基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)開發(fā)

孫麗娜

摘? 要：基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生的在線考核。考核時(shí)，首先由考生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄，然后考試系統(tǒng)通過瀏覽器端口對其進(jìn)行身份鑒別，允許符合考生身份的考生參加考試。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收卷、自動(dòng)判分，考試后成績統(tǒng)計(jì)與分析等功能。而基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)的智能體現(xiàn)在對試卷難度的控制上，此系統(tǒng)通過遺傳算法使得每套試卷各不相同，但又符合總分、題量相同等基本約束條件，同時(shí)使得每套試卷的難度在所控制的范圍之內(nèi)，體現(xiàn)了考核的公平性。

關(guān)鍵詞：遺傳算法;高級語言;出卷策略;分?jǐn)?shù)查詢;系統(tǒng)維護(hù)

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）01-0083-03

Development of Intelligent Examination System Based on Genetic Algorithm

SUN Lina

（Harbin Railway Technical College，Harbin? 150040，China）

Abstract：The intelligent examination system based on genetic algorithm can realize the online examination of students. When examining，the examinee first logs on to the internet，and then the examining system authenticates the examinee through the browser port，allowing the examinee who meets the examinee’s identity to take the examination. The system realizes automatic winding up，automatic grading，statistics and analysis after examination. The intelligence of intelligent examination system based on genetic algorithm is embodied in the control of the difficulty of examination papers. This system makes each set of examination papers different by genetic algorithm，but it also meets the basic constraints of total score and the same amount of questions. At the same time，it makes the difficulty of each set of examination papers within the scope of control and reflects the fairness of examination

Keywords：genetic algorithm;high level language;marking strategy;score query;system maintenance

1? 考試系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

考試系統(tǒng)最早興起于國外的教育體系。在教育體系中，考核是重要的學(xué)習(xí)狀態(tài)評價(jià)指標(biāo)，而利用軟件技術(shù)開發(fā)考試系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多門課程的在線考試。目前國外的考試系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于認(rèn)證考試當(dāng)中，例如CISCO認(rèn)證考試、CFA認(rèn)證考試以及語言類的雅思考試。而在國內(nèi)，隨著高校的迅速發(fā)展，其大都使用了教學(xué)考試系統(tǒng)，并將考試系統(tǒng)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)校園以及智慧型校園的應(yīng)用當(dāng)中，利用客觀化試題，進(jìn)行多門課程的在線考核。

2? 智能考試系統(tǒng)的作用與意義

智能考試系統(tǒng)，通過搭建網(wǎng)絡(luò)平臺，實(shí)現(xiàn)在線考試，減少了教室資源及教師資源的占用，節(jié)省了紙質(zhì)試卷所用開支。智能考試系統(tǒng)的試題來源于電子數(shù)據(jù)庫，需要組織考試時(shí)，將試題以輸入或者文件導(dǎo)入的方式，存放于數(shù)據(jù)庫中，然后通過相應(yīng)的遺傳算法，生成若干份試卷，從而滿足考試需求。智能考試系統(tǒng)能夠滿足高?？己诵枨?，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。除此之外，智能考試系統(tǒng)還可用于事業(yè)單位或者機(jī)關(guān)的年度考核，應(yīng)用前景廣泛。

3? 基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)的特點(diǎn)及遺傳算法在智能考試系統(tǒng)中的作用

3.1? 基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)的特點(diǎn)

基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)下，系統(tǒng)的登錄用戶可以根據(jù)需求進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，建立模塊化界面操作權(quán)限，通過登錄界面來實(shí)現(xiàn)對權(quán)限的控制。例如在建立題庫階段，可能需要試題輸入人員、教師、系統(tǒng)管理員等多個(gè)用戶。試題輸入人員權(quán)限最低，其只能登錄題庫模塊，且只有輸入權(quán)限。而教師可以擁有分配題庫、分?jǐn)?shù)查詢、試卷查詢等多個(gè)界面的登錄權(quán)限，實(shí)現(xiàn)操作拓展。

