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基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 摘要 随着计算机及网络技术的飞速发展和社会信息化水平的不断提 高，计算机在教育测量和评价过程中得到了广泛的应用。计算机辅助 评价在教育、教学和学习评价过程中的应用，引发了评价内容、方法 和形式的深刻变革。相对于传统的笔试，计算机网络考试不仅减轻了 在组织考试、评卷、成绩统计等方面所花费的人力和物力，并且突破 了时间与空间的限制，节省了资源，而且提高了评分的客观性，改善 了考试工作的效率。 目前大部分考试系统采用的数据存储方式是数据库方式。在数据 库技术发展同时，矾l 作为一种简单的数据描述与存储语言，由于其 易用性与跨平台性使得) ( m l 很快成为数据交换的公共语言。在考试系 统的设计中，可以将x m l 技术与数据库技术相结合，发挥x m l 技术在 数据交换、数据描述及显示上的优势，从而在一定程度上改善系统的 性能。 本文正是在这样的前提下分析并设计了一个基于) ( m l 的考试系 统。论文首先介绍了目前) ( m l 技术在考试系统中的应用情况，提出了 将) ( m l 与数据库相结合的设计方案，并对系统开发与设计中使用的 x 地技术、j a v aw e b 开发技术进行了概述。论文最后部分详细阐述了 系统的设计与实现过程。 关键字：) 【l l l ，考试系统，j a v aw e b 基于l 的网络考试系统的研究与实现 a b s t r a c t c o m p u t e r i sb e i n gw i d e l yu s e di nt h ea r e ao fe d u c a t i v e m e a s u r ea n d t h ep r o g r e s so fe v a l u a t ew i t ht h es p e e d i n g d e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n 0 1 0 9 ya n dt h er i s i n g 1 e v e lo fi n f o r m a t i v es o c i e t y t h eu s eo f c o m p u t e r a i d e v a l u a t i o ni nt h ep r o g r e s so fe d u c a t i o n ， i n s t r u c t i o na n d 1 e a r n i n ge v a l u a t i o n1 e a dt ot h eg r e a tr e f o r mo ft h ec o n t e n t ， m e a n sa n df o r mo fe v a l u a t i o n c o m p a r i n gt ot h et r a d i t i o n a lt e s t ， n e t w o r ke x a mi sc o s ts a v i n ga n dl a b o rs a v i n gi no r g a n i z i n gt e s t ， r e a d i n gt e s tp a p 9 ra n ds c o r i n g ，a n di tb r e a kt h r o u g ht h el i m i t e d o ft i m ea n ds p a t i a l t h eu s eo fc o m p u t e ri nv a r i o u st e s tn o t o n l ys a v et h er e s o u r c e s ， b u ta l s oi n c r e a s et h ev e r a c i t ya n d o b j e c t i v i t yo fs c o r i n g ， a n dt h a ti ti m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f t e s tw o r k a tt h ep r e s e n tti m e ，d a t a b a s eist h er e g u l a rw a yo fd a t a s t o r a g ei nm o s to ft h ee x a m i n a t i o ns y s t e m a tt h es a m et i m ei n t h ed e v e l o p m e n to fd