基于目标树的组卷算法的研究.pdf

1、计 算 机 工 程 与 应 用 2002.23l 引 言计 算 机 辅 助 教 育 的 一 个 核 心 内 容 是 如 何 从 大 量 的 资 源 中选 取 最 优 的 内 容 来 进 行 教 学 ， 这 是 一 个 优 化 组 合 的 问 题 。 计 算机 和 网 络 技 术 的 发 展 ， 既 为 教 育 的 现 代 化 提 供 了 新 的 手 段 和 丰富 的 资 源 ， 同 时 如 何 合 理 高 效 地 利 用 这 些 资 源 又 成 为 一 个 需 要人 们 解 决 的 课 题 。 智 能 组 卷 是 ICAI 中 的 一 个 核 心 问 题 ， 是 实 现考 试 规 范 化 、

2、科 学 化 的 一 个 重 要 手 段 。智 能 组 卷 是 在 题 库 的 基 础 上 ， 利 用 一 定 的 选 题 策 略 ， 从 试题 库 中 选 取 一 组 试 题 ， 使 得 他 们 所 有 的 属 性 满 足 性 能 指 标 。 在实 际 组 卷 过 程 中 ， 由 于 指 标 间 的 相 互 牵 制 ， 以 及 试 题 库 题 量 的限 制 ， 要 生 成 一 份 符 合 大 纲 要 求 的 ， 覆 盖 面 宽 ， 重 点 突 出 ， 难 易分 布 ， 题 型 分 布 和 用 户 要 求 的 试 卷 是 一 个 不 断 试 探 往 复 的 过程 。 所 以 出 题 策 略 就

3、显 得 很 重 要 。当 前 很 多 试 题 库 都 采 取 随 机 出 题 的 办 法 来 生 成 试 卷 ， 即 由命 题 的 数 量 难 度 系 数 ， 随 机 生 成 一 个 在 试 题 数 量 范 围 内 的 数 ，根 据 这 个 随 机 数 及 其 它 的 相 关 条 件 来 确 定 一 条 记 录 。 随 机 算法 ， 有 一 个 共 同 的 特 点 ， 就 是 不 具 有 回 溯 的 性 质 ， 试 题 的 选 取 是依 据 一 个 对 当 前 已 选 试 题 和 约 束 条 件 的 判 断 。 一 旦 选 取 进 入 死角 将 无 法 对 已 做 的 任 何 选 择 进 行

4、修 改 ， 为 了 得 出 题 卷 将 不 得 不从 头 开 始 。 在 另 一 个 方 面 ， 随 机 选 取 ， 虽 可 以 避 免 作 弊 ， 均 匀 选取 ， 具 有 相 对 的 公 正 性 ， 但 同 时 也 不 能 充 分 利 用 题 库 的 资 源 。 对于 回 溯 算 法 ， 他 是 在 随 机 算 法 的 基 础 上 ， 在 指 标 约 束 度 越 来 越大 ， 在 选 取 试 题 已 不 可 能 的 情 况 下 向 前 回 溯 ， 修 改 从 前 已 做 过的 选 择 ， 以 打 破 僵 局 。 回 溯 算 法 的 缺 点 是 ， 不 能 知 道 矛 盾 发 生 的时 间

5、， 往 往 在 回 溯 的 时 候 已 经 进 行 了 多 次 无 效 的 随 机 选 取 ， 而且 ， 即 使 回 溯 ， 那 么 回 溯 的 点 通 常 不 是 前 一 个 选 择 ， 必 将 在 回 溯无 效 以 后 再 次 回 溯 ， 这 将 耗 费 大 量 的 时 间 。 另 一 种 策 略 是 利 用遗 传 算 法 进 行 智 能 组 卷 ， 由 于 遗 传 算 法 的 大 空 间 搜 索 能 力 和 并行 性 ， 也 能 取 得 良 好 的 结 果 。 但 是 它 不 能 利 用 人 类 在 组 卷 问 题上 的 丰 富 经 验 。 基 于 以 上 分 析 笔 者 发 展 了 一

