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基于Django的音乐推荐系统的设计与实现 开题报告
文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  

本科毕业论文(设计)开题报告

一、研究背景

在数字化时代背景下,音乐产业正经历着前所未有的变革。随着互联网技术的发展和移动设备的普及,数字音乐平台已成为人们获取和享受音乐的主要渠道。用户对于个性化音乐体验的需求日益增长,他们期望音乐平台能够提供符合个人喜好的推荐,从而在海量的音乐资源中快速找到感兴趣的内容。然而,传统的推荐系统往往依赖于简单的规则或有限的用户数据,难以满足用户对个性化和精准度的高要求。

深度学习作为人工智能的一个重要分支,近年来在图像识别、自然语言处理等领域取得了显著成就。其强大的数据处理能力和特征提取能力,使其在音乐推荐系统中的应用成为可能。通过深度学习技术,可以更准确地捕捉用户的听歌习惯、偏好和行为模式,从而提供更为个性化的音乐推荐。

此外,随着音乐版权意识的增强和音乐市场的规范化,音乐推荐系统在推动音乐文化传播、提升用户体验的同时,也面临着保护音乐版权、尊重音乐创作者权益的责任。因此,开发一个基于深度学习的音乐推荐系统,不仅能够提升用户的音乐体验,还能够促进音乐产业的健康发展。

本研究旨在设计并实现一个基于Django的音乐推荐系统,利用PyTorch库构建深度学习模型,以提供精准的个性化音乐推荐服务。系统将通过分析用户行为数据和音乐特征,实现对用户喜好的深入理解,并以此为基础生成个性化的音乐推荐列表。通过本研究,我们期望能够解决现有音乐推荐系统在个性化和精准度方面的不足,同时探索深度学习技术在音乐推荐领域的应用潜力,为音乐爱好者提供更加丰富、便捷的音乐体验。

二、研究内容及拟采用的技术方案

本研究旨在设计并实现一个基于Django的音乐推荐系统,以提供个性化的音乐推荐服务,解决用户在海量音乐资源中选择困难的问题,并提升用户满意度。

2.1研究内容:

(1)音乐推荐系统设计与实现 基于Django框架,设计并实现一个高效、可扩展的音乐推荐系统。 系统梳理音乐推荐系统的需求和功能模块,探究其在现代音乐分发中的作用。

(2)多层架构和推荐算法集成 构建一个稳定且易于维护的后端服务,以支持高并发的音乐推荐服务。利用Django的多层架构和缓存技术,提升系统性能和稳定性。利用音乐元数据进行地理位置溯源。

(3)用户友好的前端界面设计 设计一个用户友好的前端界面,使用户能够轻松地发现和播放音乐。注重用户体验设计,实现便捷的音乐发现和播放流程。

2.2本课题采用的技术方案包括:

(1)系统建模 系统建模将使用统一建模语言(UML)进行需求分析与设计,涵盖用例图、类图和时序图等。用例图将展示用户与系统之间的互动,明确系统功能;类图将描述系统的关键对象及其属性和方法,展现系统的整体结构;时序图则用于分析系统各模块之间的交互过程。这一建模过程有助于确保系统设计的科学性与合理性,为后续的开发提供明确的指导。

(2)后端开发 使用Django框架作为后端开发的核心工具。这一框架将助力于我们打造一个性能卓越的业务逻辑层,涵盖用户管理、音乐推荐以及数据交互等关键功能。借助于分层架构的设计,我们可以更加有序地管理和组织代码,从而增强系统的可维护性和可扩展性。

(3)前端页面 前端开发将依托于HTML、CSS、Vue.js、Bootstrap以及JSP这些技术栈。借助Bootstrap,我们将打造一个适配多设备的响应式界面,确保用户在各种屏幕尺寸上都能获得优质的浏览效果。同时,我们会使用Vue.js来优化用户界面的交互,这不仅能够提升页面交互的流畅度,还能增强用户的整体体验,保证页面的快速响应和友好的界面设计。

(4)数据库与推荐算法 在数据库管理方面,我们将采用MySQL这一关系型数据库解决方案,以优化用户数据、音乐信息以及推荐结果的存储和处理效率。利用PyTorch库构建深度学习模型,进行音乐特征提取和用户行为分析,实现个性化的音乐推荐。

三、 拟解决的关键问题

1.音乐推荐系统的准确性和个性化

如何通过深度学习技术有效分析用户的音乐偏好和行为数据,减少推荐结果与用户实际喜好之间的偏差,提升音乐推荐系统准确性和个性化程度。这涉及到构建和训练能够捕捉用户复杂偏好的深度学习模型,以及实时更新推荐算法以适应用户偏好的变化。

2. 用户界面的用户体验和交互设计

设计和实现一个用户友好的前端界面,使用户能够轻松地发现、浏览和播放音乐,同时提供直观的反馈机制,以提升用户体验和满意度。这包括优化音乐搜索功能、个性化推荐展示以及播放列表管理等关键交互流程,确保用户在使用音乐推荐系统时能够获得愉悦的体验。