a t a b a s et e c h n 0 1 0 9 y ，x m la sas i m p l ed a t a d e s c r i p ti o n1 a n g u a g ea n ds t o r a g e ， b e c a u s eo fi t se a s eo fu s e a n dc r o s s p l a t f o r me n a b l e sx m lq u ic k l yb e c o m et h ec o 衄o n 1 a n g u a g ef o rd a t ae x c h a n g e i nt h ed e s i g no fe x a m i n a t i o ns y s t e m ， w ec a nc o m b i n e ) ( m lt e c h n o l o g yw i t hd a t a b a s et e c h n 0 1 0 9 y ，a n d p l a y ) 【m lt e c h n 0 1 0 9 yi nt h ed a t ae x c h a n g e ， d a t ad e s c r i p ti o na n d d i s p l a yo fs u p e r i o r i t y ，t h e r e b yi m p r o v es y s t e mp e r f o r m a n c e i nt h i sp r e m i s e ，a nx m l b a s e dn e t w o r ke x a m i n a t i o ns y s t e mw a s d e s i g n e di nt h i s p a p e r a tf i r s t ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h e a p p l i e dr e s e a r c h i n go fx m lt e c h n 0 1 0 9 yi nt h ee x a m i n a t i o ns y s t e m ， l l 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 a n dp r o p o s e dad e s i g no p t i o no f ) ( m la n dd a t a b a s ei n t e g r a t i o n t h e n ， t h ea r t i c l es u 咖a r yt h ep a p e r g e n e r a t i o na l g o r i t h ma n d m e t h o d so fc o n s t r u c ti o nq u e s ti o nb a n k s e c o n d l y ， t h ep a p e r i n t r o d u c e st h et e c h n 0 1 0 9 yo fr e a li z i n gt h es y s t e ms u c ha s x m l ，丁a v a w e ba n du m l f i n a l l y ， t h ed i s s e r t a t i o n m a i n l y d i s c u s s e dt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ex m l b a s e dn e t w o r k e x 锄i n a ti o ns y s t e m k e y w o r d ：x m l ，e x a m i n a t i o ns y s t e m ，j a v aw e b i 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 学位论文原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：凰魄级 矽吕年争月彳日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州师范大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅； 本人授权贵州师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 黼赫：i 司j 6 l 数翩虢嘲 7 幻g 年妒月2 多日 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 1 1 研究意义 第一章绪论 考试是教育测量与评价的一种重要手段，是教学过程中的一个重要环节。