（信号与信息处理专业论文）通用试题库的研究和实现.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 计算机运算能力的提高和数据库技术的发展，使得以数据集中处理和信息智能提取为 目的的管理信息系统取 ! 寻了长足的进步。管理信息系统凭借简洁、高效、灵活等优点，使 用户摆脱了繁琐的数据操作，从而在生活的各个方面得到越来越多的应用。 用管理信息系统来实现通用试题库成为了非常重要的课题。通用试题库不同于传统的 专业试题库，在使用范围上，它能适用于各种不同专业的考试，还能适用于跨专业的考试； 在功能上，它能对各个不同专业的试题进行统一的统计分析，生成统一格式的报表：在数 据接口上，它可以提供试卷来满足多种考试的需要，包括计算机在线考试以及传统考试等 等。 本文在现有的通用试题库研究成果基础上，概括了通用试题库系统的基本需求，然后 对这些需求进行了详细的分析，并遵循管理信息系统的设计原则和工程实现的具体需要， 对实现这些需求的关键技术进行了重点研究。在研究分析过程中，本文提出了符合工程实 践需要的通用试题模型和试卷模型：设计了符合系统通用性要求的试题及试卷组织管理结 构；详细讨论了组卷策略的概念和应用；对传统的遗传算法进行改进，提出了基于状态搜 索的遗传算法并将其应用于自动组卷过程中：文章还指出了包含多媒体内容的试题正文、 组卷策略和通用数据接口的工程实现方法；并在最后讨论了通用试题库的系统架构。 在理论分析完成之后，本文把研究成果应用于工程实践中进行检验。在工程实践过程 中，本文完成了通用试题库系统框架和功能模块的设计；实现了通用试题模型和试卷模型； 实现了超文本格式的试题正文；实现了复杂的组卷策略；完成了各个功能模块的编码，其 中包括试题和试卷数据的导入、试题和试卷的信息管理、组卷策略的应用、自动组卷和试 卷的导出等关键模块；完成了各个测试环节，并进行了通用试题库系统实例的部署使用。 关键词：管理信息系统，试题库，遗传算法，自动组卷，多媒体数据库 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) i sn o wm a k i n gg r e a t e rp r o g r e s sw i t ht h ei m p r o v i n g o fc o m p u t i n gt e c h n o l o g ya n dd a t a b a s et e c h n o l o g y m o r ea n dm o r em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m sa r ea p p l i e di nl o t so ff i e l d s , b e c a u s eo f 也em e r i t so fm i ss u c ha sc o n c i s i o n , e f f i c i e n c y a n du n i f i c a t i o n i m p l e m e n t i n gu n i v e r s a lt e s t - q u e s t i o n sb a s eu s i n gm i sm o d e lb e c o m e sp o s s i b l ea n d i m p o r t a n t u n i v e r s a lt e s t - q u e s t i o n sb a s ec a nb eu s e dn o to n l yf o rs i n g l e s u b j e c te x a m i n a t i o n , b u ta l s of o rc r o s s - s u b j e c t se x a m i n a t i o n a n di tc a n a n a l y z ea l lt e s t - q u e s t i o n s 瑚主n gs o m eu n i f o r m m e a s u r e s ，a n dg e n e r a t er e p o r tf o r m su s i n gu n i f o r mf o r m a t s i ta l s oc a np r o v i d et h et e s tp a p e r s f o ra l lk i n d so fe x a m i n a t i o n s ，e v e ni fo n l i n e - t e s t a 1 lo ft h ea b o v ef e a t u r e sa r ed i f f e r e n tf i o mt h e t r a d i t i o n a lt e s t - q u e s t i o nb a s e i nt h i st o p i c ，t h er e q u i r e m e n t so ft h eu n i v e r s a lt e s t - q u e s t i o n sb a s ea r eg a t h e r e du pb a s e d o l lt h ee x i s t i n gs t