四、 研究方法

1.文献综述

对国内外音乐推荐系统领域的研究进行全面系统的回顾,分析当前的研究进展、存在的挑战以及各类技术的实际应用。特别关注基于深度学习的推荐系统的研究,包括自动编码器、卷积神经网络和循环神经网络在音乐特征提取和用户行为分析中的应用。通过文献综述,为本研究的理论基础和技术支持奠定坚实的基础。

2.算法设计

设计基于PyTorch的深度学习推荐模型,包括音乐特征的自动编码器和用户行为的序列模型。深入分析用户的音乐播放历史和行为数据,利用数据挖掘技术识别用户潜在需求。通过对推荐算法的改进,提高个性化推荐的精准度,使其能够动态调整,增强用户体验和音乐的发现效率。

3.数据库设计与优化

设计高效且结构合理的数据库,确保能够支持音乐推荐平台的复杂数据需求。实施优化的存储过程和索引策略,以显著提升复杂查询和数据聚合的处理效率,确保系统在高并发情况下仍能保持良好的性能表现。使用MySQL数据库存储用户数据、音乐信息和用户行为数据。

4.系统开发与测试

采用敏捷开发方法,利用Django框架进行系统的设计、构建与调试。在开发过程中进行单元测试和集成测试,以确保每个模块功能正常,系统整体稳定。特别关注推荐算法模块的开发和测试,确保推荐结果的准确性和多样性。

五、文献综述(附参考文献)

世界正在飞速发展,特别是互联网技术的巨大进步,人类社会已经进入了智能化和数字化时代。根据《中国互联网发展状况统计报告》第50次报告,截至2022年6月,我国网民规模高达10.51亿,网络音乐用户规模达6.58亿,在线音乐行业规模持续增长[1]。数字音乐规模快速增长伴随而来的是巨大的数字音乐市场,即使在疫情导致的世界经济低迷、中美经贸摩擦的背景下,数字音乐产业仍然高速增长,增长率超过 8%[2]。随着网络音乐行业用户规模扩大和市场竞争加剧,改善平台的用户体验成为了各大厂商 的必争之地,而这意味着需要更智能精准的音乐推荐模型[3]。

推荐系统是一种信息过滤系统(information filtering system),其目标是提高用户满意度和参与度,通过个性化推荐帮助用户在海量信息中快速发现并选择他们可能感兴趣的内容。目前,推荐系统在商业界已敬大幅度推广,成为近几年的热点。例如,在线视频门户Netflix中有80%的点击量来自推荐[4],Google的Youtube中,大约60%的点击量来自推荐[5]. 在音乐领域中,随着歌曲库变得越来越大,歌曲资源越来越丰富,用户很难快速找到自己感兴趣的歌曲。大部分人会使用软件的搜索功能,去搜索一些以往了解的歌手或者喜好的歌曲分类等。但是搜索到的结果并不会考虑用户是不同的个体,对歌曲的喜好是不同的,导致用户满意度不高。如果可以准确的为用户个性化定制推荐用户喜欢的歌曲,那么音乐播放平台就可以增强用户的留存度,提升用户对平台的粘性,为接下来一些付费产品奠定基础,从而使音乐平台获得利润。

在互联网时代,用户面对海量的音乐资源,传统的推荐方法已无法满足个性化需求。深度学习技术的发展为上述任务的研究带来便利,它能自主从海量数据中提取有用的特 征并学习有效的模式,在图像识别[6]、自动问答[7]、推荐系统[8]等多个领域都取得了突破性进展。深度学习通过分析用户的听歌历史、偏好和行为模式,能够更准确地捕捉用户的音乐喜好,提供高度个性化的推荐。这种基于深度学习的音乐推荐系统不仅提高了用户体验,增强了用户粘性,还推动了音乐平台的商业价值和社会文化的传播。因此,深度学习技术在音乐推荐中的应用显得尤为必要,它是提升推荐系统效果、满足用户需求的重要工具

近年来,随着互联网技术的迅猛发展和音乐流媒体服务的普及,音乐推荐系统在用户个性化体验中扮演着越来越重要的角色。由于音乐内容的多样性和用户需求的复杂性,传统的推荐方法如协同过滤、基于内容的推荐等已逐渐显示出其局限性。鉴于此,基于深度学习的音乐推荐系统因其强大的数据处理能力和高度的适应性,成为了当前研究的热点和前沿 。