传 统考试中，教师要准备一次考试，从搜集资料开始，选考题、印制考卷、考试、 批改、最后记录分数，试卷分析，工作量十分繁重。 基于网络平台的计算机考试系统利用计算机和网络进行组卷、考试、评分， 实现“教考分离 ，在一定程度上减轻了教师在考试环节的劳动强度，相对减少 了考试各环节的人为主观因素，缩短考试周期，使教师有更多的时间专注于自己 的教学工作。其次，网络考试系统突破了地域和时间的限制，只要有网络环境， 学生可以随时进行测试，检验自己的知识和水平。并且借助计算机容量大、速度 快的优势，能够进一步对考试结果进行挖掘，得到内容更详细和层次更高的教学 分析结果，对提高教学效果和教学质量具有重要意义。 本论文将x m l 技术引入考试系统中，研究设计的网络考试系统虽然是一 个初步的尝试，不管是否成熟，对于探索基于x m l 的网络考试系统的开发和实 施都有一定的意义。 1 2 国内外研究现状 随着网络教育的发展，网络化考试作为网上远程教育的重要组成部分和发展 分支，己经在国内外得到蓬勃发展。特别是i i l t e m e t 业务的普及，构建高性能、 低成本的计算机网络化考试系统，从技术条件和经济条件上己经成熟。例如在美 国，一些著名的考试就采用了网上考试的形式，包括m i c f o s o f i 公司的m c s e ( 微 软系统工程师认证考试) 、g m a t ( 工商管理硕士入学考试) 、托福考试、g r e ( 美 国研究生入学考试) 等等，并已在全球范围内应用。 1 9 9 8 年后，随着国内网络教育的兴起，各高校纷纷开发了自己的网络教学 平台，作为网络课程重要组成部分的网络考试系统也相继问世，如北京师范大学 的网络教学平台、上海交大的网络考试平台等。 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 伴随着网络应用的不断扩大，许多网络考试软件应运而生。高等学校，企事 业单位也都纷纷组织研究此类应用的解决方案，并研制开发了大量的不同类型计 算机考试软件，也推出了一批优秀的考试软件产品，比如全国计算机等级考试软 件、职称计算机能力考试等等，有力地推动了我国网络化考试的发展水平，并积 累了大量有价值的经验。 从体系结构上看，目前网络考试系统主要有两类：c s ( 客户机服务器) 结构 的网络考试系统，以及b s ( 浏览器服务器) 结构的网络考试系统。 c s 结构网络考试系统由服务器端程序和客户端程序构成，优点是安全性较 好，但由于它需要在客户端安装专用的软件，导致其开发、发布、移植以及升 级的工作量非常大，因此这种结构的考试系统在易用性和扩展性方面受到限制。 而b s 网络考试系统使用浏览器作为统一的客户软件，用户在任何时间、任 何地点，只要可以使用浏览器上网，就可以使用考试系统，这一特点正好满足了 网络教育的跨越教学时空、突破时空限制的要求，因此通常用于考生自测或网络 教学系统。 在试卷数据描述与交换方面，目前大部分网络考试系统主要采用数据库方 式。在数据库方式下，一张完整的试卷的信息可能分散在数据库中的多个表和多 条记录中。将这些分散的记录重新从数据库中检索出来并组合成为一张试卷需要 将多个表进行连接，效率比较低。此外，由于数据库技术的应用是建立在数据库 管理系统基础上的，各数据库管理系统之间的异构性及其所依赖操作系统的异构 性，限制了信息共享和数据交换范围；数据库技术的语义描述能力较弱，大多通 过技术文档表示，很难实现数据语义的持久性和传递性，而数据交换和信息共享 都是基于语义进行的，在异构应用数据交换时，不利于计算机基于语义自动进行 正确数据的检索与应用。 而) ( m l 技术的出现正好弥补了数据库在数据交换、数据描述与共享方面的缺 陷。】( m l 即可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) ，它的优势主要表现 在：异构系统间的信息交流、不同来源数据的集成、更精确的搜索、本地计算和 处理、数据的多样显示、粒状的更新、升级性和保值性u 引。x m l 把内容从演示格 式中解放出来，使内容可以重复使用，如同样的内容可以分别用于新闻发布、宣 2 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 传册、演示和w e b 页面等。因此，可以在考试系统中引入x m l 技术，发挥) ( m l 在描 述试卷内容、试卷的传送、试卷显示形式的转换等方面的优势。 