u d yr e s u l t s t h e nt h e s er e q u i r e m e n t sr r ea n a l y z e di nd e t a i l ，a n dt h ep i v o t a l t e c h n i q u e sw h i c hc a nm a k et h e s er e q u i r e m e n t sr e a l i z a b l ea g er e s e a r c h e d i nt h i sp h a s e , t h e u n i v e r s a lt e s t - q u e s t i o nm o d e la n dt h ep a p e rm o d e la r ed e f i n e d , t h ea r c h i t e c t o n i cs l n l c t u r eo f q u e s t i o n sa n dp a p e r sa r ed e s i g n e d , t h es t r a t e g yo fp a p e rg e n e r a t i o na r em e n t i o n e d , a ni m p r o v e d s t a t e s s e a r c h i n gb a s e dg e n e t i ca l g o r i t h ma r eg i v e n ，a n dt h ew a y so fi m p l e m e n t i n gs o m ec o m p l e x s t r u c t u r e sa r ed e s c r i b e d i nt h ef m a l ，t h ea r c h i t e c t u r eo ft h eu n i v e r s a lt e s t - q u e s t i o n sb a s ei s d i s c u s s e d t h e na ni n s t a n c eo fu n i v e r s a lt e s t - q u e s t i o n sb a s ei sd e v e l o p e d i nt h i sp h a s e ，t h ef r a m e s a n dt h ef u n c t i o nm o d u l e so ft h i sa p p l i c a t i o na r ed e s i g n e d , t h eu n i v e r s a lt e s t - q u e s t i o nm o d e la n d p a p e rm o d e la r ei m p l e m e n t e d , t h ec o d i n go fe a c hm o d u l e sa r ef i n i s h e d , t h et e s t i n g sa r ep a s s e d , a n dt h ea p p l i c a t i o ni sr e l e a s e d k e y w o r d s ：m i s ，t e s t q u e s t i o n sb a s e ，g e n e t i ca l g o d t h r a ，t e s tp a p e ra u t o g e n e r a t i o n , m u l t i m e d i a - d a t a b a s e 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：楚丝坠日期：丝! ：兰：竺 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研胜始壑纽师签二：堡盟慨巫型三 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第一章绪论 信息科技的高速发展使得计算机渐渐进入到我们的日常生活之中，并扮演了越来越重 要的角色。在计算机运算能力飞速提高和信息科技蓬勃发展的背景下，计算机凭借其高速、 智能、高效等优势，在取代传统的信息收集、管理、整合、分析处理方法等方面，得n t 越来越充分的应用。以计算技术和数据库技术为基础的各种管理信息系统【1 1 ，已应用于生 产生活的各个领域，它们使无纸办公、信息共享以及资源重用等成为可能，在节省成本的 同时，也大大提高了工作效率。 随着各个企业对员工培养工作的重视程度的不断提高，考试这种测试方式逐步走出学 校并应用到各个生产领域。而作为测试学员能力载体的试题，也越来越体现出其重要性。 成功的试题组合不但能准确的测试出考生对相关知识的掌握情况，而且能指导考生来弥补 自己的不足之处。面对数以千计的试题，如何进行高效的组织管理，如何进行合理的筛选 搭配，如何进行快速的统计分析等问题，都成了厄待解决的重要问题。试题库，这种管理 信息系统在试题组织管理领域的具体应用应运而生。 1 1 通用试题库系统的研究现状 各类试题库依靠信息技术得以飞速的发展，它们在各自的相关领域发挥关键作用的同 时，也把新的问题提到了我们面前：试题格式不统一，统计方法不一致，统计结果不具有 可比性等等。