基于遺傳算法的自動組卷平臺構(gòu)建研究

吳文珍++王輝

摘要：本文提出了一種基于遺傳算法的自動組卷平臺構(gòu)建模式，可在試題庫中按照預(yù)先設(shè)置好的試卷和試題約束條件自動快速搜索合適的試題，最終組成一套最佳試卷，進而幫助教師更好地全面考核學(xué)生掌握程度。

Abstract： This paper proposes an automatic test paper generation platform construction mode based on Genetic Algorithm， which can automatically search the appropriate test questions in the test database according to the pre-established test papers and test constraints， finally form a set of best papers， to help teachers better comprehensively assess the level of the students.

關(guān)鍵詞：遺傳算法；自動組卷；平臺構(gòu)建

Key words： genetic algorithm；automatic generating test paper；platform construction

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0247-02

1 概述

隨著計算機輔助教學(xué)的深入，利用計算機代替人工完成自動組卷功能，將進一步解決試卷質(zhì)量的控制問題，減輕教師的出卷工作量。自動組卷就是根據(jù)教學(xué)大綱的要求，由教師設(shè)置各種參數(shù)后，利用計算機從試題庫中自動選擇符合要求的試題，組成一套最佳試卷用于考試[1]。

遺傳算法是一種模擬自然選擇，以及自然遺傳機制的隨機優(yōu)化算法，它能按照不同的環(huán)境產(chǎn)生不同的后代，具有很強的自適應(yīng)性和動態(tài)性，因此該算法可滿足本研究自動組卷題庫不斷變化的需求[2]。同時，遺傳算法具有內(nèi)在并行性，能夠有效地解決計算量過大的問題，具有全局尋優(yōu)和收斂速度快的特點，更適合解決大量試題庫的自動組卷問題[3，4]。

2 成卷參數(shù)與模型

我們可以把每一道題目都設(shè)置多種參數(shù)，將其理解為多維度參數(shù)集合。每一份試卷都是多種參數(shù)的試題集合體，同時，每份試卷也具有多維度參數(shù)。

2.1 有關(guān)組卷的各項參數(shù)屬性

本文將成卷問題的定義為：根據(jù)輸入的各種組卷條件，由計算機自動選擇出最接近組卷需求的最佳試卷，并將其輸出。試卷質(zhì)量主要體現(xiàn)在試卷的整體難度、題型類別、試題曝光度以及參考教學(xué)大綱的考試范圍覆蓋度上。其中，整體難度又可細分為試卷的總體難度、各類型試題的難度分布、題型難度等。每份試卷應(yīng)由多維度參數(shù)的試題組成，試卷質(zhì)量的優(yōu)劣要根據(jù)所選試題的各維度參數(shù)屬性綜合決定。對于組卷的每道試題，其相關(guān)屬性有：試題類別、所選章節(jié)、層次、試題題型、難度級別、難度系數(shù)以及試題所占分值等十余個多維屬性。但是根據(jù)實際應(yīng)用效果來看，如果選擇了過多的組卷約束條件，一方面會明顯增加實際組卷難度，大大降低了組卷效率，成卷效果并不是很好。通過對該問題的綜合分析與研究，組卷過程中，試卷和試題的各個約束條件的重要性是各不相同的，實際上，某些約束條件彼此之間也存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系，因此在實際應(yīng)用時，完全可以，也有必要精簡組卷的約束條件，并對其權(quán)值做出統(tǒng)一設(shè)置。

2.2 有關(guān)組卷的試卷屬性

根據(jù)前文分析，本研究中所選擇組卷的試卷屬性包括：自定義章節(jié)編號、試題題型、自定義試題編號、試題難度等級、曝光度。

2.3 成卷模型

成卷的目標是要利用計算機，通過自動搜索試題庫尋求最優(yōu)試題，找出最接近輸入?yún)?shù)的最佳組卷方案。前文提出的成卷參數(shù)（章節(jié)編號、試題題型、試題編號、試題難度等級、曝光度）由命題人在每次成卷前，根據(jù)考試目的、考試要求以及參考人群的不同進行各種參數(shù)輸入設(shè)置。其中，在成卷參數(shù)中，每份試卷的題量多少、試題題型、試題分值是必須要滿足的必要條件。計算機自動搜索題庫生成試卷時，首先根據(jù)命題人設(shè)定的題型、題量進行預(yù)處理，在系統(tǒng)自動組卷過程中，不會改變這兩個條件，保證了計算機自動搜索題庫生成的試卷完全符合命題人要求。在降低成卷難度系數(shù)的同時，又進一步提高了組卷效率。

2.4 試題的約束關(guān)系

組卷中決定選擇一道試題，就是根據(jù)每道試題的五個屬性（章節(jié)編號、試題題型、試題編號、試題難度等級、曝光度），組成一份N道試題的試卷。選擇的過程就是從試題庫中按照設(shè)定的參數(shù)自動選取N道試題，組成一個矩陣，其中，每一列代表一個試題屬性，總共為5列，每一行代表一道完整試題，總共為N行。利用解空間X5決定一個M行5列的矩陣（其中，M為試題總量，5為試題屬性總量，本研究設(shè)定選擇5個試題屬性）。

3 數(shù)學(xué)模型建立

組卷過程就是從預(yù)先設(shè)定好的大量試題庫中，利用某種算法，自動選擇出符合用戶設(shè)置組卷多個約束條件的試題過程。相比之下，遺傳算法恰恰在全局尋優(yōu)方面具有很大優(yōu)勢，比其他算法更適合應(yīng)用在本研究中。

因此，試題組卷的整個過程可以理解為從數(shù)據(jù)庫（即試題庫）中自動搜索出一個個滿足某些約束條件的子集（即滿足試卷各個約束條件的試題），為了衡量搜索到的子集是否能夠滿足設(shè)定的約束條件，就需要引入目標函數(shù)作為輔助。在本文中，將遺傳算法的目標函數(shù)設(shè)定為，試題組卷時所需要抽取的試題取值與原定理論值之間的最小值。假設(shè)，每道試題的約束條件對應(yīng)函數(shù)均為f（x），則本文中建立的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型需要五個約束條件，因此對應(yīng)函數(shù)公式如下：

F（x）=（f1（x），f2（x），f3（x），f4（x），f5（x））

=■ai+■bj+■ck+■dh+■el（1）

其中，ai為試卷中所有具有第i種試題編號的試題分數(shù)之和與第i種試題編號要求的分數(shù)值ai的差的絕對值；bj、ck、dh、el以此類推。

4 實施效果

從應(yīng)用的實施效果來看，教師只需把每章節(jié)相關(guān)知識點、各種題型的試題以及試題分值等基本約束屬性錄入試題庫。組卷前，根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)定好的試卷題量、試題題型、試題難易程度、分值填好數(shù)字參數(shù)即可完成自動組卷。這樣由計算機自動搜索形成的試卷，從一定程度上減輕了教師的工作量，而且使得筆試考核更加客觀、公正，全面檢測學(xué)生的真實學(xué)習(xí)效果。

參考文獻：

[1]王輝，潘俊輝，馮亞麗.基于高校的教學(xué)效果考試測評方法改革與探索[J].教育理論與教學(xué)研究，2014（6）：153.

[2]馮長寶.一種基于遺傳算法的智能組卷模型與系統(tǒng)設(shè)計[J].東北師范大學(xué)學(xué)報，2010.

[3]韓蕾.基于遺傳算法的自動組卷系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報，2010.

[4]翁健高，李文.文本型試卷隨機組卷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].大眾科技，2011（5）.