基于整數(shù)編碼和遺傳算法的題庫管理系統(tǒng)的開發(fā)與研究.pdf

1、面對當(dāng)前教育事業(yè)迅猛發(fā)展的大好形勢，各院校對考試的規(guī)范化也提出了更高的要求，即在考試內(nèi)容和測試標(biāo)準(zhǔn)相同的條件下，需要在短時(shí)間內(nèi)生成大量有較大差別的等效試卷。其中關(guān)鍵的問題就是題庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成符合各科大綱要求的高質(zhì)量的試卷。由于題庫管理系統(tǒng)對教學(xué)考試具有重要的理論意義和使用價(jià)值，目前，在教育考試管理部門對題庫管理系統(tǒng)的開發(fā)和研究工作已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)問題。 本文著眼于C/S結(jié)構(gòu)題庫管理系統(tǒng)的開發(fā)與研究，選擇了

2、現(xiàn)代流行的Delphi語言作為軟件的開發(fā)工具和SQL Server 2000作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS），采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中自頂向下、逐步求精的程序設(shè)計(jì)方法，用數(shù)據(jù)流圖和程序流程框圖描述系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。題庫管理系統(tǒng)的核心功能是自動(dòng)組卷。自動(dòng)組卷就是采用相應(yīng)的組卷策略，設(shè)計(jì)出符合用戶要求和具有一定約束條件的高質(zhì)量的試卷模式，然后再按試卷模式選取相應(yīng)試題組成試卷。組成試卷過程是在滿足考試規(guī)定的題型、題量、難度系數(shù)、知識(shí)點(diǎn)分布、分值和考試用時(shí)

3、等各種具體參數(shù)的約束條件下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和考試目的，最終由具有這些屬性的試題構(gòu)成試卷的基于專家知識(shí)的決策過程。本文針對自動(dòng)組卷所使用遺傳算法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對算法實(shí)現(xiàn)過程中的遺傳交叉后出現(xiàn)的重碼問題原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究，提出了一種比較好的解決方案。這是本文的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是具有探討和研究價(jià)值的亮點(diǎn)。整個(gè)題庫管理系統(tǒng)是面向廣西師范大學(xué)各個(gè)院系的教學(xué)考試管理部門而設(shè)計(jì)、開發(fā)的，主要是幫助教師輕松的出一份高質(zhì)量的試卷。 本文主要

4、包括論文的基本結(jié)構(gòu)及內(nèi)容、題庫管理系統(tǒng)及子系統(tǒng)的主要功能、題庫管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、算法優(yōu)化和軟件測試等五個(gè)方面，具體內(nèi)容如下： 一、本論文的基本結(jié)構(gòu)及內(nèi)容：首先介紹了選題背景、現(xiàn)狀、意義和所作的工作。接著對題庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了需求分析、可行性分析和總體設(shè)計(jì)。進(jìn)一步對子系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和具體的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)對系統(tǒng)功能正確性進(jìn)行了軟件測試。最后對題庫管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的遺傳算法從理論和應(yīng)用兩方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

5、 二、題庫管理系統(tǒng)及子系統(tǒng)的主要功能：1、用戶管理――針對不同用戶分配不同的權(quán)限。 2、題庫維護(hù)――可以進(jìn)行試題的輸入、修改和刪除操作3、生成試卷――即可以手工生成試卷，也可以自動(dòng)生成試卷。4、試卷管理――將生成的符合要求的試題以試卷形式輸出。為了便于使用題庫管理系統(tǒng)，本研究選擇了Microsoft Word 2003作為終端輸出軟件，這樣可以方便的編輯試卷的輸出形式。5、數(shù)據(jù)保護(hù)――管理員可以進(jìn)行數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)操作。6、幫助―

6、―說明題庫管理系統(tǒng)的使用方法和注意事項(xiàng)。 三、題庫管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：自動(dòng)生成試卷的基本原理是遺傳算法，這種算法是模擬生物在自然界中的遺傳和變異的進(jìn)化過程而形成的一種全局優(yōu)化搜索算法。本系統(tǒng)的關(guān)鍵算法是采用基于整數(shù)編碼的基本遺傳算法。通過生成具有一定數(shù)量的初始群體作為進(jìn)化的起點(diǎn)、求出初始群體和進(jìn)化后各代群體中每個(gè)染色體的相對誤差值(取倒數(shù)后作為適應(yīng)度值)、遺傳交叉改變?nèi)旧w的基因組成、遺傳變異產(chǎn)生新的個(gè)體和遺傳選擇對群體中的個(gè)體

7、進(jìn)行優(yōu)勝劣汰的篩選等典型的基本操作。經(jīng)過遺傳一定的代數(shù)后，選擇出所有各代的相對誤差最小（適應(yīng)度最高）的染色體。對選出的這個(gè)最優(yōu)染色體進(jìn)行解碼，得到符合要求的一組高質(zhì)量的試題，進(jìn)而由各種題型的試題構(gòu)成滿足用戶要求的試卷。通過對遺傳交叉后出現(xiàn)的重碼問題原因進(jìn)行了仔細(xì)的分析與研究后，采用交叉點(diǎn)左移的方法使這個(gè)配對染色體進(jìn)行遺傳交叉的成功率在實(shí)驗(yàn)條件下增加了8倍，充分保證了遺傳交叉所要求達(dá)到的交叉規(guī)模；并且所用時(shí)間從總體規(guī)模上減少了8倍。

8、 四、算法優(yōu)化：從不同的角度和思維方式分析研究同一個(gè)問題，在保證方法和結(jié)果正確的前提下找出最好的算法和編程技巧，這樣能使程序的運(yùn)行速度大大提高。在軟件編寫過程中采用了一些算法優(yōu)化措施，目的是減少程序的運(yùn)行時(shí)間。 五、軟件測試：為了保證系統(tǒng)及各個(gè)子系統(tǒng)功能的正確性，在編程時(shí)首先編寫每一功能模塊的代碼，驗(yàn)證結(jié)果的正確性。在保證子模塊功能正確后，再將它編寫成通用函數(shù)移植到題庫管理系統(tǒng)中，以便調(diào)用。 最后對系統(tǒng)的特點(diǎn)做出了全面