基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對分?jǐn)?shù)的調(diào)整?；谶z傳算法的智能考試系統(tǒng)根據(jù)事業(yè)單位與機(jī)關(guān)單位的實(shí)際需求，建立了分?jǐn)?shù)調(diào)整模塊。這種分?jǐn)?shù)調(diào)整是相對合理的，調(diào)整內(nèi)容增加了符合條件下的加分，例如事業(yè)單位對于工作多年，為單位貢獻(xiàn)較大的員工添加了加分選項(xiàng)。同時(shí)，各事業(yè)單位和機(jī)關(guān)單位還可以通過此系統(tǒng)進(jìn)行分?jǐn)?shù)的折算，例如機(jī)關(guān)單位的年底考核，有時(shí)是以十分制為考核標(biāo)準(zhǔn)，那么就可以進(jìn)行分?jǐn)?shù)折算，例如90分以上折算為9分，80分以上折算為80分等。分?jǐn)?shù)調(diào)整功能體現(xiàn)了基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)的智能化服務(wù)，可以在一定程度上保證考試的公平性。

3.2? 遺傳算法在智能化考核中的作用

在基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)開發(fā)中，遺傳算法主要應(yīng)用于組卷策略模塊，在線考試要實(shí)現(xiàn)不同的考生使用不同的試卷，同時(shí)還要滿足總分、試題類型，題量都相同的基本約束條件，這就對智能化考試系統(tǒng)所使用的算法提出了較高的要求。滿足上述需求的算法有很多，而其中隨機(jī)算法最為簡單。使用隨機(jī)算法隨機(jī)地從題庫中抽取試卷時(shí)，只要題庫中試題數(shù)量滿足要求，那么隨機(jī)算法就可以產(chǎn)生大量的符合基本約束條件的試卷，但這種算法并不能體現(xiàn)智能考試系統(tǒng)的“智能化”，而遺傳算法卻可以體現(xiàn)智能考試系統(tǒng)的智能化，其體現(xiàn)主要在于通過遺傳算法智能考試系統(tǒng)可以將考試難度控制在0.45到0.65之間，在滿足考試試題相關(guān)要求的情況下，使得每個(gè)考生的試題難度處于相同的區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)了考試公平，體現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化水平。

4? 遺傳算法開發(fā)實(shí)現(xiàn)過程概述

4.1? 遺傳算法實(shí)現(xiàn)流程

遺傳算法實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

4.2? 遺傳算法實(shí)現(xiàn)流程原理

我們把試題進(jìn)行劃分，由老師對不同的測試結(jié)果進(jìn)行難度賦值，使每道題目對應(yīng)特有的難度對應(yīng)值，并將其保存于數(shù)據(jù)庫中。測試中得出的難度數(shù)值我們使用公式來表示：Di=1-Ai/m，這種數(shù)學(xué)公式算法容易理解，其采用單位分值對應(yīng)的難度，例如某道選擇題分值為3分，則m的數(shù)值就是3，而A就是學(xué)生評測的平均分，1為總體得分概率，所以用1減去單位分值對應(yīng)的得分就是試題的難度數(shù)值。從公式我們可以看出，試題的難度范圍在0到1之間，而我們需要采用遺傳算法對整個(gè)試卷的試題進(jìn)行計(jì)算，得到的試題難度在0.45到0.65的優(yōu)選集合中。