6、 种 新 的 基 于 目 标 树和 数 据 仓 库 技 术 的 智 能 组 卷 算 法 。2 智 能 组 卷 专 家 系 统智 能 组 卷 是 一 个 复 杂 的 过 程 ， 要 得 到 一 份 满 意 的 试 卷 需 要专 家 系 统 来 完 成 。 智 能 组 卷 算 法 将 运 行 在 这 个 专 家 系 统 上 。 智能 算 法 与 其 他 的 模 块 共 同 工 作 才 能 完 成 组 卷 的 工 作 。2.l 专 家 系 统 工 作 原 理通 常 的 考 试 系 统 是 面 向 试 题 的 ， 即 是 由 题 库 到 题 库 子 集 的过 程 。 系 统 遵 循 特 定 的 算 法

7、 在 题 库 中 选 取 一 套 试 题 ， 所 出 试 题不 具 有 复 用 性 ， 在 考 试 范 围 和 要 求 都 相 同 的 情 况 下 要 得 到 两 份相 似 而 不 雷 同 的 试 题 需 要 重 复 运 行 系 统 ， 并 且 算 法 在 数 据 库 记录 的 基 础 上 进 行 决 策 ， 不 能 满 足 智 能 组 卷 需 要 反 复 优 化 的 要 求 。为 了 从 根 本 上 提 高 系 统 的 效 率 ， 满 足 日 益 丰 富 的 试 题 资 源对 系 统 性 能 的 挑 战 。 系 统 首 先 从 交 互 界 面 取 得 考 试 的 各 项 要 求和 指 标 。

8、 然 后 调 用 出 题 策 略 库 中 的 策 略 ， 在 评 价 单 元 的 帮 助 下得 出 一 套 符 合 考 试 要 求 的 考 试 方 案 ， 即 关 于 试 卷 的 抽 象 描 述 。基 于 目 标 树 的 组 卷 算 法 的 研 究毛 秉 毅（ 燕 山 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 院 ， 秦 皇 岛 066004）E-maii： 摘 要 该 文 首 先 分 析 了 当 前 试 题 库 组 卷 算 法 中 常 用 的 随 机 、 回 溯 算 法 ， 以 及 出 题 策 略 。 基 于 目 标 树 和 数 据 仓 库 原 理 提出 了 一 种 新 的 组 卷 算 法 。

9、 算 法 通 过 利 用 组 卷 策 略 ， 生 成 满 足 组 卷 要 求 和 考 试 要 求 的 目 标 树 ， 然 后 从 题 库 中 抽 取 符 合 目 标树 的 试 题 集 。 由 于 决 策 的 对 象 是 试 题 的 抽 象 描 述 ， 克 服 了 直 接 在 数 据 库 基 础 上 进 行 组 卷 带 来 的 灵 活 性 差 、 效 率 低 的 缺 点 ，具 有 较 大 的 优 越 性 。关 键 词 专 家 系 统 智 能 组 卷 数 据 仓 库 智 能 决 策 目 标 树 ICAI文 章 编 号 l002-833l-（ 2002） 23-0245-03 文 献 标 识 码 A

10、 中 图 分 类 号 TP39lAn Intelligent Test Combination Algorithm of Test-sheetsBased on Target TreeMao Bingyi（ Yanshan University， Oinhuangdao 066004）Abstract： This paper begins with the anaiysis of the existing aigorithms for generating test-sheets and their generatingtactics.on the base of Target trees a

11、nd Data warehouse theory， the author deveiopes a new test -sheets generatingaigorithm.In this aigorithm， the author estabiishes an optimized target tree， under the direction of knowiedge about test.This target tree indicates a good pian for a test in abstract ianguage， and can be used to generate a

12、test-sheets whichcan be used in ciassroom.This aigorithm is efficient and fast.Keywords： Expert system， Inteiiigent test-sheets generating， Data warehouse， Inteiiigent decision-making， Target tree， ICAI作 者 简 介 ： 毛 秉 毅 （ l964） ， 男 ， 工 程 师 ， 主 要 研 究 计 算 机 辅 助 教 学 、 数 据 库 系 统 、 数 值 计 算 。2452OO2.23 计 算

