蟻群優化算法在職業技能鑒定題庫管理系統中的應用

彭英慧　彭友　于志騰

摘要：該項目針對職業技能鑒定考核中不同專業、不同工種及不同等級，開發職業技能鑒定題庫綜合管理系統。利用蟻群優化算法智能組合技能鑒定試卷，解決了組題過程中多目標問題；從而確定出不同專業、不同工種、不同等級的難度系數符合正態分布的職業技能鑒定考核試題，滿足不同群體的職業技能鑒定考核需求。

關鍵詞：職業技能鑒定 自動組題 多目標優化問題

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

1引言

當前，教育系統廣泛使用智能組卷系統，大大減輕了各類用戶的工作量，解決了許多實際問題，而組卷速度快、效率高、試題涵蓋的知識面廣、試卷題型多樣、難度系數適中、注重考查學生的實踐技能一直是教育工作者追求的目標。在職業技能鑒定題庫管理系統中組卷時間長、速度慢仍是普遍存在的問題，還不能滿足職業技能鑒定考核中的需求。所以提出一種基于蟻群優化算法的職業技能鑒定題庫自動組卷策略。

2智能組卷理論基礎

任何系統都有一定的指標體系，職業技能鑒定題庫也不列外，每個指標都是為自動組卷、題庫系統管理服務的，優化了這些指標也就促使該系統得到優化。智能組卷指標體系：

（1）試卷題型：試卷題型因用戶需求不同而不同，通常設為5種題型：填空題、選擇題、判斷題、多選題、綜合應用題。

（2）試題所屬章節：課程的章節與題庫中試題之間存在對應關系。

（3）考核知識點：教學大綱中要求的必須重點掌握的知識點。

（4）試題難度系數：考試對象不同，試題的難度也不一樣，按照難度系數要求組卷得到符合要求的試卷。難度系數計算公式為Pi=1-Ri/n，其中，Ri為該題得分平均值，pi為試題i的難度系數，n為該題滿分值。

由于被測對象的不同、不同工種的變化等因素對難度系數影響較大，所以不同工種考

核時更要科學地確定難度系數，不僅參考給出的算式，還要結合命題人員多年的教學經驗進行調整，將難度系數模糊為如下表所列的5個等級。一般情況下試卷難度控制在0.5左右，少數控制在0.3-0.7之間，試卷分數分布基本上才呈現正態分布，考試成績才有參考價值[1]。作為職業技能鑒定考試，學生通過與否涉及到學生的畢業證書和學位證書，所以難度控制很關鍵。

3.1蟻群優化算法思路及具體實現

在基于蟻群算法的職業技能鑒定題庫智能組卷算法中，蟻群中的每只螞蟻在試題庫中從一個節點移動到另外一個節點，不斷的尋找路徑，當所有螞蟻都能夠找到一條路徑時就相應地形成了一套試卷。我們可以把智能組卷過程用一個有向圖來表示，假設試題庫中有N道題，則該問題可以看成一個有N個節點和N*（N-1）邊的完全有向圖，記作G（V，E），其中V表示試題庫中的試題節點（試題庫中試題的數量），E表示連接節點的邊[2]。

3.2螞蟻的路徑選擇

在當前時刻，隨機生成M個試題節點并放置M只螞蟻，每只螞蟻根據給出路徑的啟發因子及信息素量會自主的選擇一個有向線段從一個試題節點向下一試題節點移動。按上述過程不斷的重復，直到約束條件滿足為止，在t時刻螞蟻k（k=1，2，…m），從節點i（i=1，2，…，L）經路徑a[i，j]到節點i+1的轉移概率Pkij（t）為：

Pkij（t）= （2）

JK（i）表示位于節點i的螞蟻k當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k在選擇路徑時，有向線段上信息素量和啟發式因子的重要程度。

3.3信息素更新

經過不斷的迭代，當M只螞蟻都找到一條路徑，表明找到了M個可行解。此時產生的最優解是M個可行解中的最優值，如果此最優解比目前最優解更好，則進行最優解的更新，最優解更新了，信息素也要做相應的修改，隨后，螞蟻K要按照公式（3）更新其路徑上的信息素：Тij（t+1）=（1-ρ）тij（t） +（3）

表示本次循環中有向線段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。

3.4二次組卷功能的實現

為了保證在線考試的公平性，本文還采用二次組卷分發機制，即將原始試卷中的試題按題型隨機打亂進行二次重組后分發給考生。這樣使得考生考試內容雖相同但試卷順序不同。

對于一份由n道試題組成的試卷，將試卷按題型順序打亂。

對原始試卷在保證試題結構合理的情況下對試題順序打亂進行二次組卷分發在考試中作用非常重要，即保證了同一時間參加考試的考生是同一試卷，又保證了試卷的題型、做題順序結構合理，更重要的是整個考場內相鄰考生的試卷順序大相徑庭，從而避免抄襲現象，進而體現了考試的公平性和公正性。

3.5操作題題中公式和圖表的處理

在職業技能鑒定試題中尤其是機械類和汽車工種的操作題中有大量的圖表，為了讓用戶最快速的瀏覽到公式和圖標圖表的內容，因此在系統設計過程中將圖表、公式等盡量轉化成JPEG或GIF格式的圖片文件上傳到題庫中，對于這種類型的試題，設計數據庫時添加圖片字段，題目和圖片對應，在題目選好后即能對應相應的圖片，用戶在瀏覽時能看到縮略圖，點擊就能看到原圖。

4系統實現

在Microsoft visual studio 2010環境下采用winform方式，依托SQL Server 2008后臺數據庫管理系統，實現了不同工種的職業技能鑒定考核題庫管理系統。對機械車工、機械鉗工、汽車裝配工、汽車維修工等多種工種生成職業技能鑒定試卷并編輯審核。其中試題庫中有填空題、單選題、多選題、判斷題和綜合應用題每種題型各100道，經過具體的模擬實驗，發現改進的蟻群算法能夠自動生成難易適中，涵蓋知識面較廣、學生考試成績比較理想的試卷。

參考文獻

[1] 劉燕茹，李麗娜等.蟻群算法在計算機自動組卷中的應用研究[J].研究與開發，2014.

[3] 韓英慧.改進的遺傳算法在智能組卷系統中的應用[J].長春教育學院學報，2015.