YouTube作为当前世界上最大的视频分享网站之一,构建了大规模的推荐系统,并且投入了大量的研发人员研究相关技术,使之不断提出新的推荐系统技术,从矩阵分解[9]到深度神经网络[10]的应用,使得用户能在短时间内发现自己中意的视频。作为目前世界上最大的搜索引擎公司,Google的研究员们提出了新的宽度(Wide&Deep)的网络模型[11],使得推荐结构既能符合用户的喜好,又能够生成一些不同的,多样性的内容。近年来,国内学者在音乐推荐领域的研究中也取得了显著发展。 2016 年,李博等人[12]在研究了使用范围最广的基于内容、协同过滤的推荐算法后, 把主题挖掘模型(Latent Dirichlet Allocation,简称 LDA)考虑了进来,这一做法能够 进一步提高推荐算法的精确度。 2019 年,何丽和于洋[13]针对特定情境下不同用户的习惯,综合了用户在系统中的 历史播放记录,此外还分析了特征值的嵌入位置会产生的不同结果,创建了一种有关 特征值嵌入的推荐模型,该模型综合了诸多因素更能够符合音乐用户的需求。 2019 年,叶西宁和王猛[14]进一步研究了张量概率矩阵分解模型(TFPMF),优 化了关于场景信息的描述方式,在基于张量分解的基础上加入了概率矩阵分解模型 (RR-PMF),随后进行了模型优化,采用的是交叉最小二乘法(ALS)。实验结果 表明,该方法可以有效地缓解数据稀疏问题[14]。

尽管中国的音乐推荐系统起步较晚,个性化推荐能力相对较弱,但已经有一些如网易云音乐、咪咕音乐和QQ音乐等优秀的互联网音乐产品崭露头角。这些平台倾向于通过社交功能,例如评论和分享,来增强用户互动并推荐音乐[15]。用户的喜好受到环境因素如天气、时间和场景的强烈影响,导致音乐偏好呈现周期性变化[15]。因此,音乐推荐系统必须考虑这些动态因素,以实现更精准的个性化推荐[16]。随着人工神经网络技术的进步,特别是卷积神经网络在推荐系统中的应用,为提升推荐准确性提供了新的方向[15]。国内音乐推荐系统的发展仍在持续进步,尽管面临挑战,但深度学习技术的应用预示着广阔的发展前景和深远的研究意义[17]。

[1]. 中国互联网络信息中心.“数字”点亮美好生活——透视第50次《中国互联网络发展状况统报告》.信息系统工程,2022(10):4-5

[2]. 宋雪峰. 基于深度学习的个性化音乐推荐系统设计与实现[D].黑龙江大学,2021.DOI:10.27123/d.cnki.ghlju.2021.001626.

[3]. Champiri Z D, Mujtaba G, Salim S S, et al. User experience and recommender systems[C]. In: 2019 2nd International Conference on Computing, Mathematics and Engineering Technologies (iCoMET). IEEE, 2019: 1-5.

[4]. Gomez-Uribe C A,Hunt N.The Netflix recommender system:Aligorithms,business value,and innovation[J].ACMTransactions on Management Info rmation Systems (TMIS),2016,6(4):13.

[5]. Davidson J,Liebald B,liu J,et al.The Youtube video recommendation system[C]//Proceedings of the fourth ACM conference on Recommender systems.ACM,2010:293-296.

[6]. 葛轶洲, 刘恒, 王言, 等. 小样本困境下的深度学习图像识别综述[J]. 软件学报, 2021, 33(1): 193-210.

[7]. 赵芸, 刘德喜, 万常选, 等. 检索式自动问答研究综述[J]. 计算机学报, 2021, 6(1): 1214-1232.

[8]. Deldjoo Y, Schedl M, Cremonesi P, et al. Recommender systems leveraging multimedia content[J]. ACM Computing Surveys (CSUR), 2020, 53(5): 1-38.

[9]. Weston J,Bengio S,Usunier N.WSABIE:scaling up to large vocabulary image annotation[C]// International Joint Conference on Artificial Intelligence.AAAI Press,2011:2764-2770

[10]. Covington P,Adams J,Sargin E.Deep Neurat Networks for YouTube Recommendations[C]//ACM Conference on Recommender Systems.ACM,2016:191-198.

[11]. Cheng H T,Koc L,Harmsen J,et al.Wide&Deep Learning for Recommender Systems[J].2016:7-10

[12]. 李博, 陈 志刚,黄瑞,郑祥云.基于 LDA 模型的音乐推荐算法[J].计算机工 程,2016,42(06):175-179+184.

[13]. 何丽, 于洋. 基于特征值嵌入的音乐播放列表推荐模型[J]. 计算机技术与发展, 2019, 029(011):144-148.

[14]. 王猛,叶西宁.音乐个性化推荐算法 RR-UBPMF 的研究[J]. 华东理工大学学报(自然科学 版),2017,43(01):113-118.

[15]. 何蓉. 基于卷积神经网络的音乐推荐系统[D].南京邮电大学.2019:32-45.

[16]. Goldbergd N D, Oki B M. Using Collaborative Filtering to Weave an Information Apestry[J]. Communications of the ACM. 1992. 35(12): 61-70.

[17]. Jia N , Zheng C J . Model of Music Theme Recommendation Based on Attention LSTM[J]. Computer Science.2019.42(07):21-30.

指导老师意见:

学生签名:

年  月   日

指导教师签名:

年  月   日

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