改進(jìn)蟻群算法在職業(yè)技能鑒定題庫(kù)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

潘海云+彭英慧+彭友

摘要：該項(xiàng)目針對(duì)職業(yè)技能鑒定考核中不同專業(yè)、不同工種及不同等級(jí)，開發(fā)職業(yè)技能鑒定題庫(kù)綜合管理系統(tǒng)。利用改進(jìn)蟻群算法智能組合技能鑒定試卷，解決了組題過程中多目標(biāo)問題，滿足不同群體的職業(yè)技能鑒定考核需求；考試試題二次組卷，體現(xiàn)了考試的公平性和公正性。

關(guān)鍵詞：職業(yè)技能鑒定；自動(dòng)組題；多目標(biāo)優(yōu)化問題

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）08-0007-03

Abstract： this project is aimed at the different profession， the different type of work and the different grade in the appraisal of the professional skill appraisal， and develops the comprehensive management system. Using improved ant colony algorithm intelligent combination of skills identification papers， to solve the multi-objective problem set of problems in the process， meet different groups of vocational skills appraisal and assessment requirements； test second generation， reflecting the test of fairness and justice.

Key words： occupation skill identification； automatic group problem； multi-objective optimization problem

當(dāng)前，智能組卷系統(tǒng)在教育系統(tǒng)中的應(yīng)用，為各類用戶減少了大量的工作量，解決了許多實(shí)際問題。而教育工作者不斷提出更高的要求，組卷速度快、試卷題型多樣，難度系數(shù)適中、涵蓋的知識(shí)面廣，注重考查學(xué)生的實(shí)踐技能和綜合素質(zhì)等。在職業(yè)技能鑒定題庫(kù)管理系統(tǒng)中組卷時(shí)間長(zhǎng)、速度慢仍是普遍存在的問題，還不能滿足職業(yè)技能鑒定考核中的需求。所以筆者提出一種基于改進(jìn)蟻群算法自動(dòng)組卷策略在職業(yè)技能鑒定題庫(kù)中應(yīng)用。

1 智能組卷理論研究

任何系統(tǒng)都有一定的指標(biāo)體系，職業(yè)技能鑒定題庫(kù)也不例外，每個(gè)指標(biāo)體系都有一定的作用，每個(gè)參數(shù)都有一定的意義，每個(gè)指標(biāo)參數(shù)的構(gòu)建都是為試卷分析、自動(dòng)組卷、題庫(kù)管理服務(wù)的，這些指標(biāo)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，基于指標(biāo)參數(shù)的系統(tǒng)也就有一定的優(yōu)化功能。智能組卷指標(biāo)參數(shù)如下：

1）試卷題型：試卷題型因不同專業(yè)、不同工種的用戶需求而變化，通常設(shè)為5種題型：判斷題、單選題、多選題、填空題、綜合應(yīng)用題（或大題）；

2）章節(jié)：課程的章節(jié)與題庫(kù)中各種類型的試題間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于考核和管理；

3）知識(shí)點(diǎn)：教學(xué)大綱要求需要考核的知識(shí)點(diǎn)；

4）答題時(shí)間：完成某道試題所占用的時(shí)間，指大多數(shù)學(xué)生做完并檢查該題耗費(fèi)的時(shí)間，出題者根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)綜合客觀情況適當(dāng)調(diào)整；

5）難度系數(shù)：難度系統(tǒng)計(jì)算公式Pi=1-Ri/n，其中，Ri為該題得分的平均值，pi為試題i的難度系數(shù)， n為該題的滿分值[1]。在命題時(shí)，試題的難度隨著考試所針對(duì)的對(duì)象不同而不同，組卷時(shí)，按照組卷設(shè)定的難度系數(shù)得到符合難度要求的試卷。

由于被測(cè)對(duì)象不同、工種不同等因素變化對(duì)難度系統(tǒng)影響較大，所以不同對(duì)象、不同工種考核時(shí)更要科學(xué)、客觀地確定難度系數(shù)。除了參考以上算式，還要結(jié)合出題人員的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、考核對(duì)象進(jìn)行調(diào)整，將難度系數(shù)模糊為下表列出的三個(gè)等級(jí)。一般情況下，試卷的平均難度系數(shù)大約控制在0.5，只有這樣試卷分?jǐn)?shù)的分布才基本呈正態(tài)分布，符合自然規(guī)律，考試成績(jī)才具有參考價(jià)值[1]。