于是，建立统一的试题库模型成为解决此类问题的关键，而其核心是建立通 用的试题模型。通用试题库就是基于这种通用试题模型的试题库应用。 通用试题库是基于通用试题模型建立的，具有统一的试题组织管理方法和统计分析方 法的，并能对其它软件提供统一的数据接口的试题库解决方案。它除了具有一般专用试题 库的各种特点之外，更强调试题格式、管理方式、统计方法、报表格式以及数据接口的一 致性。试题模型、试题组织形式、试卷生成策略和算法、数据接口规范都是通用试题库系 统所要研究的课题。 目前的通用试题库研究取得了大量的值得肯定的成果。设计人员将影响考试质量的种 种因素量化为各个参数，添加到试题模型之中，从而对试题的特征进行了细化，使得试题 特征的设置更加科学，试题的统计有章可循；采用h t m l 来表现试题的正文，从而使得试 题可以正确显示在浏览器中，并能在不同计算机平台上进行跨平台的应用：用关系数据模 l 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 型来实现试题模型，并将各种数据库技术应用在试题库结构设计上面，从而使得对试题的 查询、统计和管理等操作更加快捷方便。 虽然上述的各种研究成果使得通用试题库系统体现出了强大的实用价值，但是由于目 前的各种通用试题库解决方案均由传统试题库模型改进而来，其系统实现往往在试题格式 通用性、试题组织管理、试题统计等方面具有各自的侧重点，并且实现的过程往往过多的 考虑到具体的功能需求，使得系统的通用性局限在一定的范围之内，而无法得到充分的体 现。究其原因，都可归结为没有根据通用性的要求，建立合适的通用试题模型，并建立适 合此模型的系统体系结构。 1 2 本文的研究内容和意义 针对上述问题，建立通用试题模型以及相应的试题库组织结构，将影响整体通用性的 元素体现在系统的各个基础结构中，从而建立起试题库系统对通用性的内在支持机制，这 就是本文研究的目标。为了实现上述目标，本文将进行如下的工作： 首先，本文将对通用试题库系统所涉及的问题进行理论分析和研究。这部分工作需要 对通用试题库系统的基本需求进行概括，然后在需求分析的基础上，对通用试题模型、试 题组织结构、试题正文格式、试卷模型、试卷组织结构、试卷自动生成、组卷算法，以及 系统支持等各个方面的问题进行全面而细致的理论分析和应用技术研究。 其次，本文通过具体的工程实践来检验理论分析的结论。即根据通用试题库的理论研 究成果，使用目前的各种相关计算机技术，设计开发并部署通用试题库系统的实例。这部 分工作涉及通用试题库系统软件的需求规范制定、系统构架的选用、系统模块的设计、数 据表结构设计、各模块代码的编写和测试，以及软件部署等具体的软件工程环节。 然后，本文将根据工程实践的结果，对通用试题库系统的设计和开发进行经验总结， 并对各个环节存在的不足之处提出改进方案，对系统的构架发展提出设想，然后对通用试 题库系统的应用前景进行展望。 上述工作涉及到通用试题库系统的理论研究、设计和开发等各个方面。通过这些工作， 我们可以细致而全面的了解通用试题库系统所涉及的种种问题，并获得解决这些问题的思 路和方法：可以对通用试题库系统的设计开发工作提供系统的指导，并为进一步的工作奠 定良好的基础。 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 1 。3 本文的组织结构 本文将概括通用试题库系统的基本需求，并对基本需求进行分析，提出实现这些需求 的具体设计方案和应用技术，然后应用这些设计方案和应用技术来实现通用试题库系统， 并对实践结果进行分析，提出改进方案和前景展望。论文具体分为五个章节： 第一章简述通用试题库系统研究的现状和意义，指出本文的研究内容，并说明论文的 组织结构。 第二章从通用试题库系统的通用性和实用性出发，概括出通用试题库系统的基本需 求，并根据管理信息系统的一般设计原则，结合工程实现的实际要求，对这一基本需求进 行详细的分析，然后在需求分析的基础上，对实现通用试题库系统的各种关键技术进行深 入研究；本章重点阐述通用试题模型和试卷模型的建立，试题库组织结构的设计，组卷策 略的概念和实现，以及组卷算法的改进。 第三章遵循软件开发流程，介绍了通用试题库软件设计开发的整个过程，涉及需求规 范制定、系统设计、编码、测试和软件发布等各个环节。第二章提及的研究成果和关键技 术都会在本章中应用到具体的工程实践当中。本章对系统的框架结构、模块划分和数据表 结构设计、开发工具的选用等进行了重点描述。 第四章简述新兴的计算机技术在通用试题库系统的设计开发方面所产生的影响，涉及 到系统功能的改进和系统构架的变迁；在此章的最后，对通用试题库系统的应用前景进行 展望。 第五章回顾并总结了全文的工作，并指出了后续工作的方向和目标。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章通用试题库技术原理 第二章通用试题库技术原理 本章将概括出通用试题库系统的基本需求，然后对基本需求进行详细的分析，并以此 为基础详细阐述通用试题库系统实现所需的理论和技术。这些理论和技术涉及通用试题库 系统的各个方面，且均以系统实现为目的，其结论可作为需求规范，指导具体的工程实践。 