Using machine learning methods for predicting the employment of graduates

Full Text

Введение и постановка задачи

Ценнейшим товаром на современном рынке услуг является информация о пользователе, анализ которой посредством алгоритмов машинного обучения позволяет обеспечить ее целенаправленное использование в дальнейшем. Информация о человеке, его достижениях и увлечениях считается одним из ценнейших продуктов не только на рынке рекламы, но и в образовательной среде [1; 2]. Система образования является одной из ключевых сфер жизнедеятельности любого человека и активно внедряет и использует тренды в развитии информационных технологий [3; 4]. В образовании целесообразно применять методы машинного обучения. Можно предположить, что в сфере образования возможно прогнозировать будущие места работы студентов педагогического вуза, используя данные выпускников [5; 6]. Это позволит выявить траекторию профессиональной подготовки молодых специалистов и оценить качество предоставляемых образовательных услуг вузом [7].

В связи с этим целью работы является проведение обработки данных о трудоустройстве и прогнозирование места работы студентов на примере выпускников, используя модели искусственного интеллекта.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Определить параметры, влияющие на трудоустройство выпускников.
2. Обработать данные о трудоустройстве выпускников.
3. Разработать интеллектуальную систему для прогнозирования трудоустройства выпускников.

Машинное обучение в прикладных задачах

Одним из наиболее распространенных направлений использования машинного обучения является оптимизация подборов туров в турагентствах [8]. Именно методы автоматического поиска закономерностей в больших объемах информации (данных) являются фундаментом задач прогнозирования и одним из наиболее перспективных направлений использования современных информационных технологий в различных отраслях экономики, в том числе и в туризме. В туристическом бизнесе важно понимать и оперативно предлагать клиенту определенные направления проведения досуга, в зависимости от его предпочтений, образа жизни, социального статуса и прочего. Минимизировать трудовые затраты на удовлетворение потребностей конкретного клиента, предоставив лучший вариант отдыха для него, зачастую помогают инструменты аналитики, механизмы моделирования и разработка алгоритмов. Анализ пользовательских предпочтений осуществляется на фиксации данных и их изучении. Отзывы посетителей о выбранных туристических объектах и их сегментирование по каким-либо схожим характеристикам (как со стороны объектов, так и клиентов) лежат в основе «рекомендательных систем, предлагающих пользователю наиболее подходящие для него точки притяжения, отели, рестораны и прочее». Система спрашивает у гостя при посещении сайта о его предпочтениях и возможностях и на основании отзывов пользователей предоставляет наиболее подходящие варианты отдыха данному клиенту. Из чего следует, что уже на этапе посещения сайта клиенту сразу «предсказывается» его «идеальный» тур, и на услугах менеджера по данному фронту работы можно экономить.

Data Science и Machine Learning

Чтобы научиться извлекать полезную информацию из полученных данных, необходимо их правильно обрабатывать. Для этого используется Data Science – наука о данных, которая включает в себя все инструменты, методы и технологии и позволяет обрабатывать данные и использовать их для собственной выгоды, выверяя закономерности в больших массивах данных и на их основе прогнозировать вероятность получения того или иного исхода [9].

Три основных составляющих Data Science:

1. Организация информации – это процесс ее хранения и форматирования.
2. Агрегация данных – это объединение начальных сведений в новый вид и (или) представление.
3. Доставка данных – это действие, обеспечивающее доступ к коллекциям агрегированных данных.

Существует большое количество областей для работы с данными, использующих искусственный интеллект, и одна из них – это машинное обучение (machine learning, ML) [10; 11], позволяющее создавать программы, улучшающиеся в процессе обучения.

Основные задачи ML:

1. Регрессия (предсказание числовых значений на основе заданных признаков).
2. Классификация (на основе набора признаков происходит разделение объектов).
3. Кластеризация (распределение данных на группы).

Большинство задач, которое решается посредством ML, использует определенные методы, то есть алгоритмы, позволяющие компьютеру обучаться на основе опыта и предоставленных данных, и сделать предсказание или принять решение на основе этого обучения.

Способы машинного обучения [12; 13]:

1. Машинное обучение с учителем.

В этом способе человек обучает машину с помощью огромной выборки данных, параметры которой варьируются до тех пор, пока не получится нужного результата.

2. Машинное обучение без учителя.

Машинное обучение без учителя предполагает исследование компьютером определенного набора данных, где выявляются скрытые закономерности корреляции между переменными.

3. Машинное обучение с частичным привлечением учителя.

Гибридный способ, в основе которого лежит обучение с учителем и без. Учитель, отметив небольшую часть данных, дает возможность понять, каким образом сгруппировать остальные.

4. Обучение с подкреплением.

При данном способе обучения машине позволяется взаимодействовать с окружением и в зависимости от настроек получать вознаграждение при правильном выполнении задания.

Для анализа данных выпускников педагогического вуза и реализации прогноза трудоустройства студентов выбран способ машинного обучения с учителем.

Реализация моделей машинного обучения

Реализовывать алгоритмы машинного обучения было решено на веб-платформе Google Colaboratory (Colab), которая позволяет создать и запускать код на языке Python, не устанавливая на компьютер дополнительных программ.

Python один из наиболее популярных языков для машинного обучения. Основными причинами его использования для написания алгоритмов машинного обучения являются простота использования, большой объем доступных библиотек и широкое пользование [14].

Pandas предоставляет набор инструментов для манипулирования данными (чтение, запись, обработка и анализ). Эта библиотека позволяет работать с данными как со структурой, состоящей из столбцов и строк, что облегчает выполнение различных операций над данными [14].

Sklearn написана на языке Python и использует библиотеки NumPy и SciPy для работы с массивами и линейной алгеброй. Библиотека является простым и эффективным инструментом для предиктивного анализа данных [15].

Для задачи регрессии были выбраны два алгоритма машинного обучения [16]:

1. Логистическая регрессия. Логистическая регрессия (Logistic Regression) позволяет делать прогнозы для точек в двоичной системе: 0 или 1. Если значение равно или больше 0,5, объект относится к категории «1». Если значение меньше 0,5 – к категории «0». Каждый признак имеет свою метку, которая равна либо 0, либо 1. Алгоритм решает задачи бинарной классификации, так как алгоритм применяет сигмоидальную функцию. В данном методе выполняется условие, где 0 ≤
   ×

About the authors

Elizabeth S. Selivanova

Tomsk State Pedagogical University

Author for correspondence.
Email: slvnva@tspu.edu.ru

Master’s Degree Student of Informatics Department

Russian Federation, Tomsk

Timur T. Gazizov

Tomsk State Pedagogical University; Sakhalin State University

Email: gtt@tspu.edu.ru

Professor of Computer Science Department, Doctor of Technical Science. Researcher at the Center for Expertise and Testing.

Russian Federation, Tomsk; Yuzhno-Sakhalinsk

Nadezhda P. Dolganova

Tomsk State Pedagogical University

Email: dolganovaNF@tspu.edu.ru

Senior lecturer of Informatics Department

Russian Federation, Tomsk

Farrukh J. Pirakov

Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics

Email: pfd@tspu.edu.ru

Department of E-Learning Technologies, Automation, PhD Student

Russian Federation, Tomsk

References

Supplementary files