[難度等級(jí)＼&簡(jiǎn)單題＼&中等題＼&較難題＼&難度區(qū)間＼&0.0-0.3＼&0.3-0.7＼&0.7-1.0＼&模糊化＼&0.2＼&0.5＼&0.8＼&]

2 職業(yè)技能鑒定題庫(kù)管理系統(tǒng)功能模塊介紹

職業(yè)技能鑒定題庫(kù)管理系統(tǒng)中應(yīng)開發(fā)的功能為：

1）人員管理模塊：主要用來對(duì)用戶信息、各種角色以及系統(tǒng)使用權(quán)限等進(jìn)行管理。

2）試卷管理模塊：主要根據(jù)考核大綱要求，設(shè)置題型、數(shù)量、難度系數(shù)并結(jié)合相關(guān)智能組卷算法自動(dòng)組卷，并對(duì)生成的試卷進(jìn)行編輯等操作。

3）題庫(kù)管理模塊：對(duì)歷年來生成的試卷進(jìn)行評(píng)估。分析考試情況，對(duì)題庫(kù)中的試題類型、數(shù)量、難度系數(shù)等信息進(jìn)行修正，為以后的智能組卷提供依據(jù)。

4）考試模塊：主要實(shí)現(xiàn)考生根據(jù)考號(hào)和密碼登錄系統(tǒng)進(jìn)行考試等功能，為了體現(xiàn)考試的公平性，對(duì)同一試卷在保證答題結(jié)構(gòu)、順序合理的情況下進(jìn)行二次組卷。

5）閱卷管理模塊：主要實(shí)現(xiàn)考生提交試卷的評(píng)閱功能，包括對(duì)客觀題系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)判和主觀題人工評(píng)判兩部分。

6）成績(jī)管理模塊：該模塊中，學(xué)生可以查詢分?jǐn)?shù)，管理人員可以查看、分析、匯總、導(dǎo)入、導(dǎo)出成績(jī)等操作功能。

3 職業(yè)技能鑒定題庫(kù)自動(dòng)組卷問題的數(shù)學(xué)建模

在職業(yè)技能鑒定題庫(kù)管理系統(tǒng)自動(dòng)組卷算法中，設(shè)試卷總分為M，試題總數(shù)為N，每套試卷的考試時(shí)間為T分鐘，試卷內(nèi)容由n部分組成，各部分內(nèi)容試題分?jǐn)?shù)比為n1n2...nn；試卷中要考核的知識(shí)點(diǎn)包括m類，各類知識(shí)點(diǎn)所包含試題的分?jǐn)?shù)比是m1m2...mm；題庫(kù)中試題的難度級(jí)別共有P個(gè)，試卷中每個(gè)難度級(jí)別試題的分?jǐn)?shù)比為p1p2...pp；試卷中包含q種題型，則各個(gè)題型的分?jǐn)?shù)比為q1q2...qq，具體數(shù)學(xué)模型如下：

3.1 改進(jìn)的蟻群算法基本思想

蟻群算法主要是模擬螞蟻群落尋找食物過程，螞蟻之間的協(xié)作是蟻群算法中最關(guān)鍵的因素。蟻群算法依據(jù)蟻群的集體尋優(yōu)特征搜索食物和蟻穴之間的路徑，在尋找食物時(shí)螞蟻會(huì)在路徑上散發(fā)信息素，這些信息素會(huì)被陸陸續(xù)續(xù)經(jīng)過本路徑的螞蟻獲取到，然后螞蟻根據(jù)不斷獲取到的信息素選擇最佳路徑。每只螞蟻簡(jiǎn)單的散發(fā)信息素、自行選擇路徑，隨著信息素的不斷積累，通過蟻群之間的協(xié)作多次尋找最后可選擇一條最優(yōu)路徑[2]。目前，蟻群算法解決了最優(yōu)解問題，但職業(yè)技能鑒定題庫(kù)組卷問題是一個(gè)多目標(biāo)尋優(yōu)問題，同時(shí)還要保證試題題型多樣、涵蓋的知識(shí)面廣、重復(fù)性不能過高，因此，根據(jù)職業(yè)技能鑒定題庫(kù)管理系統(tǒng)的實(shí)際需求，改進(jìn)和優(yōu)化蟻群算法，將信息素的積累從被考試過的題目次數(shù)轉(zhuǎn)移到降低被考過試題的信息素來增加其他試題的信息素，從而增加未考過的試題被選中的概率[3]。