在进行需求分析之前，本章还将简述管理信息系统的设计原则以及相关的数据库技 术，以此作为后面研究工作的方法指导和技术基础。而在本章的最后，将从软件系统设计 角度，着重讨论通用试题库的系统架构问题。 2 1 管理信息系统的设计原则 管理信息系统作为一种以大量数据为基础，以实现数据处理自动化为目标的软件系 统，除了适用普遍的软件系统设计开发理论外，还具有自身特殊的设计原则。 由于客户对于数据的处理方法会随着实际需要做出一定的调整，因此通用试题库的需 求具有很大的变动性。需求的变动会对一个软件系统从系统框架到程序逻辑的各个层面产 生影响，这些影响是巨大的，甚至是颠覆性的。这种因需求的变化而对系统产生的冲击， 称为需求变动冲击。 需求变动冲击对一个信息管理系统来说是不可避免的，因此在设计管理信息系统时， 必须首先遵循提高系统抗需求变动冲击能力的原则。而这一原则体现在构架方面，要求系 统模块间具有松耦合性；体现在软件开发管理方面，要求开发过程快捷高效；体现在模块 设计方面，要求功能的独立性和逻辑的灵活性。 除了较高的抗需求变动冲击的能力外，管理信息系统由于需要面对大宗的数据和大量 的用户，还需要具有高效的数据处理能力、可靠的数据安全保证和良好的易用性。 在本文通用试题库的原理分析和设计实现中，无处不体现出管理信息系统的这些特性 所带来的影响。在本文的后续章节中。我们可以看到这些设计原则渗透到通用试题库系统 的各个层面内。 2 2 相关数据库技术的应用 作为管理信息系统核心的数据库技术发展到今天，以关系模型为基础的关系数据库已 成为目前应用最广泛、技术最成熟的数据库系统，在各个领域被普遍使用的o r a c l e 、s y b a s e 、 8 q ls e r v e r 等都是关系数据库系统。这些数据库系统不但在数据管理维护方面为用户提供 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章通用试题厍技术原理 t ：i i e 常完善的工具，而且在定制开发方面易于被相关人员所掌握。 现代数据库技术在通用试题库系统构建中将会发挥重要作用，下面对其中的几个重要 技术进行简述： 1 视图( v i e w ) 视图是一个虚拟的表，它是从一个或几个基本表映射出的表。数据库中只存放视图的 定义而不存放视图对应的数据，这些数据仍存放在导出视图的基本表中。当基本表中的数 据发生变化时，从视图中查询出来的数据也随之改变。 在由内模式、模式( s c h e m a ) 、外模式组成的数据库的三级模式结构中，视图对应于 外模式【3 】，它用于隐藏数据库中与用户需求不相关的复杂的数据组织结构，而只将用户感 兴趣的内容呈现出来，同时也加强了数据的安全性，如图2 一l 。 i s q l l t 上 视图l f 概图2 l 外模式 _ 弋广 ? l 基本表l l 基本表2 i 基本表3 基本表4 士旨斗 。 l 1 术 j， 、 存储文件l存储文件2 内模式 图2 一l 数据厍三级模式结构 2 事务( t r a n s a c t i o n ) 事务是数据库系统中不可分割的工作单位，它是由用户定义的一组操作序列。这一系 列的操作作为一个整体向数据库系统提交或撤销操作请求，要么都执行，要么都不执行。 因此，事务通常作为并发数据操作的最小操作单元来使用。虽然在数据库系统中，所有的 数据操作都是使用事务来完成的，我们依然有必要在开发过程中定义自己的事务来完成一 个不可分割的操作。这样，一旦操作失败，通过事务的回滚，即可将数据恢复到操作之前 的状态。 。3 约束( c o n s t r a i n s ) 约束是数据必须遵守的规则，它是保证数据正确性、一致性和完整性的重要手段【3 】。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二苹通用试题厍技术原理 常用的约束有主键( p r i m a r yk e y ) 约束、外键( f o r e i g nk e y ) 约束、唯一( u n i q u e ) 约束、 检查( c h e c k ) 约束等等。 4 存储过程( s t o r e dp r o c e d u r e ) 存储过程是一组用于完成特定功能的s q l 语句集，经编译后存储在数据库中。用户 通过指定存储过程的名字来执行它。由于存储过程是编译后存放的，因此其执行速度高于 相应的s q l 语句集，而且某些存储过程的功能具有很强的独立性，可以进行重用。 5 触发器( t r i g g e r ) 触发器是一种特殊的存储过程。它通过数据库事件进行触发而被执行。比如当对某一 表进行诸如u p d a t e 、i n s e r t 、d e l e t e 这些操作时，预先定义的触发器就会自动执行， 从而确保对数据的处理符合某些规则。因此，触发器的主要作用就是用来确保由主键和外 键所不能保证的复杂的参照完整性和数据的一致性【3 】。 6 锁( l o c k ) 锁是在多用户和并发数据操作环境下对共享资源的一种访问限制机制。当一个资源被 锁定后，其它用户在解锁之前不能对其进行任何修改。锁从程序开发角度可分为乐观锁和 悲观锁。合理的使用锁，可以大大加强对数据访问的控制【3 】。 7 数据库的安全机制 数据库常常综合使用用户( u s e r ) 、角色( r o l e ) 和权限( a u t h o r i t y ) 来建立数据使用 的安全机制。