赵美勇 杨永琪 宋思睿

摘要：利用B/S构架设计系统，省去了客户端的设计，扩大了应用范围，除了计算机以外的其他终端都可以访问。使用Python进行Web开发，使用其中的Flask框架来进行轻量级的Web应用开发，数据库方面则选的其内部的Flask-SQLAlchemy来进行管理SQLite（Unix），简化了整个SQLAlchemy操作。使整个系统轻便高效。

关键词：B/S架构；Flask框架；Python；Web开发

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）10-0086-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 系统开发平台

1.1 开发平台简介

本竞赛管理系统采用B/S架构，使用Python进行Web开发。渲染界面采用Jinja2模板引擎，同时使用Flask-Bootstrap集成TwitterBootstrap。

利用Flask-Login管理已登录用户的用户会话，使用Werkzeug计算密码散列值并进行核对，通过itsdangerous生成并核对加密安全令牌。

选择使用的数据库框架Flask-SQLAlchem管理数据库，数据库引擎选用SQLite。

1.2 开发语言

Python-Flask

使用Python Web开发Flask框架，Flask被设计为可拓展的框架，具有一个包含基本服务的强健核心，其他功能通过拓展实现。

1.3 开发工具

Pycharm

1.4 操作系统

Ubuntu16.04

1.5 数据库

使用Flask-SQLAlchemy管理SQLite（Unix）

Flask-SQLAlchemy数据库极大地简化了之前老版本数据的操作，它在存储、查询方面表现出色，消耗时间少。所以利用它来管理SQLite更为方便，同时响应速度更快。

2 数据库规划

2.1 任务陈述

竞赛实验室刚成立，为了更加公正地评估大家平时学习情况，制定了一系列的积分制度，积分与日常的比赛、讨论班、考勤等挂钩。由于积分关联项过多、比赛种类不一、实验室人员增加，与之相关的信息量急剧增多。管理人员通过 Excel 手动维护信息力不从心，需要实验室管理系统提高效率。为了提高大家学习效率，对已做题目信息、比赛数据统计变得尤为重要，如题目类型、题目来源、题目难度等。本实验室管理系统包括人员管理、队伍管理、比赛信息管理、积分管理、题目管理、讨论班管理六大模块，对于不同的用户给予不同的权限。

2.2 需求分析

1） 用户需求说明

① 数据需求：

实验室人员信息记录：学号、姓名、学院、联系方式、OJ 账号、积分；

队伍信息记录： 队伍人员组成，队伍积分、队伍参与比赛信息；

积分信息记录： 个人积分与队伍积分；

比赛信息记录： 比赛日期、比赛地点、比赛类型、各参赛队伍成绩；

题目信息记录： 题目类型、题目难度、来源；

讨论班信息记录： 主讲人，相关课件。

② 数据录入：

实验室人员信息录入：学号、姓名、学院、联系方式、 OJ 账号、头像、Email；

新建隊伍信息录入：队名、队员组成、头像、账号；

比赛信息录入：比赛日期、比赛地点、比赛类型、比赛形式、相关队伍、相关问题；

题目信息录入：来源、编号；

讨论版录入：主讲人信息、时间、年级、信息、相关文件上传；

初始积分录入；

用户之间的相互关注、用户发表公告。

② 数据更新和删除：

实验室人员信息更改；

队伍信息修改；

比赛信息修改；

题目信息修改、删除；

个人、队伍积分更新；

用户之间取消关注、修改公告信息。

③ 数据查看

按照 id 或姓名或积分升序列出用户部分信息 （姓名、 Email、最后访问时间、分数）

根据用户姓名展示用户详细信息 （头像、发表过的公告、关注者人数）

按照 id 或姓名或积分升序列出队伍部分信息 （队名、成员组成、账号、分数）

根据队伍姓名展示队伍详细信息 （头像、参加过的比赛、最高奖项）

按照 id 升序列出讨论班部分信息 （时间、主讲人、年级、内容）

根据关键字检索讨论班信息、比赛信息

对特定讨论班相关文件进行下载

根据比赛名称展示比赛详细信息 （头像、包括题目列表等）

展示最近时间实验室人员参加的比赛

2） 系统需求说明

① 安全性：

数据库必须有口令保护

数据库中不能明文存储密码

用户注册账号需要邮箱认证

用户之间给予不同的权限

② 备份和恢复：

每天数据备份一份

③ 法律问题

对用户数据的处理遵守法律

2.3 数据库逻辑设计

实体的设置

设置User、Team、Contest、Problem、Seminar、Account、Post实体集，具体描述见图。

2.4 表示联系

每个队伍至多包含三名队员，每个队伍和队员对应一个账号，通过账号参加比赛，每个比赛包括一些问题，用户之间可以互相关注，用户定期会举行讨论班，发布重要公告。

2.5 实体集属性

1） User

Email、Score、Account、Phone、Name、AboutMe分别代表实验室人员Email、个人积分、账号ID、电话、姓名、自我介绍，Email为认证邮箱，作为主键，Account为外键。

