基于遺傳算法的智能組卷考試系統(tǒng)研究

溫靜+郝大治+張曉峰

摘 要 近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其在考試中的應(yīng)用可提高組卷的靈活性及評(píng)卷效率。本文探討基于遺傳算法的智能組卷系統(tǒng)，以供參考。

關(guān)鍵詞 遺傳算法；智能組卷；考試系統(tǒng)研究

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）199-0134-01

智能組卷考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及諸多問(wèn)題，其中組卷算法是設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，關(guān)系著試卷質(zhì)量。遺傳算法具有收斂性好、智能搜索、自適應(yīng)全局選優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，在智能組卷考試系統(tǒng)中的應(yīng)用取得良好效果。

1 遺傳算法原理

遺傳算法在選擇、交叉、變異等遺傳操作下，結(jié)構(gòu)重組與迭代處理種群染色體，以適應(yīng)度函數(shù)為唯一進(jìn)化標(biāo)準(zhǔn)。迭代尋優(yōu)過(guò)程中，個(gè)體被是否被選中由適應(yīng)度函數(shù)值決定，經(jīng)交叉、變異形成新個(gè)體，構(gòu)成新的種群，在一代代的進(jìn)化中種群染色體逐漸優(yōu)化，當(dāng)染色體與最優(yōu)解接近時(shí)，進(jìn)化完成。遺傳算法的步驟為：1）以研究問(wèn)題為對(duì)象進(jìn)行編碼，確定初始化種群。2）以適應(yīng)度函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估種群中個(gè)體適應(yīng)值大小，確定是否滿足設(shè)定閥值，如滿足則計(jì)算結(jié)束，將解輸出，如不滿足則進(jìn)入步驟3）。3）種群在遺傳算子作用下進(jìn)化，并經(jīng)步驟2）檢驗(yàn)。

2 基于遺傳算法的智能組卷算法設(shè)計(jì)

2.1 智能組卷考試系統(tǒng)需求分析

智能組卷考試系統(tǒng)應(yīng)能在設(shè)定的考試范圍內(nèi)進(jìn)行組卷，并且生成試題的難度應(yīng)具有區(qū)分度，題型安排合理，保證能夠全面的考查學(xué)生所學(xué)知識(shí)情況。智能組卷系統(tǒng)組卷步驟為：

首先，在明確考試大綱的基礎(chǔ)上，確定所考知識(shí)點(diǎn)范圍、考試題型以及不同題型的構(gòu)成比例。其次，依據(jù)考試性質(zhì)確定試卷的區(qū)分度系數(shù)、難度系數(shù)等。再次，利用組卷算法智能組卷。最后，為保證組卷質(zhì)量滿足考試要求，可適當(dāng)對(duì)某些題目微調(diào)，微調(diào)結(jié)束后組卷完成。

2.2 基于遺傳算法的智能組卷算法設(shè)計(jì)

組卷算法是智能組卷考試系統(tǒng)的核心，直接影響著試卷質(zhì)量，是設(shè)計(jì)智能組卷考試系統(tǒng)的重要內(nèi)容。

1）確定編碼方法。為提高組卷效率，可使用獨(dú)立有序編碼方案編碼染色體，即，根據(jù)題型對(duì)試題進(jìn)行分段操作，采用獨(dú)立實(shí)數(shù)在題型內(nèi)部完成編碼，每份試卷均有一個(gè)染色體與之對(duì)應(yīng)，每個(gè)試題與染色體上的基因?qū)?yīng)，而各個(gè)試題編號(hào)構(gòu)成染色體編碼，且不同組間的編碼相互獨(dú)立，某試卷的染色體編碼如表1所示。

2）產(chǎn)生初始種群。為保證遺傳算法具有較好的收斂性，初始種群產(chǎn)生應(yīng)進(jìn)行條件約束，即，設(shè)置不同題型占比、題量、總分等約束條件，產(chǎn)生隨機(jī)種群。同時(shí)，降低算法計(jì)算量與復(fù)雜度，提高運(yùn)算效率，應(yīng)保證種群規(guī)模的合理性，通常在100左右。