通过建立用户来允许使用者对数据库进行访问，通过对该用户进行权限的授 予和收回来允许或禁止其对数据的操作。而角色是多种权限的集合。当要为某一用户同时 授予或收回多项权限时，则可以把这些权限定义为一个角色，而对此角色进行操作。这样 就避免了重复性的操作，简化了用户权限的管理工作。 数据库是通用试题库系统的技术基础，它在一定程度上影响并决定着通用试题库系统 的框架设计和模块划分。充分了解数据库技术并利用其强大功能，不仅可以简化通用试题 库系统某些功能的实现过程，而且可以大大提高某些模块的工作效率。 2 3 通用试题库系统的基本需求 通用试题库是以系统通用性为主要目标的试题库系统。通用性表现在系统的各个方 面，比如，统一的试题格式，统一的试题组织管理方法和统计分析方法，为其它软件提供 统一的数据接1 3 等等。将这些体现通用性的要求加以精炼，再结合系统应用所必须考虑的 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章通用试题库技术原理 实用性以及其它各种必要的辅助功能需求，即可概括出通用试题库系统的基本需求。 2 3 1 通用的试题模型 通用试题库由通用的试题以及维护试题的一套机制组成。通用试题包含各种专用试题 所具有的共同特点，而且还具有便于通用试题库组织管理、统计分析和数据输出的相关特 性。通用试题模型的核心是对上述试题特性的抽象。 通用试题模型是通用试题库建立的基础。不论是试题本身还是试题库的组织结构都跟 试题模型有着直接的关系，而试题库功能的实现和模块的划分以及其它辅助功能的实施， 也都以试题模型为根基。因此，通用试题模型的建立情况，直接影响到通用试题库系统整 体的结构和性能。 2 3 2 统一的组织管理和统计 作为一个完整的系统，仅仅实现通用试题模型是远远不够的，系统必须将试题以合适 的结构进行合理的组织，以便能对试题进行日常的管理维护，比如试题的添加、修改、查 询以及删除等。此外，通用试题库系统还必须能对所包含的试题进行全面细致的统计，帮 助用户及时了解试题的分布、状态等信息，同时要生成相应的报表。 由于试卷的生成与通用试题模型也是紧密联系的，因此通用试题库系统必须要实现试 卷的统一组织管理，包括试卷的生成，试卷的存储、修改、查询、删除和统计等等。在试 卷管理的各个功能中，自动生成试卷尤为重要。生成符合客户需求的试卷才是试题库系统 最重要的应用，也是体现试题库组织合理性和高效性的主要途径。因此，通用试题库系统 必须要实现组卷功能，而且此功能必须是高度可定制的，而且是高效的。 2 3 3 组卷策略和组卷算法 为了满足试卷组织功能对灵活性和高效性的要求，通用试题库必须根据通用试题模 型，建立合适的组卷策略和组卷算法。组卷策略不但能允许用户读取现存的策略，或者保 存现有策略供下次使用，而且还能允许用户自行设置试卷的各项参数。组卷算法则要根据 用户指定的策略进行试题的抽取和试卷的组织，生成用户期望的试卷，并对试卷的各项参 数进行统计，以便用户进行核对和修改。 组卷问题实质上是一个对多元动态规划问题取最优解或者局部最优解的问题。在理论 上使用回溯法、支路规划法、多元动态规划法等传统算法均可得到全部或者一组最优解 2 1 。 但实际的工程实现必须充分考虑算法的空间复杂度和时间复杂度，计算开销过大的算法不 能被用户接受。而各种基于随机理论的算法在空间复杂度和时间复杂度方面与传统算法相 7 南京邮电大学硕士研冗生学位论文第二苹通用试题厍技术原理 比，具有较大的优势，是组卷算法的首选。 2 3 4 标准的数据接口 通用试题库中的试题和由试题产生的试卷，要求能被其它的工具或系统使用，同时， 其它系统的试题或者试卷资源，也需要能较方便的导入到通用试题库中，这样才能达到资 源重用的目的。因此，通用试题库系统必须要定制一个统一的数据导入和导出接口，并维 护数据导入、数据导出以及数据转换等相关的服务。 2 3 5 通用试题库的其它需求 作为一个系统，数据的安全性是必须要考虑的内容；确保数据的正确性、一致性和完 整性，也需要通用试题库系统做出一些必要的工作。试题库系统必须能够对试题的输入进 行检查，对全部试题数据进行审核；能够对已执行的操作进行恢复；能够记录系统日志， 并提示给用户友好的信息。此外，系统的运行效率也必须能够让用户满意。 根据上述的基本需求，通用试题库系统按照功能可分为三大部分：试题管理部分、试 卷管理部分和系统支持部分，其相互关系如图2 2 。 图2 2 通用试题库系统的功能结构 试题管理部分涵盖涉及试题的功能，包括试题的存储、表示、统计分析、组织和管理 等；试卷管理部分则侧重于涉及试卷的功能，包括试卷的生成、存储、表示、统计分析、 组织和管理等等；系统支持部分包括为系统整体运行和各个模块协调工作而提供服务和支 持的各项功能，包括数据的导入和导出服务、数据安全性支持等等。 本章接下来的需求分析将首先阐述试题管理部分所需解决的问题，包括通用试题模型 和适合于统一管理及分析的试题组织结构；然后在其基础上，阐述试卷管理部分所需解决 的试卷生成策略、组卷算法以及试卷组织管理等问题；接下来讨论用于支持这两部分协调 工作并维护系统整体运行的系统支持部分的关键问题。