基于多智能代理的試題庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

謝印寶

摘? 要：針對傳統(tǒng)試題庫資源容易枯竭和命題效率低下的問題，結(jié)合操作系統(tǒng)課程的考核大綱，提出了基于多智能代理試題庫的設(shè)計(jì)思想和利用可視化開發(fā)工具Visual FoxPro 9.0的實(shí)現(xiàn)方法。首先建立操作系統(tǒng)基本概念和算法的數(shù)學(xué)模型，然后定義并編寫模型的Agent函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成試題及答案與評分標(biāo)準(zhǔn)的功能。通過引入動(dòng)態(tài)難度系數(shù)和相似度，實(shí)現(xiàn)了難度、題型和算法相似的一試多卷或一人一卷的命題考試，有效地避免了考試作弊現(xiàn)象。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)采用經(jīng)典的企業(yè)建模工具PowerDesigner。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其在考試命題中具有方便、快速、長效、實(shí)用、一試多卷的特點(diǎn)。通過學(xué)生考試成績統(tǒng)計(jì)分析，總分標(biāo)準(zhǔn)差為2.97，體現(xiàn)了考試的公平性。

關(guān)鍵詞：多Agent;試題庫;操作系統(tǒng)課程;智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué);管理信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.6? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Design and Implementation of Test Question Bank based on Multi-agent Technology

XIE Yinbao

（School of Computer Science and Technology， Shandong University of Technology， Zibo 255049， China）

xieyinbao@163.com

Abstract： This paper proposes to design a test question bank based on multi-agent technology and then implement it by using visual development tool Visual FoxPro 9. The proposed bank is designed by combing assessment syllabus of the operating system course， and aims to solve problems of traditional test question bank， such as easily-exhausted questions， low-efficient proposition. First， mathematical model of the basic concepts and algorithms of the operating system is established， and then Agent function of the model is defined and written， so as to automatically generate test questions， answers and scoring standards. Dynamic difficulty coefficient and similarity are introduced to realize a multi-paper or one-person-one-volume proposition test with similar difficulty， question type and algorithm， effectively avoiding exam cheating. Classic enterprise modeling tool PowerDesigner is used for database design. The experimental results show that in proposition， the proposed test question bank is convenient， fast， long-term， practical， and has the characteristics of multiple papers in one test. Through statistical analysis of students' test scores， the standard deviation of the total score is 2.97， which reflects fairness of the test.

Keywords： multi-agent; test question bank; operating system course; intelligent computer-assisted teaching; management

information system

1? ?引言（Introduction）

試題庫命題已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的重要組成部分，命題的質(zhì)量和考試效果取決于試題庫中試題的數(shù)量、題型、難度和分類方法等因素[1]。國內(nèi)外許多高校都已研發(fā)或購買了相關(guān)課程的試題庫，但是由于專業(yè)課程和教學(xué)大綱的差異，在實(shí)際應(yīng)用中存在三個(gè)問題：第一，題庫資源枯竭，即題庫中試題數(shù)量有限，隨著時(shí)間推移，試題重復(fù)率越來越高，加上維護(hù)成本高，有的甚至被放棄[2]。第二，命題過程煩瑣。第三，無難度系數(shù)相同、相似度高的一試多卷或一人一卷的多智能體（Multi-Agent， MA）命題模式。另一方面，從2009年起，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科實(shí)行計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合課全國碩士研究生入學(xué)統(tǒng)一考試，操作系統(tǒng)知識約占23%，重要性毋庸置疑。其考核越來越側(cè)重基礎(chǔ)知識應(yīng)用能力的考查，主要分為兩類題型：單項(xiàng)選擇題和綜合應(yīng)用題。為此，本文針對計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程之一——操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于MA的操作系統(tǒng)試題庫，簡稱OS-Agent（Operating System-Agent）。從2013年使用OS-Agent進(jìn)行一試多卷或一人一卷命題考試，并不斷地進(jìn)行完善，涉及60多個(gè)教學(xué)班近1，000 套試題，教學(xué)效果優(yōu)良，同時(shí)對其他相似課程的試題庫建設(shè)具有一定的借鑒作用。

2? ?OS-Agent系統(tǒng)設(shè)計(jì)（OS-Agent system design）

2.1? ?體系結(jié)構(gòu)

OS-Agent主要由n個(gè)模型命題Agent和組卷輸出Agent構(gòu)成。模型命題Agent命名為M_Agent_i （i=1，…，n），如圖1所示。

OS-Agent屬于MA系統(tǒng)（MAS），與單Agent相比，MAS具有更顯著的自制性和協(xié)作性特點(diǎn)，可以更好地滿足命題多樣化的需求[3-5]。組卷輸出Agent主要根據(jù)試卷參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，從模型命題Agent已經(jīng)產(chǎn)生的試題數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行自主性組卷并輸出，如根據(jù)總分要求確定試題的數(shù)量，變化試題順序，自主設(shè)置試卷頁面、試卷信息等，最后完成試卷打印的功能。

2.2? ?數(shù)學(xué)模型

OS-Agent命題模型定義為如下五元式[6]：

定義1 （Variables）是所有參變量組成的集合，稱為參變量集。

定義2 是自變量組成的集合，且，稱為自變量集。

定義3 是因變量組成的集合，且，稱為因變量集。

定義4 （Algorithm）是算法組成的集合，，，x通過算法f計(jì)算或確定y，記為，稱為算法集。

定義5 （Domain）是可取值的范圍或集合，稱為域值。

建立數(shù)學(xué)模型的算法如下：

Step 1? 依據(jù)課程教學(xué)考試大綱，確定模型;