2） Team

ID、S1、S2、S3、Name、Score、AboutMe分别代表队伍ID、队员一用户主键、队员二用户主键、队员三用户主键、队伍名称、队伍分数、队伍自我介绍。

3） Problem

ID、Source、Index分别代表问题ID、来源、编号，如来源为‘HDU、编号为‘1001。其中ID为主键。

4） Contest

其中Name代表竞赛名称；Participants代表参赛人（队伍）数；CompetitionLevel代表竞赛级别，如‘省赛，‘区域赛，‘世界总决赛等；Format代表竞赛赛制，比如‘ACM-ICPC，‘OI等。Time、Place、ID分别代表竞赛时间、地点、ID，其中ID为主键。

5） Seminar

Speakerid代表主讲人ID，Time代表时间，Grade代表年级，About代表讨论班内容简介。

6） 关系类型

既包括一对一关系，又包括多对一关系，多对多关系。对于账号参加比赛来说，我们不仅需要存储账号 id、比赛 id，还需要存储参加比赛的排名、奖牌。这样才可以更好地维护 Score 属性，对于 SQLAlchemy，我们可以通过将多对多关系的左右两侧拆成两个基本的一对多关系，在关联表中记录额外信息即可。

3 遇到的问题

3.1 权限设置

由于本系统模块数较多，根据不同权限使用不同视图变得极其繁琐，因此使用位标志法，使用一个整数，表示位标志。各个操作都对应一个位位置，能执行某项操作的用户，该位会设置成 1. 比如 ‘1010， 代表第一位和第三位对应的操作有权限进行，第二位和第四位对应的操作无权限执行

4 邮箱认证

使用 Flask?Mail发邮件的时候需要设置电子邮件服务器的端口，这个不同邮箱是不一样的， 并且程序中使用的密码并不是邮箱密码，而是我们在设置 SMTP 时分配的密码。

5 文件操作

对于队伍和比赛，有的时候需要设置头像，头像的存储可以使用 LargeBinary， 渲染时直接使用 base64：b64encode 即可，但是对于大文件 （比如讨论班上传的文件），不能存储到数据库中，否则会大大降低数据库的性能，因此可以在数据库中存储文件路径，等到客户端下载时可以直接在服务端磁盘上找到。

6 优化

对于多对多关系，如果一端连接的数量是个不大的数量，可以考虑通过在一侧多加一些属性来表示。

比如此数据库中 User 与 Team，考虑到已经解散的队伍的存在， User 和 Team 严格来说是多对多关系，但一个队伍最多三名队员，因此直接在队伍实体集上添加了三个属性，分别表示三个 user 的主键就好。

7 数据同步

账号和 User 是一对一的关系，如果我们将账号名作为账号的主键，在我们修改账号名后，不仅需要维护 Account 实体集元素，也要修改 User 对应账号主键。

8 结论

对于开发者来说，设计一个系统是一个庞大的项目。从各种文档的阅读到实际项目中需求分析、概念结构设计、逻辑系统设计、物理系统设计的一系列过程，亲身体验了开发系统的过程. 很多东西在文档中看着挺简单，思路也很清晰，但是在实际使用的会有意想不到的问题，这时才会发现其中的难度. 从最初对于Web界面烦琐的埋怨，到最后惊叹于Flask的精简。

整个系统的设计，最重要的一个部分就是数据库的设计。利用Flask框架对于页面的设计不难，如何设计好最优的数据库是整个系统的关键。

编码固然不易，但是一个项目最重要的不在于如何实现，而是实现之前的需求分析和模块设计。

参考文献：

[1] 丁旭.基于B/S架构的软件项目实训：JSP[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2] 刘长龙.Python高效开发实战：Django、Tornado、Flask、Twisted[M].北京：电子工业出版社，2016.

[3] 李辉.Flask Web开发实战：入门、进阶与原理解析[M].北京：机械工业出版社，2018.

[4] 明日科技. Java Web从入门到精通[M].2版.北京：清華大学出版社，2017.

【通联编辑：谢媛媛】