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章通用试题库技术原理 2 4 试题管理部分的需求和分析 2 4 1 通用试题模型 通用试题模型是建立通用试题库的基础，其本质是对通用试题特征的抽象。通用试题 的特征根据其性质的不同可分为三类：结构特征、统计特征和组织管理特征。 ( 一) 结构特征 试题结构特征，是试题单体作为测试材料主体所具有的特征，它们表现为试题的命题 内容和命题形式。这些特征是试题自身特有的，它跟试题集合的统计特征无关，而只与试 题个体有关。试题所包含的知识点、试题类型、试题正文和答案均属于这类特征。 1 知识点 知识点是构成教学内容的相对独立的小单元。如果我们把整个教学内容看作一个整 体，那么知识点就是整个教学内容的组成细胞。试题必定对应于一个知识点或者包含多个 知识点。 知识点自身也具有一些特征：它按照其在知识结构中的重要程度的不同，可分为三个 等级：核心知识点、一般知识点和辅助知识点；在包含多个知识点的情况下，知识点具有 各自的比重。 2 试题类型 试题类型是试题具体的表现形式。常用的形式有单项选择、多项选择、判断、填空、 简答( 论述) 。试题按照类型可分为客观题和主观题两类。 客观题包括单项选择、多项选择和判断题，它的特点是答案明确，非对即错，此类题 目适合计算机考试，可以使用计算机进行集中阅卷。 主观题包括填空、简答( 论述) ，它的特点是答案在书写上不统一，与参考答案含义 相同的答案都是正确的，此类题目的批阅不适合一般的计算机集中阅卷，必须有人工的干 预。 此外，还存在一种特殊的试题类型综合题。综合题具有一个统一的题干，但它的 问题却由多个上述类型的题目组成。如果这些问题均由客观类型题目组成，则此综合题是 客观的，否则此综合题就是主观的。 3 试题正文 试题正文就是试题的书面表达，以文字为主，可包含图表。 4 答案 答案是试题的正确的无歧义的解答。 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章通用试题库技术原理 ( 二) 统计特征 试题的统计特征，是试题在一个试题集合中所表现出的特征。它们与试题个体的性质 无关，而与试题个体存在于群体中时所表现出的性质有关。因此，这些特征会随着试题集 合状态的改变而改变。试题的难度、区分度、曝光度均属这类特征的抽象。 i 难度 难度是指应试者解答试题的难易程度，它是衡量测评试题质量的一个重要指标参数， 它和区分度共同影响并决定人才测评的鉴别性【4 】。难度指数越高，表示试题越难：难度指 数越低，则表示试题越容易。难度一般用以下公式计算： 尸= r n ，p 【o ，l 】 其中，p 代表试题的难度指数，r 代表试题的答错人数，n 代表考生人数。 难度具有一个重要的属性难度等级，它是根据难度指数的具体数值划分的区间。 比如：难度大于0 7 的定义为困难，在o 7 到0 3 之间的定义为中等，小于o 3 的定义为容 易等等。 2 区分度 区分度也叫题目的鉴别力，它是衡量题目对不同水平应试者心理特质的区分程度的指 标【4 】。题目区分度越高，它分辨应试者的知识水平和素质高低的能力就越强。此外，对诊 断类型的测验，区分度越高，就越能够快速而精确地定位应试者问题之所在，为采取补救 措施提供依据和方向。区分度可用以下公式计算： d = ( 日一三) 其中，d 代表区分度指数，h 代表高分组答对题的人数，l 代表低分组答对题的人数， n 代表总人数，即高分组与低分组人数之和。 3 曝光度 曝光度表示题目使用的频繁程度。题目的使用总次数和上次使用时间两个参数可以用 来描述题目的曝光度。为了试卷的保密性、公平性和安全性起见，在抽取题目组成试卷的 时候，需要控制题目的曝光度。控制曝光度有两方面的考虑，一是如果题目在规定的日期 范围之后被使用过，本次就不再使用；二是如果有几个同时满足条件的题目可供选择，那 么在抽取试题的时候应该优先选取使用次数少的题目，以达到使用上的平衡和控制曝光度 的目的。 l o 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二苹通用试题厍技术原理 ( 三) 组织管理特征 组织管理特征，是试题作为试题库管理对象所具有的特征。这些特征仅仅与试题库系 统需求密切相关，但对于试题来说是冗余的。它们的存在使得试题库在组织管理试题上更 为方便和高效，并使许多具体的试题库功能成为可能。试题编号、关键字、试题有效性等 都属于这一特征。 综上所述，通用试题模型是试题结构特征、统计特征和组织管理特征的集合。其中结 构特征是试题的根本，它也是在传统的专用试题模型所常见的特征；统计特征是试题作为 试题集合的一员所具有的特征，这些特征是在试卷生成和统计分析时所要考虑的重要内 容，也是通用试题库体现其通用性的重要环节；组织管理特征虽然不是试题的本质特征， 但它的存在可以增强试题库的功能，并提高试题库组织管理的效率，但同时它们也最有可 能受到需求变动冲击的影响。图2 3 描述了通用试题的组成。 试题 结构特征 统计特征 组织管理特征 图2 - - 3 通用试题模型 2 4 2 试题的组织结构 通用试题库中需要存放大量的试题，如果不对这些试题进行合理的组织而随意存放， 即便是使用先进的数据库技术，也会给系统带来极大的负担。使用合适的结构来组织试题 是必要的，系统的运行效率和维护成本都与此息息相关。 