13、机 工 程 与 应 用基 于 该 抽 象 描 述 ， 在 题 库 中 选 取 相 应 的 题 目 即 可 组 成 符 合 要 求的 试 卷 。 利 用 该 考 试 方 案 可 以 得 出 等 效 的 多 套 试 题 ， 而 无 须 再次 运 行 系 统 。 专 家 系 统 的 框 图 如 图 l。图 l 专 家 系 统 的 框 图2.2 功 能 模 块 及 其 功 能2.2.l 用 户 界 面在 系 统 开 始 运 行 后 ， 用 户 首 先 经 过 用 户 界 面 输 入 考 试 信息 。 用 户 通 过 用 户 界 面 输 入 以 下 内 容 ：（ l） 考 试 内 容 及 各 知 识 点

14、 的 考 察 要 求 。（ 2） 重 点 内 容 及 所 占 分 数 比 例 。（ 3） 试 卷 结 构 （ 各 类 题 所 占 总 题 数 的 比 例 ） 。（ 4） 试 卷 指 标 ： 总 分 ， 考 试 时 间 ， 难 度 系 数 。在 试 卷 的 优 化 过 程 中 系 统 通 过 与 用 户 进 行 交 互 ， 解 决 系 统在 组 合 优 化 过 程 中 由 于 用 户 设 定 指 标 与 系 统 的 矛 盾 。 在 考 试 模式 确 定 以 后 向 用 户 提 交 方 案 并 作 最 后 的 修 改 。 现 行 的 题 库 系 统存 在 着 一 个 明 显 的 弱 点 即 系 统

15、 交 互 性 差 。 在 用 户 给 出 参 数 后 ，系 统 开 始 运 行 ， 用 户 就 开 始 等 待 运 行 的 结 果 ， 系 统 在 运 行 过 程中 的 大 量 信 息 将 不 能 得 到 利 用 。 并 且 在 系 统 处 于 大 自 由 度 的 环节 时 算 法 有 可 能 发 散 到 高 维 空 间 中 ， 如 通 过 系 统 交 互 降 低 空 间的 维 数 使 系 统 沿 着 切 弦 逼 近 最 优 方 案 。 在 试 卷 框 架 得 出 以 后 ，通 过 系 统 交 互 ， 允 许 用 户 对 考 试 方 案 进 行 微 调 ， 这 既 符 合 人 的模 糊 思 维

16、 ， 又 使 方 案 能 更 好 地 体 现 人 的 意 志 。2.2.2 策 略 库策 略 库 包 含 了 对 各 类 考 查 方 式 的 知 识 点 进 行 测 试 的 策 略 ，即 人 类 的 经 验 知 识 。 如 规 定 为 考 查 的 知 识 点 通 常 以 选 择 、 填 空等 综 合 性 较 低 的 题 型 考 察 。 而 大 纲 规 定 为 掌 握 的 知 识 点 则 采 取灵 活 多 样 的 考 察 方 式 如 填 空 、 选 择 、 计 算 的 各 种 组 合 。由 于 组 卷 过 程 是 一 个 多 约 束 问 题 。 如 果 各 指 标 都 是 刚 性 指标 ， 那

17、么 系 统 将 拘 泥 于 指 标 ， 不 断 地 寻 求 满 足 多 指 标 的 组 合 使系 统 不 能 很 快 地 收 敛 。 在 实 际 上 优 化 专 家 系 统 只 是 尽 量 地 达 到用 户 的 要 求 。 而 用 户 的 要 求 也 并 非 是 评 价 空 间 中 的 孤 立 点 ， 而是 理 想 点 的 一 个 邻 域 范 围 。因 此 在 寻 求 优 化 组 合 的 过 程 中 采 取 如 下 策 略 ： 首 先 达 到 主要 指 标 ， 然 后 应 用 策 略 库 的 策 略 最 终 达 到 约 束 条 件 。 在 用 户 提出 的 指 标 与 系 统 矛 盾 时 ，

18、可 以 通 过 系 统 交 互 请 求 用 户 微 调 或 系统 自 动 妥 协 放 弃 部 分 次 要 约 束 ， 在 系 统 因 为 组 合 的 不 确 定 性 而陷 入 软 件 陷 阱 时 ， 可 以 向 用 户 提 出 问 讯 。2.2.3 题 卷 构 成 器运 用 策 略 库 中 出 题 策 略 自 动 生 成 由 题 库 管 理 系 统 提 供 的信 息 构 成 的 题 卷 框 架 。2.2.4 评 价 单 元在 题 卷 构 成 单 元 得 出 一 个 框 架 后 评 价 单 元 对 框 架 与 用 户指 标 进 行 运 算 比 较 ， 得 出 误 差 ， 再 次 调 用 策 略

