基于遺傳算法的網絡考試系統的設計與實現

摘要：本文設計的是一個基于遺傳算法的網絡考試系統，使得傳統的考試模式得以改變，實現了網絡化的考試，為學生和教師提供了一個不局限于空間和時間的考試模式，提高了教學效率。

關鍵詞：遺傳算法；自動組卷；ASP.NET

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)14-20929-02

在信息技術飛速發展的今天，隨著計算機網絡的普及，傳統的考試形式正發生著深刻的變化。網絡化的考試系統已經成為當今社會特別是高校的重要的考試形式，也是未來考試形式的發展趨勢。基于B/S模式的網絡考試系統相對于其他的模式有較多的優點，所以本系統采用這種模式設計。利用ASP.NET技術，采用Visual Studio.NET 2005和SQL Server 2005為開發平臺來實現一個Web站點上運行，通過瀏覽器訪問，完成相關功能的網絡考試系統。

在網絡考試系統中自動組卷是比較核心的一個功能，下面首先對系統的自動組卷的方法和數學模型進行闡述。

1 自動組卷方法的分析及數學模型的描述

本文提出的是基于遺傳算法的自動組卷方法。遺傳算法（Genetic Algorithm，簡稱GA）是由美國Michigan大學的Holland教授于20世紀70年代提出。它是一種借用生物遺傳學觀點，利用“優勝劣汰”機制，最終得到問題最優解的非數值優化方法。遺傳算法把解空間映射為遺傳空間，把解看做“染色體”，也就是二進制編碼的串。首先給出一群“染色體”組成初始種群，然后根據適應度函數計算每一條“染色體”的適應度值，對其進行評價，優勝劣汰。選出的適應環境的“染色體”再進行交叉、變異產生更適應環境的新一代“染色體”群，再進行選擇。就這樣一代一代的進化，反復迭代，直到得到最適應環境的“染色體”，也就是符合我們要求的問題的最優解。[1]

遺傳算法主要的特點有下面的一些：[2]

(1)遺傳算法的操作對象不是單個的可行解而是一組，多條軌道并行進行搜索。

(2)遺傳算法的通用性強，因為它是使用目標函數進行工作，只考慮目標值，其他的先決條件和輔助信息都不需要。

(3)遺傳算法采用的是交叉、變異等操作，產生新的個體，這樣的方式擴大了搜索范圍，從而使得優化的結果是全局最優解而不是局部最優解。

(4)遺傳算法所采用的是隨機轉換機制，并不是確定的轉換機制，這樣就利于保持種群的多樣性。

(5) 遺傳算法比較適合于大規模復雜問題的求解，計算簡單而且功能也強大。

自動組卷是網絡考試系統中一個重要和較難處理的問題。自動組卷其實就是根據一定的約束條件，選取適當的題目，生成符合要求的試卷。這里的約束條件有：考試科目、題量、題型、知識點、試題難度，曝光度等。

根據前面提到的自動組卷的約束條件，為自動組卷過程建立控制指標狀態空間S。

要從題庫中選取一道試題就需要確定x項指標，這些指標包括有：題分S1，題型S2，難度S3……等等。用y表示試題的數目，那么一份數據就可以表示為：

根據這個目標矩陣：

(1) 試卷總分=，一般情況下為100分，用戶可自行指定總分值。

(2) 平均難度=/總分

根據這個目標矩陣還可以得到其他的一些條件，按照這些條件來制定一份試卷。

2 系統實現的主要技術介紹

2.1 Asp.net技術

ASP.NET是一種動態網頁的開發技術，其前身ASP（Active Server Pages）技術曾經在動態網頁制作開發領域得到了廣泛的應用，其簡單的語法，嵌入HTML方式等特點，在動態WEB技術領域取得了非常大的成功。但是隨著其他一些新技術的出現，比如PHP，JSP等，尤其它們的一些優勢，使得ASP在很大程度上受到了挑戰，所以微軟公司在2000年和2005年分別發布了ASP.NET和ASP.NET 2.0。本系統就是采用的ASP.NET 2.0。[6]

2.2 .NET Framework 簡介

.NET Framework是支持生成和運行下一代應用程序和 XML Web services 的內部 Windows 組件。它提供了構建及執行應用程序和XML Web services的基礎，不管是Windows應用程序、Web應用程序還是XML Web services，都是使用一套通用的工具和代碼來開發，而且容易相互集成。.NET Framework 具有兩個主要組件：公共語言運行庫和 .NET Framework 類庫。[8]

