基于遺傳算法的智能考試系統開發

孫麗娜

摘? 要：基于遺傳算法的智能考試系統，能夠實現對學生的在線考核。考核時，首先由考生進行網絡登錄，然后考試系統通過瀏覽器端口對其進行身份鑒別，允許符合考生身份的考生參加考試。系統實現自動收卷、自動判分，考試后成績統計與分析等功能。而基于遺傳算法的智能考試系統的智能體現在對試卷難度的控制上，此系統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，同時使得每套試卷的難度在所控制的范圍之內，體現了考核的公平性。

關鍵詞：遺傳算法;高級語言;出卷策略;分數查詢;系統維護

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻標識碼：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? 考試系統的國內外發展現狀

考試系統最早興起于國外的教育體系。在教育體系中，考核是重要的學習狀態評價指標，而利用軟件技術開發考試系統，能夠實現多門課程的在線考試。目前國外的考試系統廣泛應用于認證考試當中，例如CISCO認證考試、CFA認證考試以及語言類的雅思考試。而在國內，隨著高校的迅速發展，其大都使用了教學考試系統，并將考試系統應用于網絡校園以及智慧型校園的應用當中，利用客觀化試題，進行多門課程的在線考核。

2? 智能考試系統的作用與意義

智能考試系統，通過搭建網絡平臺，實現在線考試，減少了教室資源及教師資源的占用，節省了紙質試卷所用開支。智能考試系統的試題來源于電子數據庫，需要組織考試時，將試題以輸入或者文件導入的方式，存放于數據庫中，然后通過相應的遺傳算法，生成若干份試卷，從而滿足考試需求。智能考試系統能夠滿足高校考核需求，具有較強的實用性。除此之外，智能考試系統還可用于事業單位或者機關的年度考核，應用前景廣泛。

3? 基于遺傳算法的智能考試系統的特點及遺傳算法在智能考試系統中的作用

3.1? 基于遺傳算法的智能考試系統的特點

基于遺傳算法的智能考試系統下，系統的登錄用戶可以根據需求進行權限設置，建立模塊化界面操作權限，通過登錄界面來實現對權限的控制。例如在建立題庫階段，可能需要試題輸入人員、教師、系統管理員等多個用戶。試題輸入人員權限最低，其只能登錄題庫模塊，且只有輸入權限。而教師可以擁有分配題庫、分數查詢、試卷查詢等多個界面的登錄權限，實現操作拓展。

基于遺傳算法的智能考試系統實現了對分數的調整。基于遺傳算法的智能考試系統根據事業單位與機關單位的實際需求，建立了分數調整模塊。這種分數調整是相對合理的，調整內容增加了符合條件下的加分，例如事業單位對于工作多年，為單位貢獻較大的員工添加了加分選項。同時，各事業單位和機關單位還可以通過此系統進行分數的折算，例如機關單位的年底考核，有時是以十分制為考核標準，那么就可以進行分數折算，例如90分以上折算為9分，80分以上折算為80分等。分數調整功能體現了基于遺傳算法的智能考試系統的智能化服務，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開發中，遺傳算法主要應用于組卷策略模塊，在線考試要實現不同的考生使用不同的試卷，同時還要滿足總分、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，而其中隨機算法最為簡單。使用隨機算法隨機地從題庫中抽取試卷時，只要題庫中試題數量滿足要求，那么隨機算法就可以產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智能考試系統的“智能化”，而遺傳算法卻可以體現智能考試系統的智能化，其體現主要在于通過遺傳算法智能考試系統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要求的情況下，使得每個考生的試題難度處于相同的區間，從而實現了考試公平，體現了系統的智能化水平。

4? 遺傳算法開發實現過程概述

4.1? 遺傳算法實現流程

遺傳算法實現流程如圖1所示。

4.2? 遺傳算法實現流程原理

我們把試題進行劃分，由老師對不同的測試結果進行難度賦值，使每道題目對應特有的難度對應值，并將其保存于數據庫中。測試中得出的難度數值我們使用公式來表示：Di=1-Ai/m，這種數學公式算法容易理解，其采用單位分值對應的難度，例如某道選擇題分值為3分，則m的數值就是3，而A就是學生評測的平均分，1為總體得分概率，所以用1減去單位分值對應的得分就是試題的難度數值。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試卷的試題進行計算，得到的試題難度在0.45到0.65的優選集合中。

4.3? 遺傳算法具體實現過程

第一步，染色體編碼。遺傳算法顧名思義，來源于生物學和遺傳學，第一代元素我們稱之為染色體，正是通過這些染色體進行算法計算，試卷題庫中的試題初始狀態就是染色體，區分這些試題并進行染色體編碼，是第一步要完成的任務。這里采用實數方式進行編碼，這種方式的特點是編碼短，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），其中出現了重復編號的情況，可能會有人質疑這種編碼方式，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，他們也不會混淆。這種編碼方式下，編碼的長度較傳統二進制編碼方式大大縮短。

第二步，建立難度適應函數模型：PA=∑D*N/∑N。（注：D代表試題難度，N代表試題分值）。期望的難度數值與實際難度數值越接近，狀態越佳，因此難度適應函數應該對加權誤差絕對值進行變化。F=ef（測試判斷后預估）我們期望難度數值為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范圍解，而不是僅僅達到0.5。

第三步，利用算子和交叉算子，采用數學方法進行計算。算子也需要使用算法實現，用以控制群體范圍的概率，利用交叉算子是為了實現交叉和變異的過程，也就是利用算法，進行數學計算并通過多次迭代，挑選出符合要求的下一代群體，再根據實際情況繼續進行迭代計算，直到迭代次數完成。

5? 主要模塊功能簡述

基于遺傳算法的智能考試系統模塊較多，這里挑選幾個主要模塊進行說明。

5.1? 在線考試模塊

系統在用戶在獲得身份驗證權限后，若證明用戶是考生身份，則執行試卷生成與分發工作，并允許考生在瀏覽器端進行考試，考生在考試時間內進行答題，在考試即將結束的25分鐘時，系統給出“考試將在25分鐘后結束”的信息框提示。在線考試提供了兩種交卷方式：完成考核學生自主點擊提交按鈕和到達考試結束時間系統自動交卷。學生答題情況以數據形式保存在數據庫。

5.2? 組卷功能模塊

組卷功能模塊，首先根據考試的基本信息，添加考試名稱，輸入考生信息及其對應的總分、題型、分值以及難度期望數值等內容，然后執行遺傳算法過程，并考試時實時生成試卷。

5.3? 成績查詢與轉換模塊

在考試結束，試卷自主評閱后，可以進行考試成績查詢，考試成績查詢的權限由教師開放。權限開放后，考生可以通過考試身份信息驗證，再次登錄系統，查閱自己的考試成績。同時作為功能拓展，百分制可以轉換為十分制以及評價制（優、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開發后，對其進行功能測試，填寫遺傳算法相關數據，并在題庫內進行試卷組卷，經測試該系統能夠基本完成組卷工作。圖2為遺傳算法參數生成界面，圖3為組卷成功界面，系統提示通過算法生成了考試試卷。

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