从考试角度来看，考试科目是自然的分类标准。试题总是能划归到各个科目。而试题 所具有的“知识点”特征，恰好可以成为试题分类到各个科目的切入点。即知识点属于各 个科目，科目是相应的知识点的集合。为了降低同一科目对应过多知识点所带来的管理复 杂度，在科目和知识点之间可以根据各科目的知识体系建立一个或多个分类级别，比如 “篇 、“章 、“节等等。这样就形成了多层次的树形结构，如图2 4 。 l l 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章通用试题库技术原理 科目由多个篇组成，各个篇包括多个章，章包括多个知识点，而试题划分到相应的知 识点下。 图2 4 树形试题组织结构 这种树形结构有利于试题的维护：首先，各个层次的数据可以分别进行维护而互不影 响，这样增加了试题组织结构的内聚性，减少了耦合性，这种设计符合模块化设计的原则， 它增加了数据组织的灵活性，使得系统抵抗需求变动冲击的能力大大增强；修改层次结构 某一结点的信息时，不会影响到同一层次的其它结点，同样也不会影响到下属层次的结点； 子树的移动或者删除也同样方便。其次，试题结构层次清楚，极利于快速检索试题，尤其 易于实现复杂条件检索，并从很大程度上提高了模糊查找的准确性。再次，多个层次提供 了更多的试题信息，使执行复杂的统计和分析成为可能，有利于系统功能的扩充。最后， 多个层次也有利于系统的安全性，系统可以对各个层次定义不同的安全策略，来灵活的进 行数据访问控制。 2 4 3 试题正文 仅仅使用纯文本来表现试题的内容是远远不够的。表格、图片等往往能更形象的表达 试题的含义，或者它们自身就是试题的中心内容。因此，合格的通用试题必须能将文本、 表格、图片进行完美的展现，而且文本也必须是能表现各种书写风格的格式化文本。试题 正文除了在格式上的需求之外，其数据内容本身必须具有平台无关性。即同样的正文数据 1 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二苹通用试题厍技术原理 可以正确显示在各种不同的计算机系统中。 从这些方面考虑，试题正文应当采取格式化的纯文本格式进行存储，因此使用标记语 言来描述正文成为首选。 标记语言可以非常完善的表达格式化文本和表格，通过自定义标记及其相应的操作， 也可以方便的表达图片等二进制内容。最常用的标记语言是h t m l ，目前各种内容丰富多 彩的w e b 网页均是由h t m l 进行表示的。除此之外，使用可扩展标记语言( x m l ) 作为 试题格式也是很好的选择。x m l 更能发挥自定义标记及其相应动作的优势，从而功能更强 大，结构更灵活，它正逐步成为标准的接口描述语割5 1 。 对于用二进制数据块表示的内容，比如图片、视频、音乐等，可以对其进行序列化 ( s e r i a l i z e ) ，将其转变为字符串。在解析时，只需进行反序列化过程将其恢复为二进制格式 即可。 对标记语言描述的试题正文进行显示或者打印时。只要相应的功能模块可用正确的解 析标记语言，就可以准确的对正文进行显示。为了实现这个目的，往往需要设计相应的标 记语言解释器。 2 5 试卷管理部分的需求和分析 2 5 1 试卷的结构 试题按照一定的条件进行选取，并将选取的结果按一定方式组织在一起即是试卷。试 卷的结构虽然没有试题那样复杂，但仍需要进行合适的组织。 试卷的数据从内容上来看可以划分为两个部分：试卷本身的数据以及所包含的试题。 前者用来描述试卷自身的属性，诸如试卷名称、组卷时间、试卷总分、试题数、试卷说明 等等都属于这类数据。后者即试卷所包含的试题的数据信息。试卷的这种典型的从属关系 依然使用树形层次结构来组织，如图2 - - 5 。 图2 5 树形试卷组织结构 试卷结点仅需维护试卷自身的数据，而试题结点仅需维护试题本身的数据。这两类结 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章通用试题库技术原理 点间通过从属关系进行联系，即试卷包含试题，试题属于某一试卷。这样的结构类似试题 的组织结构，同样能够使试卷的修改、删除、统计分析等操作变得高效简便。 需要注意的是，试卷结构中的试题除了试题本身的结构特征数据外，还包括试题在试 卷中所拥有的特殊数据，其中最典型的就是分值。分值并非是通用试题模型中的特征，它 本质上即不是试题的结构特征，也不是试题的统计特征，而是在试卷中才具有的特征。因 此分值这类特征存在于跟试卷相关的系统中，而不存在于跟试题相关的系统中。它们仅当 试题存在于某一试卷中时才有意义，但它们对于试卷来说却是必须的，它们使试卷的数据 变得完整，从而使试卷可用。 2 5 2 试卷的分类管理 试题数据的变动会影响到试卷的具体组织方式。当试卷中的某一试题数据在试题库中 进行更新时，在试卷中的是否要同步更新呢? 如果要同步更新的话，采取什么样的组织方 式才能高效安全的完成这一过程呢? 回答上述问题需要考察试卷的实际使用状况。 试卷由组卷过程生成，然后发布给试卷使用者进行使用，并在考试结束后归档，过期 的无效试卷最终会被清除。这一过程就是试卷的生存周期。这一周期可分成两个阶段： 从试卷生成到试卷发布之前，此阶段的试卷处于可更新状态，用户可以随时修改试卷 的信息，添加或者删除试卷所包含的试题，并允许更新试题的内容。 