3.2 改進(jìn)后的蟻群算法實(shí)現(xiàn)

在基于蟻群算法的職業(yè)技能鑒定題庫(kù)自動(dòng)組卷算法中，在試題庫(kù)中，每只螞蟻從一個(gè)試題節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)試題節(jié)點(diǎn)，不斷地尋找路徑，當(dāng)蟻群中的所有螞蟻都能夠走到路徑的終點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的就組成了一套試卷。我們可以把組卷過程構(gòu)造為一個(gè)有向圖，假設(shè)試題庫(kù)中有N道題，則該問題可以看成一個(gè)有N個(gè)節(jié)點(diǎn)和N*（N-1）邊的完全有向圖，記作G（V，E），其中V表示試題庫(kù)中的試題節(jié)點(diǎn)（試題庫(kù)中試題的數(shù)量），E表示連接節(jié)點(diǎn)的邊[2]。

3.3 螞蟻選擇路徑的方法

隨機(jī)生成試題節(jié)點(diǎn)M個(gè)并放置螞蟻M只，給出路徑的信息素量以及啟發(fā)因子，每只螞蟻會(huì)根據(jù)路徑上的信息素量自主選擇合適的有向線段并移動(dòng)到下一個(gè)試題節(jié)點(diǎn)。按上述過程不斷地重復(fù)，直到約束條件滿足為止，在t時(shí)刻，螞蟻k（k=1，2，…m）從節(jié)點(diǎn)i（i=1，2，…，L）經(jīng)過路徑a[i，j]到節(jié)點(diǎn)i+1的轉(zhuǎn)移概率Pkij（t）為：

JK（i）表示位于節(jié)點(diǎn)i的螞蟻k當(dāng)前能選擇的有向線段組合，ηij表示螞蟻選擇有向線段a[i，j]的期望程度，α和β表示螞蟻k在進(jìn)行路徑選擇時(shí)，有向線段a[i，j]上的信息素量和啟發(fā)因子的重要程度[2]。

3.4 信息素的更新

表示本次循環(huán)中有向線段a[i，j]上信息素的增量，也即第k只螞蟻在a[I，j]上留下的信息素量。

3.5 二次組卷功能的實(shí)現(xiàn)

為了保證在線考試的公平性，本文還采用一種二次組卷分發(fā)策略，將原始試卷中的試題在保證答題結(jié)構(gòu)順序合理的情況下隨機(jī)打亂進(jìn)行二次重組后分發(fā)給考生。這樣使得考生考試內(nèi)容雖相同但試卷試題順序不同。從而避免抄襲現(xiàn)象，進(jìn)而體現(xiàn)了考試的公正和公平。

對(duì)于一份n道試題組成的試卷，將試卷按題型順序打亂，程序流程圖1所示。

對(duì)原始試卷的不同題型下的試題順序打亂并重新組卷分發(fā)在考試中的作用非常重要，既保證了同一時(shí)間參加考試的全部考生同一試卷，又保證了試卷的題型結(jié)構(gòu)合理、答題順序符合做題習(xí)慣，更重要的是整個(gè)考場(chǎng)內(nèi)相鄰考生的試題順序截然不同，充分體現(xiàn)了考試的公平性和公正性[4]。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在Microsoft visual studio 2010環(huán)境下，采用Sql server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)了職業(yè)技能鑒定題庫(kù)管理系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械鉗工、機(jī)械車工、汽車維修工、汽車裝配工等多種工種的職業(yè)技能鑒定試卷的生成。其中試題庫(kù)中有判斷題、單選題、填空題、多選題和綜合題每種題型各50答題，經(jīng)過具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，發(fā)現(xiàn)該算法能夠在一定時(shí)間內(nèi)找到最優(yōu)解，能夠自動(dòng)生成難易適中，學(xué)生考試成績(jī)比較理想的試卷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓英慧. 改進(jìn)的遺傳算法在智能組卷系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)春教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（4）.

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