2.3 ADO.NET

ADO.NET是一種新的數據庫訪問技術，是.NET Framework中最重要的一部分，它是.NET Framework中用以操作數據庫的類庫的總稱，功能全面，在訪問不同數據庫的時候，能夠保持操作的一致性。ADO.NET的一個突出特點就是斷開式模式，在這種方式下，應用程序連接數據庫的時間只需要足夠提取或更新數據，完成工作之后就可以斷開連接。

2.4 SQLServer2005簡介

SQLServer是由微軟公司開發的一個功能完善，并得到了廣泛使用的數據庫管理系統。SQLServer采用的是客戶機/服務器（C/S）體系結構。SQLServer2005較前面的一些版本有下面的一些新特點：XML技術、與ADO.NET2.0結合緊密、安全性能的提高、數據庫鏡像等。

3 網絡考試系統總體結構

根據需求分析得出，本系統的總體結構如下：

4 數據庫設計

4.1 考生數據庫

考生要參加考試，必須確認其資格，也就是需要登錄系統。所以考生數據庫保存的是參加考試的學生的相關信息。這其中包括：準考證號、考生姓名、班級、密碼。只有通過系統認證才能進行考試。

4.2 教師數據庫

教師具有對考試科目的管理，成績的管理，試卷管理等權限，所以對其身份，也需要系統認證。教師數據庫包括：帳戶、密碼。

4.3 試題數據庫

試題庫是系統中比較重要的一個部分，通過從試題庫中按照一定的要求，也就是前面提到的約束條件，抽取試題組成試卷。其結構和屬性如下：

①題目 試題的具體內容；

②答案 試題相應的正確答案；

③分值 每道試題的分數；

④試題類型 本系統設計4種題型，分別是單選題、多選題、判斷題和填空題；

⑤科目 試題所屬的考試科目；

⑥難度 試題的難度根據管理員的設定組成不同難易程度的試卷，對于不同階段、對象的考試能夠采用不同的難度；

⑦時間 用戶根據考試的安排可以相應的制定考試的時間。

5 系統各模塊設計

5.1 考生模塊

考生模塊主要是面向于考生，滿足考生網絡考試的要求。一名參加考試的學生首先應該具備考試資格，這個資格的確認就需要通過考生登錄考試系統來完成。考生的身份由準考證號、密碼組成，同時還需要輸入相應的考試科目，如果信息正確，則完成系統登錄。

5.2 教師模塊

教師模塊是教師對整個系統進行維護和管理的模塊。當然首先也必須要具備相應資格的教師才能登錄，包括正確的帳戶和密碼，登錄系統之后就進入相應的頁面。教師可以完成的工作主要有：

5.2.1 考試科目管理

考試科目的管理主要包括有：添加科目，教師根據教學考查的要求增加相應要考試的科目；刪除科目，管理員可以刪除不需要的考試科目；編輯科目，如果考試科目需要修改，教師可以編輯已有的考試科目。

5.2.2 題庫管理

題庫是整個考試系統中最基礎的一個部分，是組成一份試卷的試題的基本來源。

題庫的管理主要有下面一些工作：

教師對試題的錄入，包括了對題型的設定，題目內容的制定，題目的答案、分值、時間、難度、科目等；對試題的修改，可以對已存在的試題各項內容進行所需的修改和調整；還可以對試題進行查詢、刪除。

5.2.3 組卷

組卷主要是完成試卷的制定工作。教師根據考試的基本要求如考試科目，考試的時間，整體的難易程度等，在系統中設定相應的參數，系統就會根據要求自動組卷生成試卷。

5.2.4 成績管理

教師可以查看考生的成績，刪除。

采用本網絡考試系統，使得傳統的考試模式得以改變，教學效率提高。同時減輕了教師的工作量，而且使參加考試的考生不再局限于一個空間上的限制，可以在校園以外的其他符合要求的地點考試，特別適用于網絡教育。

參考文獻：

[1] 蔡自興， 徐光祐. 人工智能及其應用（第二版）[M]. 北京：清華大學出版社， 1996.

[2] 張穎， 劉艷秋. 軟計算方法[M]. 北京：科學出版社，2002，95-96.

[3] 劉韶麗. 基于智能組卷策略的網上考試系統的設計與實現[D]. 2006，14-15，17-18.

[4] 云慶夏，等. 遺傳算法和遺傳規劃——一種搜索尋優技術[M]. 冶金工業出版社，1997.

[5] 張月. 基于遺傳算法的在線考試系統[D]. 2005，27.

[6] 劉乃麗. 精通ASP.NET 2.0+SQL Server 2005 項目開發[M]. 人民郵電出版社，2007.

[7] 周文舉. 基于遺傳算法的自動組卷系統研究與實現[D]. 2006，25.

[8] 賓晟，周峰，孫更新. ASP.NET 網絡程序開發原理與實踐教程[M]. 電子工業出版社，2007.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文