3）設(shè)計(jì)適應(yīng)度函數(shù)。組卷時(shí)，用函數(shù)f（x）表示組成試卷與成卷要求見(jiàn)的差值，差值越小表面組卷越接近要求。遺傳算法中，種群染色體適應(yīng)度函數(shù)值F（x）決定試卷性能，F(xiàn)（x）越大表明個(gè)體較好，反之，個(gè)體越差，因此，應(yīng)采用某種方法將f（x）轉(zhuǎn)化為F（x）。指數(shù)比例轉(zhuǎn)化算法復(fù)制多次種群中的優(yōu)秀個(gè)體，使得相近染色體間的競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步提高，該算法的公式為：

F=exp（-af）

其中a表示復(fù)制強(qiáng)度，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)值可取0.05。

4）遺傳算子設(shè)計(jì)。遺傳算子決定算法迭代次數(shù)多少，如遺傳算子設(shè)計(jì)合理，可大大提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。遺傳算法中的算子分為變異算子、交叉算子、選擇算子。其中變異算子可通過(guò)單點(diǎn)變異操作實(shí)現(xiàn)，即，從父代群體中按照變異概率Pm確定任意一個(gè)個(gè)體，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行變異。給試卷造成的影響體現(xiàn)在：在同一題型中選擇另外試題更換原有試題。設(shè)計(jì)交叉算子時(shí)可考慮在相同題型內(nèi)部進(jìn)行，即，如題型相同便將試題劃分在同一組中，不同題型對(duì)應(yīng)于染色體的獨(dú)立分段，段內(nèi)實(shí)施但電交叉，對(duì)試卷而言為多點(diǎn)較叉。設(shè)計(jì)選擇算子時(shí)可考慮適應(yīng)自適應(yīng)算法，具體實(shí)現(xiàn)為：以適應(yīng)度值為標(biāo)準(zhǔn)確定是否進(jìn)入下一代，通常情況，進(jìn)入下一代的為優(yōu)秀個(gè)人。同時(shí)，采用適應(yīng)度比例法，對(duì)上述未選中的個(gè)體進(jìn)行篩選，當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后停止。

5）設(shè)置算法終止條件。上述遺傳操作循環(huán)進(jìn)行，直到達(dá)到某一設(shè)定條件時(shí)結(jié)束。組卷系統(tǒng)中考慮設(shè)置最大迭代次數(shù)以及期望適應(yīng)度值，其中任何一個(gè)條件滿足，則迭代終止。

6）具體實(shí)現(xiàn)。以M表示種群規(guī)模、MaxGen表示迭代次數(shù)最大值、Pm表示變異發(fā)生的可能性大小，即，變異發(fā)生概率、Pc表示交叉發(fā)生概率，組卷操作時(shí)，（1）用戶根據(jù)測(cè)試目的及考試說(shuō)明輸入組卷要求，確定后由系統(tǒng)自動(dòng)確定初始群體，以gen作為當(dāng)前迭代次數(shù)。同時(shí)，對(duì)個(gè)體的適應(yīng)度值進(jìn)行計(jì)算。（2）開(kāi)始迭代選優(yōu)操作。（3）將最優(yōu)個(gè)體輸出，并對(duì)試卷各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，確定是否滿足要求。

3 結(jié)論

基于遺傳算法的智能組卷考試系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，為保證組卷質(zhì)量與效率，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在明確遺傳算法原理的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析組卷要求，選擇合理的編碼方法，尤其在適應(yīng)度函數(shù)、遺傳算子、終止條件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮計(jì)算復(fù)雜度與計(jì)算效率，保證生成的試卷更好的滿足要求。

參考文獻(xiàn)

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