从试卷发布后到试卷被清除为止，此阶段的试卷被公开发布并允许使用，因此不能更 改它的数据，也不能更改所包含的试题的任何数据。此阶段的试卷必须作为一个只读的档 案进行处理，对其任何数据的修改都将破坏试卷自身信息的一致性，以及使用此试卷的考 试的信息的一致性。 因此，试卷在其生存周期内存在两个状态：可编辑状态和只读状态。试卷通过发布使 用，从可编辑状态转变为只读状态，但不能从只读状态恢复为可编辑状态，即这种状态的 转变是不可逆的。这一过程也符合试卷保密的实际需要。在只读状态的试卷虽然不可以进 行再次编辑，但其数据可以读取，能对其进行统计分析，或者将其作为同类试卷的参考。 这一过程也符合通用试题库系统的实际需要。 虽然试卷从一种状态变为另一种状态，不会对试卷的数据产生任何影响，但是在通用 1 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二苹通用试题库技术原理 试题库系统中，出于数据维护的需要，试卷在这两种状态下采用不同的组织形式。 处于可编辑状态的试卷，它所包含的试题应该与试题库中的试题保持_ 致。当用户对 试题进行更新时，试卷中的试题需要同步更新。因此，此状态下的试卷不必保存具体的试 题数据，而只需要保存并维护一张试题编号的列表。试卷通过这张列表在试题库中得到对 应的试题。 处于只读状态的试卷，它所包含的试题数据不允许更改，因此不必与试题库的试题保 持同步。当试题库的试题更新时，试卷中相应的试题不能被更新，而是要保持原有数据。 因此，此状态下的试卷需要保存全部必要的试题数据，而且这些数据是试卷状态变为只读 时刻，试题库中相应试题数据的副本。 综上所述，试卷的结构虽然采用的也是树形从属结构，但其具体组织方式需要根据试 卷所处的状态分为两类。这两类试卷因为数据格式和需求的不同，应该分别予以维护。在 通用试题库系统中，将可编辑状态的试卷称为当前试卷，当前试卷存放在当前试卷库中； 而只读状态的试卷称为历史试卷，历史试卷则存放在独立的历史试卷库中。 2 5 3 组卷策略 试题被组卷模块根据一系列的条件从试题库中筛选出来组成试卷，这一系列的试题筛 选条件称为组卷策略。组卷策略通过对试题模型的结构特征和统计特征进行条件设置，来 达到筛选符合用户需要的试题的目的。 ( 一) 组卷策略的组成 组卷策略由许多具体的条件或者规则组成，它们包括下列内容： 1 各类型试题个数 各类型试题个数由三个参数决定：试卷总分、试题类型分值比和各类型试题单题分值。 试卷总分，是一份试卷最基本的属性，这一属性需要在组卷时进行优先设置。试题类 型分值比，即各个类型的试题所分配的分值比例；它和单题分值、试卷总分一起，用来计 算各个类型的试题数。这三个参数必须同时指定才有实际意义。它们共同决定了一份试卷 的试题数量和试题类型构成。 2 试题组织结构分值比 试题组织结构分值比，是指按照树形层次结构进行组织的试题，在此层次结构的各个 结点上分配的分值比例。如图2 - - 6 所示，对于一个按照“科目一篇一章一知识点一进行 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二苹通用试题库技术原理 组织的试题结构，一份试卷包含两个考察科目，科目一分配6 0 的分值，而科目二分配 4 0 的分值。科目一所包含的三个篇，各分配2 0 的分值。其中，篇一包含两章，所分配 的分值分别为1 5 和5 。篇一第一章，分配给两个知识点各7 5 的分值，而篇一第二 章，并没有将分值具体分配给各个知识点，即此章所有的知识点都具有相同的被选中的可 能性。 科目1 ( 6 0 )篇1 ( 2 0 ) r 卅第l 章( 1 5 ) r 刊知识点1 ( 7 5 ) 篇2 ( 2 0 ) 篇3 ( 2 0 ) 第2 章( 5 ) 知识点2 ( 7 5 ) l 翌璺! 竺兰：l 图2 - 6 试题结构分值比示例 组织结构分值占比可以方便的确定一份试卷所考察的内容比重。一般来说，希望在考 试中重点考察的内容可设置较大的比例，而非重点的内容可设置较小的比例。此外，这种 设置条件可以按用户的需要调节试卷内容的细致程度，如果用户想对各个知识点进行细致 的分值分配，只需设置各个知识点所占的比例，不想考察的知识点可以不进行任何设置； 如果用户只想针对科目一级进行比例控制而不关心知识点选择的细节，则仅需要对各个科 目进行比例设置；同样，如果用户想对某一科目所包含的各个层次进行详细的设置，而忽 略其它的科目，则只需设置所关心的层次结点的占比即可。 3 知识点等级分值比 知识点等级分值比是试卷所囊括的知识点按照知识点的等级所分配的分值比例。知识 点的等级分为核心、一般、辅助三种。 知识点等级分值比可以使一份试卷合理的反映教学的重点，避免出现试题严重偏离教 学重点的弊病。而且，它也是组卷模块在没有具体设置知识点分值占比时进行试题筛选的 默认规则。 知识点等级分值比和精确到知识点一层的试题组织结构分值比可能存在冲突，此时， 试题组织结构分值比的优先级高于知识点等级分值比。但按照试题组织结构分值比选取的 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章通用试题库技术原理 试题严重违背知识点等级分值比时，即试卷选用的知识点有意偏离教学重点时，组卷模块 应该给用户发出警告信息。