基于遺傳算法的智能組卷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

摘 要：遺傳算法是數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用的一種表現(xiàn)形式，本論文從遺傳算法，改進(jìn)的遺傳算法，智能組卷的基礎(chǔ)理論，依據(jù)改進(jìn)的遺傳算法生產(chǎn)智能組卷系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：遺傳算法；智能組卷；應(yīng)用模式

中圖分類號(hào)：TP311.52

考試作為教育測(cè)量學(xué)和教育統(tǒng)計(jì)學(xué)和的基本原理，不僅是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和知識(shí)水平的檢驗(yàn)方式，也是對(duì)教師教育教學(xué)水平評(píng)價(jià)和體現(xiàn)的重要手段之一。如何更加客觀公正地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，全面地掌握和評(píng)價(jià)教師的教學(xué)工作能力，進(jìn)一步提升教師的教學(xué)水平，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與考試相分離，使得院校整體工作效率得以提高，因而，開發(fā)出科學(xué)高效的組卷系統(tǒng)尤為重要。

1 遺傳算法的基本原理

遺傳算法（Genetic Algorithm）GA是以達(dá)爾文進(jìn)化論和孟德爾遺傳學(xué)作為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)學(xué)理論的一種自適應(yīng)隨機(jī)全局優(yōu)化算法。該算法模擬生物的自然選擇和遺傳規(guī)律，對(duì)目標(biāo)群體施以選擇、交叉、變異等一系列遺傳操作，使群體內(nèi)個(gè)體的適應(yīng)性提高，從而產(chǎn)生出新一代群體，個(gè)體不斷進(jìn)化并逐漸接近最優(yōu)解的狀態(tài)，形成一種“生存+檢驗(yàn)”的搜索尋優(yōu)算法。遺傳算法以編碼群體為進(jìn)化基礎(chǔ)，將問題的參數(shù)空間以編碼空間加以替代，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表示為適應(yīng)度函數(shù)，通過對(duì)群體中個(gè)體位串進(jìn)行的遺傳操作實(shí)現(xiàn)選擇和遺傳，形成迭代過程。在此過程中，對(duì)編碼位串中重要的基因進(jìn)行隨機(jī)重組，使位串集合的新一代總是優(yōu)于上一代，群體中的個(gè)體不斷地進(jìn)化而接近最優(yōu)解，達(dá)到求解問題的目的。運(yùn)用遺傳算法提供的通用模型，可以解決涉及到任何方面、何種類型的問題，因此遺傳算法的應(yīng)用正在向多學(xué)科領(lǐng)域滲透。遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制理論等正在成為二十一世紀(jì)計(jì)算機(jī)智能研究的熱點(diǎn)。

2 改進(jìn)的遺傳算法

遺傳算法的選擇與設(shè)計(jì)取決于最初的編碼設(shè)計(jì)，而實(shí)現(xiàn)問題的解編碼成為染色體是編碼設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。二進(jìn)制編碼、實(shí)數(shù)編碼、字母排列編碼等編碼方式是目前較為常見的編碼方式。

遺傳算法適應(yīng)度函數(shù)的確定是采用該算法進(jìn)行智能組卷的關(guān)鍵。適應(yīng)度函數(shù)值為遺傳進(jìn)化過程設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，以此標(biāo)準(zhǔn)有效地區(qū)分個(gè)體的優(yōu)劣。如果適應(yīng)度函數(shù)確定的好，在區(qū)分個(gè)體優(yōu)劣時(shí)，能夠防止好的個(gè)體過快擴(kuò)散、壞的個(gè)體過快淘汰，從而對(duì)群體多樣性的保持起到積極作用，遏制“早熟”現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3 與智能組卷系統(tǒng)相關(guān)理論

3.1 智能組卷原則及特點(diǎn)

智能組卷系統(tǒng)研究的重點(diǎn)是如何在短時(shí)間內(nèi)生成高質(zhì)量的試卷，并且保證生成的試卷能最大程度地滿足使用者的不同需求。由計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的試題庫中抽取試題組成的試卷，必須能夠作為考察學(xué)生學(xué)習(xí)效果、體現(xiàn)教師教學(xué)水平的重要工具和手段，因而勢(shì)必對(duì)試卷的組成要求更加提高。