19、库 ， 对 框 架 进 行 修改 直 到 误 差 在 允 许 的 范 围 内 。2.2.5 解 释 单 元解 释 单 元 在 专 家 系 统 得 出 试 题 框 架 以 后 为 进 行 人 机 交 互需 要 将 题 库 框 架 表 示 成 用 户 能 理 解 的 内 容 。 用 户 提 出 修 改 意 见后 反 馈 用 户 信 息 进 行 框 架 修 改 。2.2.6 试 卷 输 出在 专 家 系 统 完 成 组 卷 过 程 后 得 出 抽 象 的 出 题 方 案 。 他 并 非试 题 的 集 合 而 是 试 题 描 述 的 集 合 。 为 了 得 出 考 试 用 的 试 卷 ， 通过 题 库

20、 管 理 系 统 从 题 库 中 出 题 。2.3 数 据 库 的 管 理由 于 智 能 组 卷 是 以 题 库 为 基 础 的 ， 大 量 的 试 题 存 储 在 数 据库 中 。 随 着 数 据 库 的 发 展 数 据 库 中 的 记 录 将 越 来 越 多 ， 如 何 有效 地 管 理 题 库 是 提 高 组 卷 系 统 效 率 的 关 键 。在 数 据 库 非 常 庞 大 的 情 况 下 ， 对 符 合 条 件 的 试 题 的 查 找 ，如 果 直 接 通 过 SOL 语 言 直 接 对 数 据 库 进 行 查 询 仍 然 是 一 项 费时 的 工 作 。 通 过 研 究 可 以 发

21、现 虽 然 题 库 的 记 录 是 迅 速 膨 胀 的 ，但 是 那 只 是 量 的 变 化 ， 而 数 据 库 中 记 录 的 抽 象 特 征 并 没 有 太 大的 变 化 。 因 此 利 用 数 据 库 中 内 含 的 关 于 试 题 的 信 息 进 行 组 卷 将大 大 提 高 组 卷 的 效 率 ， 减 小 数 据 库 的 I/0 时 间 。通 常 的 题 库 结 构 大 体 如 下 ：（ l） 试 题 编 码 ： 用 于 标 识 与 试 题 相 关 的 知 识 点 ；（ 2） 题 型 ： 试 题 的 类 型 可 分 为 选 择 题 （ A） ， 填 充 题 （ B） ， 计 算题 （

22、 C） ， 证 明 题 （ D） ， 改 错 题 （ E） ， 问 答 题 （ F） ， 判 断 题 （ G） 等 题 型 ；（ 3） 难 度 系 数 或 难 度 等 级 ： NDXS=l/（ 平 均 分 / 该 题 满 分 ） 。可 分 4 级 ： 容 易 题 （ A， 难 度 系 数 O.8l） ， 中 等 题 （ B， 难 度 系 数O.6O.8） ， 较 难 题 （ C， 难 度 系 数 O.4O.6） ， 难 题 （ D， 得 分 率 DA.or.BE.or.F.or.G对 要 求 为 知 识 的 知 识 点 那 么 题 型 的 优 先 级 为 A.or.BE.or.F.or.GC.

23、or.D在 生 成 连 结 时 依 据 这 些 优 先 级 就 可 生 成 符 合 要 求 的 较 优的 策 略 。 任 何 策 略 都 可 以 以 不 同 优 先 级 的 选 项 来 实 现 。3.2 试 卷 优 化在 目 标 树 生 成 以 后 需 要 从 整 体 上 优 化 策 略 ， 优 化 方 法 见 参考 文 献 15。 由 于 整 个 方 案 的 提 出 都 符 合 用 户 的 要 求 ， 需 要 修改 的 部 分 很 少 ， 而 且 目 标 树 的 结 构 便 于 算 法 的 回 溯 修 改 。 所 以能 很 快 地 得 出 试 卷 的 框 架 。 将 试 题 框 架 与 题