4.3? 遺傳算法具體實(shí)現(xiàn)過程

第一步，染色體編碼。遺傳算法顧名思義，來源于生物學(xué)和遺傳學(xué)，第一代元素我們稱之為染色體，正是通過這些染色體進(jìn)行算法計(jì)算，試卷題庫中的試題初始狀態(tài)就是染色體，區(qū)分這些試題并進(jìn)行染色體編碼，是第一步要完成的任務(wù)。這里采用實(shí)數(shù)方式進(jìn)行編碼，這種方式的特點(diǎn)是編碼短，例如，某套試卷僅有10道試題，單選題4道，判斷題6道，分別編碼為（12，35，66，70）（12，36，88，69），其中出現(xiàn)了重復(fù)編號的情況，可能會(huì)有人質(zhì)疑這種編碼方式，但其沒有考慮到試題類型是不同的，這種情況下，即使兩者編號相同，他們也不會(huì)混淆。這種編碼方式下，編碼的長度較傳統(tǒng)二進(jìn)制編碼方式大大縮短。

第二步，建立難度適應(yīng)函數(shù)模型：PA=∑D*N/∑N。（注：D代表試題難度，N代表試題分值）。期望的難度數(shù)值與實(shí)際難度數(shù)值越接近，狀態(tài)越佳，因此難度適應(yīng)函數(shù)應(yīng)該對加權(quán)誤差絕對值進(jìn)行變化。F=ef（測試判斷后預(yù)估）我們期望難度數(shù)值為0.5，但我們采用遺傳算法目的是找出符合難度要求的最優(yōu)范圍解，而不是僅僅達(dá)到0.5。

第三步，利用算子和交叉算子，采用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算。算子也需要使用算法實(shí)現(xiàn)，用以控制群體范圍的概率，利用交叉算子是為了實(shí)現(xiàn)交叉和變異的過程，也就是利用算法，進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算并通過多次迭代，挑選出符合要求的下一代群體，再根據(jù)實(shí)際情況繼續(xù)進(jìn)行迭代計(jì)算，直到迭代次數(shù)完成。

5? 主要模塊功能簡述

基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)模塊較多，這里挑選幾個(gè)主要模塊進(jìn)行說明。

5.1? 在線考試模塊

系統(tǒng)在用戶在獲得身份驗(yàn)證權(quán)限后，若證明用戶是考生身份，則執(zhí)行試卷生成與分發(fā)工作，并允許考生在瀏覽器端進(jìn)行考試，考生在考試時(shí)間內(nèi)進(jìn)行答題，在考試即將結(jié)束的25分鐘時(shí)，系統(tǒng)給出“考試將在25分鐘后結(jié)束”的信息框提示。在線考試提供了兩種交卷方式：完成考核學(xué)生自主點(diǎn)擊提交按鈕和到達(dá)考試結(jié)束時(shí)間系統(tǒng)自動(dòng)交卷。學(xué)生答題情況以數(shù)據(jù)形式保存在數(shù)據(jù)庫。

5.2? 組卷功能模塊

組卷功能模塊，首先根據(jù)考試的基本信息，添加考試名稱，輸入考生信息及其對應(yīng)的總分、題型、分值以及難度期望數(shù)值等內(nèi)容，然后執(zhí)行遺傳算法過程，并考試時(shí)實(shí)時(shí)生成試卷。

5.3? 成績查詢與轉(zhuǎn)換模塊

在考試結(jié)束，試卷自主評閱后，可以進(jìn)行考試成績查詢，考試成績查詢的權(quán)限由教師開放。權(quán)限開放后，考生可以通過考試身份信息驗(yàn)證，再次登錄系統(tǒng)，查閱自己的考試成績。同時(shí)作為功能拓展，百分制可以轉(zhuǎn)換為十分制以及評價(jià)制（優(yōu)、良好等不同等級）

6? 遺傳算法組卷功能測試

在基于遺傳算法的智能考試系統(tǒng)開發(fā)后，對其進(jìn)行功能測試，填寫遺傳算法相關(guān)數(shù)據(jù)，并在題庫內(nèi)進(jìn)行試卷組卷，經(jīng)測試該系統(tǒng)能夠基本完成組卷工作。圖2為遺傳算法參數(shù)生成界面，圖3為組卷成功界面，系統(tǒng)提示通過算法生成了考試試卷。

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