Step 2? 確定和;

Step 3? 通過隨機(jī)函數(shù)選定;

Step 4? 根據(jù)Step 3選定的確定和，滿足;

Step 5? 通過隨機(jī)函數(shù)給賦值并由求出值;

Step 6? 如果是選擇題，由隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生在A、B、C、D中的位置;

Step 7? 統(tǒng)一命名M_Agent_i（i=1，…，n）。

2.3? ?實(shí)例

依據(jù)計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合課全國碩士研究生入學(xué)統(tǒng)一考試中關(guān)于操作系統(tǒng)的考核大綱，根據(jù)文獻(xiàn)[7]—文獻(xiàn)[10]，目前歸納基本概念模型30個(gè)，如操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)模型、功能模型和特征模型等，主要用于概念完形填空題命題，隨機(jī)考核一個(gè)屬性;單個(gè)重點(diǎn)知識點(diǎn)模型10個(gè)，如存儲(chǔ)器分配模型、地址變換模型、有效訪問時(shí)間模型、緩沖管理模型和磁盤傳輸時(shí)間模型等，主要用于選擇題命題;綜合知識點(diǎn)模型6 個(gè)，如進(jìn)程同步模型、三級調(diào)度模型、避免死鎖模型、頁面置換模型、磁盤管理模型和文件物理結(jié)構(gòu)模型，主要用于綜合題命題。當(dāng)然，模型可以根據(jù)考試大綱動(dòng)態(tài)地增加或減少，特別是添加、修改、刪除和檢索基本概念模型可以通過對數(shù)據(jù)表的操作完成。

編寫模型的Agent函數(shù)，統(tǒng)一命名格式為M_Agent_i，如頁面置換模型對應(yīng)的函數(shù)名為M_Agent_44，即當(dāng)進(jìn)行Agent命題時(shí)，調(diào)用函數(shù)M_Agent_44（ ）就能根據(jù)用戶確認(rèn)的命題信息自動(dòng)完成該模型生成試題、自動(dòng)求解過程，同時(shí)將試題及答案與評分標(biāo)準(zhǔn)保存到OS-Agent相關(guān)數(shù)據(jù)庫中。在OS-Agent中，每個(gè)函數(shù)都是一個(gè)Agent個(gè)體，具有自主性和高度智能化，因此Agent命題亦稱為智能命題，詳見用戶界面設(shè)計(jì)。

實(shí)例1 若為有效訪問時(shí)間模型，問題和模型描述如下：

一個(gè)具有快表的分頁系統(tǒng)中，一次訪問內(nèi)存（Access Memory）的時(shí)間是100 ns，訪問快表的時(shí)間是20 ns，設(shè)從快表中能找到所需頁表項(xiàng)（頁描述子）的概率（Hit Ratio）為80%，計(jì)算CPU存取一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)的有效訪問時(shí)間（Effective Access Time）[8]。

其中，表示一次訪問內(nèi)存的時(shí)間，表示訪問快表的時(shí)間，表示從快表中能找到所需頁表項(xiàng)（頁描述子）的概率，表示CPU存取一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)的有效訪問時(shí)間。

其中，分別定義為：

，，

針對以上問題，確定，，即，，，。

實(shí)例2 OS-Agent調(diào)用頁面置換模型函數(shù)M_Agent_44（ ），顯示的試題如圖2所示。

針對圖2中的問題，其模型描述如下：

其中，表示進(jìn)程P分配的物理塊個(gè)數(shù)，表示預(yù)先裝入主存的頁面?zhèn)€數(shù)，依次表示預(yù)先裝入主存的頁面且，表示頁面訪問串的長度，依次表示頁面訪問串中的頁面且，表示缺頁中斷次數(shù)，表示頁面置換次數(shù)，表示依次被置換的頁面且。

其中，分別定義為、、三種需要重點(diǎn)掌握的頁面置換算法。

函數(shù)M_Agent_44（ ）自動(dòng)求解并給出答案與評分標(biāo)準(zhǔn)，如圖3所示。

2.4? ?數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

OS-Agent數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)首先要充分體現(xiàn)Agent的智能化特征，同時(shí)考慮系統(tǒng)的通用性和數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化[11-14]。根據(jù)PowerDesigner的概念數(shù)據(jù)模型建立數(shù)據(jù)庫OS_AgentD.dbc，共創(chuàng)建六個(gè)數(shù)據(jù)表：存儲(chǔ)難度系數(shù)、相似度、考核性質(zhì)等選項(xiàng)的臨時(shí)表agent_temp.dbf;命題教師表agent_teacher.dbf、授課班級表agent_class.dbf、學(xué)期表agent_term.dbf;存儲(chǔ)

M_Agent_i（ ）命題及答案與評分標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表agent_test.dbf，如表1所示;存儲(chǔ)基本概念模型的數(shù)據(jù)表OSBC_cloze.dbf[6]。限于篇幅，只給出了主要數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ields Name命名原則是便于在循環(huán)結(jié)構(gòu)中使用。

3? 關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法（The key technology and implementation method）