24、库 中 的 记 录 对 应 就可 以 得 出 试 卷 。4 结 论该 文 通 过 对 现 有 组 卷 算 法 的 分 析 提 出 了 基 于 数 据 仓 库 的智 能 组 卷 专 家 系 统 ， 克 服 了 现 有 系 统 交 互 性 差 、 效 率 低 的 弱 点 。该 系 统 ， 在 目 标 树 的 基 础 上 ， 充 分 利 用 人 类 在 组 卷 方 面 的 经 验和 组 卷 要 求 ， 通 过 对 目 标 树 的 优 化 得 出 题 卷 ， 克 服 了 原 有 算 法的 盲 目 性 ， 提 高 了 算 法 的 效 率 ， 同 时 具 有 组 卷 灵 活 ， 便 于 回 溯 的特 点

25、。 （ 收 稿 日 期 ： 2001 年 11 月 ）参 考 文 献1.王 申 康 .专 家 系 统 的 结 构 和 应 用 M.杭 州 ： 浙 江 大 学 出 版 社 ， 19942.史 济 建 .人 工 智 能 原 理 与 技 术 M.杭 州 ： 浙 江 大 学 出 版 社 ， 19933.全 国 高 等 理 科 CAI 和 试 题 库 论 文 集 .高 等 教 育 出 版 社 ， 19964.严 蔚 敏 .数 据 结 构 M.清 华 大 学 出 版 社 ， 19925.王 能 斌 .数 据 库 系 统 原 理 M.电 子 工 业 出 版 社 ， 2000247基于目标树的组卷算法的研究作

26、者： 毛秉毅作者单位： 燕山大学信息科学与工程学院,秦皇岛,066004刊名： 计算机工程与应用英文刊名： COMPUTER ENGINEERING AND APPLICATIONS年，卷(期)： 2002,38(23)被引用次数： 6次参考文献(5条)1.王申康 专家系统的结构和应用 19942.史济建 人工智能原理与技术 19933.查看详情 19964.严蔚敏 数据结构 19925.王能斌 数据库系统原理 2000本文读者也读过(10条)1. 张琦.郑河荣.刘志.陈云泽.ZHANG Qi.ZHENG He-tong.LIU Zhi.CHEN Yun-ze 多目标出卷系统及其核心算法的研究

27、与设计期刊论文-浙江工业大学学报2009,37(2)2. 张振国.杨柯.ZHANG Zhen-guo.YANG Ke 新型组卷策略的研究与实现期刊论文-计算机工程与设计2008,29(20)3. 于志敏.刘延华 选题组卷策略研究期刊论文-电脑开发与应用2001,14(3)4. 吴敏凤 题库建立中几个问题的讨论期刊论文-中国科技财富2008(6)5. 王雍钧 试题库系统智能组卷技术研究期刊论文-长江大学学报（自然科学版）2006,3(1)6. 张小全.杨慧敏.张世和 试题库系统设计及对题量问题的讨论期刊论文-计算机应用与软件2004,21(1)7. 黄国政.鲁菁 一种高效的计算机自动组卷策略的研

28、究期刊论文-软件工程师2009(8)8. 雷国雨.周勇 组卷策略的分析与设计期刊论文-科技信息(学术版)2006(10)9. 黄蔚.王朝晖 计算机应用基础试题库组卷系统的设计期刊论文-计算机时代2008(4)10. 仇芒仙.孙桂利 试题库管理系统中题库建模技术的探讨期刊论文-山西师范大学学报(自然科学版)2003,17(3)引证文献(6条)1.邹元杰 基于Web的英语考试平台的构建期刊论文-信息系统工程 2010(6)2.仇芒仙.孙桂利 试题库管理系统中题库建模技术的探讨期刊论文-山西师范大学学报(自然科学版) 2003(3)3.颜文胜 基于WEB的高等学校教材样书信息化建设研究期刊论文-教育与职业 2011(6)4.石磊 职业技能鉴定试题库系统的关键技术期刊论文-计算机应用 2011(z2)5.张琦.郑河荣.刘志.陈云泽 多目标出卷系统及其核心算法的研究与设计期刊论文-浙江工业大学学报 2009(2)6.赵亮.冯博琴 组卷要求的可满足性检查期刊论文-计算机工程与应用 2004(27)引用本文格式：毛秉毅 基于目标树的组卷算法的研究期刊论文-计算机工程与应用 2002(23)