understanding spaghetti models with sequence clustering for ProM. Business Process Management Workshop, 2010, pp. 92-103. 

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