目前，x m l 技术在考试系统中的应用研究主要集中在以下几个方面： 用l 文档描述试卷【2 】【1 0 】【1 6 】 试卷中包括试题、考试时间、课程等相关信息，如果利用数据库存储试卷， 则要考虑较多的问题，数据库字段长度必须考虑最长试题的情况。采用x m l 描 述试卷可以将同属于一张试卷的试题及相关信息聚合在一个文件中，读取一个 儿文件就可以获取这份试卷的全部信息，而且采用瑚l 描述试题具有结构 清晰，描述方便的特点，非常节省存储空间。同时) a 】l 文档的显示多样性，也 为试卷的多样性显示提供了方便。 用) a l 构建题库，实现异构题库间资源共享【1 1 】【1 3 】 对于目前题库资源各自独立、无法共享，造成了资源重复建设的现象，可 以利用x m l 作为了不同格式数据向标准化格式数据转换的“桥梁 。利用x m l 来统一试题库结构，规范题库的建设。首先定义一个规范的订l 题库结构，利 用这个x 】l 题库结构作为中间桥梁，从而实现资源共享。如图1 1 所示，异构 数据源通过r d b m s l ( 关系数据库与x 】l ) 的转换程序接口转换成统一标 准的x m l 文档。l 文档数据在异构数据源之间建立起数据交换的纽带，形 成了一个“虚拟数据源 。“虚拟数据源即实现关系数据库与龇文档之间的 映射和转换，从而达到数据共享的目的。 本地数据源 外都数据酒 图1 1 异构题库间资源共享模型 用x m l 技术实现自动阅科1 2 】【1 4 】【1 5 】 在系统组卷成功的同时，在服务器端产生了一个该试卷的x m l 标准答案文 印圄 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 件。学生答题结束提交答卷后，则将学生答案封装成一个l 文件。系统进行 阅卷时，读入学生答案x m l 文件和标准答案x m l 文件，经过解析器的d o m ( 文 档对象模型) 接口解析，则在内存中形成两棵d o m 树，可分别标记为标准答案 树和学生答案树。 阅卷原理就是将标准答案树和学生答案树的结点进行深度搜索遍历，一一比 较对应位置上结点的值，根据阅卷算法阅卷( 对客观题采用精确匹配算法，对主 观题采用以关键词匹配为主、贴近度匹配为辅的参数动态可调阅卷算法) ，给出 题分，直到遍历结束给出总分。在这种阅卷方法中，每层的遍历是严格确定了先 后顺序的。因此要求学生答案树的生成过程要与标准答案树的生成完全一致，否 则会造成错位而误判。 从以上的研究结果可以看出，相对于数据库技术，x 的数据模型可以是树、 图等层次数据模型，而传统的关系数据库是以关系数据模型理论为基础的，所以 x 儿的数据结构比关系数据库更具有表现力，它能够对诸如网页等半结构化数据 进行有效的存取和管理，而且更加便于对层次化的数据进行操作，并且) ( m l 的通 用性也使其成为异构系统之间数据转换的桥梁。 但) ( m l 并不能完全替代数据库技术。删l 缺少作为实用的数据库所应具备的 特性：高效的存储、索引和数据修改机制；严格的数据安全控制；完整的事务和 数据一致性控制；多用户访问机制；触发器、完善的并发控制等u 引。 因此，在考试系统的设计中可以将x m l 技术与数据库技术相结合，使用x m l 文档对试卷信息进行描述，充分发挥x m l 在数据描述与数据交换上的优势，以 改善考试系统的性能。 1 3 研究的主要工作 本文在分析国内外已建成的远程考试系统的基础上，研究x m l 技术在考试 系统中的应用，并对考试系统所涉及的题库技术、组卷算法等进行总结；利用 u m l 建模技术对考试系统进行建模，设计了一个基于b s 模式的三层结构的网 络考试系统。最后综合利用订l 、j a 、，a w e b 开发技术、数据库等技术对系统 中的功能模块进行实现。 4 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 第二章考试系统的题库建设与组卷策略 题库建设和组卷策略是考试系统能否实现预定目标的关键环节。题库质量的 好坏以及组卷策略的选取直接影响到试卷的质量。 2 1 题库建设 题库是“按照一定的教育测量理论，在计算机系统中实现的某个学科题目的 集厶”【1 9 】。题库是考试系统的重要组成部分，题库质量的好坏直接影响组卷的质 量与考试的效果，因此题库的构建在质量和数量上都要达到一定的要求。 2 1 1 题库建设的步骤 要建设一个题库，一般要包括以下几个步骤： 题库的结构设计，也包括题目的各属性值的设置及度量标准等。 试题的收集与编制。为了使题库更加科学化、标准化，题库必须具有大量 的、高质量的试题。题目的来源主要有两个方面：一是收集正在大量使用的优秀 试题，二是组织专家专门命题。 确定各个试题的属性值。这一步是题库开发中极为重要的一步，因为以后 试卷的生成主要依靠题目的这些属性值来确定选择哪些题目加入到试卷中。