3.2 智能組卷系統(tǒng)指標(biāo)體系

指標(biāo)體系作為組卷問題的重要組成部分在試題庫系統(tǒng)中扮演著重要的角色，某些固有特性參數(shù)就包含在試題本身，描述這些固有特性參數(shù)需要設(shè)定相應(yīng)的指標(biāo)，多個(gè)指標(biāo)組織構(gòu)建成指標(biāo)體系，試題指標(biāo)體系的建立對(duì)組卷模塊功能加以支持。

4 智能組卷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模塊化編程具有使程序結(jié)構(gòu)的設(shè)置更加科學(xué)合理，可讀性進(jìn)一步增強(qiáng)，并且維護(hù)更加簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。模塊化編程對(duì)輸出數(shù)據(jù)的保護(hù)表現(xiàn)在，模塊之間數(shù)據(jù)傳輸通過中間量，屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在各自的模塊中不宜被破壞或丟失，使系統(tǒng)的安全性大幅提高。模塊化編程具備較強(qiáng)的通用性，對(duì)于同一類型的控制可以直接或簡(jiǎn)單修改就應(yīng)用其中。

4.2 系統(tǒng)基本功能

本系統(tǒng)的開發(fā)是采用PHP與MYSQL相結(jié)合的方式，服務(wù)器采用Apache。組卷管理、試題管理、用戶管理等是試題庫系統(tǒng)必須具備的基本功能。組卷管理包括自動(dòng)組卷、手動(dòng)組卷和測(cè)驗(yàn)組卷三部分，是系統(tǒng)的核心。試題管理執(zhí)行試題的錄入、修改、刪除等功能。用戶管理執(zhí)行用戶增加、刪除、權(quán)限管理等功能。根據(jù)實(shí)際需要，系統(tǒng)還可以設(shè)置試題科目、題型、專業(yè)信息等等其他功能。系統(tǒng)功能模塊如表1如下：

表1 系統(tǒng)主要功能模塊示意圖

試題庫管理系統(tǒng)

組卷管理試題管理綜合管理

自動(dòng)組卷手動(dòng)組卷測(cè)驗(yàn)組卷錄入試題修改試題刪除試題科目管理題型管理專業(yè)管理其他管理

下面以組卷管理模塊為例子進(jìn)行組卷系統(tǒng)生成。

4.3 組卷管理模塊

（1）自動(dòng)組卷。自動(dòng)組卷生成如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)自動(dòng)組卷界面

（2）手動(dòng)組卷。手動(dòng)組卷雖然在步驟上同自動(dòng)組卷比較要繁瑣得多，但是用戶能夠根據(jù)實(shí)際需求組織試卷，因而更具自主性。用戶在進(jìn)入手動(dòng)組卷模式后，按照先選題型后選知識(shí)點(diǎn)的順序，將符合要求的所有試題選出，再逐一選擇試題。對(duì)所有題型采用上述操作即可完成手動(dòng)組卷。

（3）測(cè)試組卷。測(cè)驗(yàn)組卷與自動(dòng)組卷在操作上相類似。由于只突出更便于教師測(cè)試的功能，因而無需設(shè)置試題分?jǐn)?shù)以及對(duì)分?jǐn)?shù)進(jìn)行校驗(yàn)。這種方式可以大幅度提高成卷速度，因而對(duì)于完成某些特定情況下的工作具有一定意義。比如要測(cè)試選擇題出現(xiàn)如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)選擇試題界面

總之，通過對(duì)組卷問題相關(guān)理論的對(duì)比、分析、研究，總結(jié)出常見組卷策略各自的優(yōu)缺點(diǎn)。將項(xiàng)目測(cè)量理論IRT作為基礎(chǔ)，綜合考慮教師組卷時(shí)的實(shí)際需要以及組卷策略必須遵守的基本原則，在對(duì)考卷信度與效度、題目難度與區(qū)分度等基本屬性分析研究的情況下，建立了組卷問題的數(shù)學(xué)模型。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李鈺（1980.01-），女，碩士，講師，研究方向：數(shù)據(jù)庫。

作者單位：黑龍江財(cái)經(jīng)學(xué)院，哈爾濱 150025