生成 的试卷的质量在很大程度上取决于题库中各个试题属性值的可靠性。 题目入库存储工作。一般题库的规模都比较大，少则几千道题，多则上万 道题，这就要求我们使用紧凑、安全、高效的题目存储方式，并且要设计一个方 便灵活的题目输入界面，以利于方便的把试题存储到数据库中。 题库中的题目维护。题库具有动态性，应随情况的变化而变化。这是因为 各门学科都在发展变化，学科内容也应不断更新。需要不断的删除、修改、增添 试题。另一方面，考生水平也在不断地变化，这样考试参数及考核能力层次也会 有所变化。因此要使题库能更好地服务，就应该提供试题的增加、修改、删除功 能。 在以上步骤当中，题库的结构设计以及试题的收集在整个题库建设中至关 重要，因为题库的质量取决于库中试题的质量，要使题库的结构合理，就要对试 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 题的质量和数量进行控制。 2 1 2 题库质量要求 题库的质量依赖于试题的质量，因此要建设高质量的题库就要求构建高质量 的试题。高质量题库至少应体现在两个方面：其一，库中试题是否能合理涵盖课 程的内容和知识点，对重点章节是否侧重；其二，库中试题的指标体系是否科学 合理。 为了实现第一方面的要求，建设题库时要求做到【5 1 ： 试题的组织与编写必须以教学大纲为前提，以学科知识点结构为依据，按 照课程知识点展开组织。首先确定课程的知识点结构，标注哪些是重点和难点。 在按照学科知识点组织试题时，还必须注意课程知识点结构的区别，例如语文、 英语等学科，整个学科知识点之间逻辑性不强，每一个教学单元都包含很多知识 点。而物理、数学等学科则不同，知识点之间具有严密的逻辑性，而且一个知识 点往往代表某章或某节的内容，章节内容交叉的情况较少。 注意试题的分布均衡。试题的数量要足够多，在各指标属性区间内均衡分 布，核心属性有知识点、难度与认知分类，以这三个属性为核心，形成三维立体 交叉网络，网络上的每个结点上都要有合适的试题量，在保证这个核心结构的基 础上，还应该注意试题在题型和区分度上的合理分布。 注重试题质量的把关。试题内容要科学，无学术错误、无歧义，表述简 单明确；无关联性，试题之间不能相互提示，不能自相矛盾；实体参数标注尽可能 符合客观实际。 为了实现第二方面的要求，建设高质量的试题指标体系需运用考试学理论、 统计学理论及专家经验来进行量化处理。 2 1 3 题库数量要求 题库中试题的质量得到保证后，就要求有一定的数量保证。没有一定数量的 试题往往会造成满足一定约束条件的试题数量不够而无法组卷。解决的主要办法 是加大题库的题量，然而并不是所有课程都能提供大量有效的试题，而且题量过 大也会导致组卷速度降低、题库维护困难等问题。并且在录入试题时还需依照试 6 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 题的各项指标合理的配置试题。 在考虑试题分布时还要考虑课程知识点的多少，重点非重点的区别，难度的 区分等因素。一般课程知识点多，试题相应也多；重点比非重点的题量要多，难 度适中的题量较多。 考试系统的题库建设应根据以上要求合理的设计题库的结构以及题目的各 属性。试题属性是指除题干以外的能反映试题某些情况的指标，如题型、章节、 知识点。对于一道题，它的属性可以有：编号、章节、题型、认知分类、难度、 区分度、答题时间、题分、出题日期、使用次数等各项属性，计算机抽题就是根 据试题的属性来处理的。根据实际经验，教师一般不可能对试题的所有属性进行 设置，而且过多的约束条件对实际组卷会增加难度降低效率，因此，在题库设计 时应使用一些教师易于理解、容易操作，即能够最大限度地把握考试的难度与重 点，同时又能很好体现教师考试意图的属性参数。 因此，在本系统的设计过程中，对于每道试题主要设置如表2 1 的属性参数： 表2 1 试题指标属性表 试题属性属性说明 试题类型试题所属的试题题型，如填空、选择、判断、问答等类型 知识点试题在学科大纲中所属的知识点 题干题目的具体内容 参考答案试题的参考答案 插图试题所含插图的存储路径 难度程度分四个等级，难、较难、一般、容易 在本考试系统中，根据以上的试题属性构建了计算机组成原理课程的试 题库。库中的试题主要来源于本人教学过程中使用的传统试卷。其中试题难易程 度是通过以往的试卷分析得到的，采用的方法是以试题的答对比率来表示，答对 的人数越多，试题就越容易，难度就低，反之难度就高。这种难度计算方法主要 缺点是不能适应各种被试的具体情况，所以还有待进一步的改进。 7 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 2 2 组卷策略 组卷是指计算机根据试题的属性( 如难度、题型、所属知识点等) 和外部用 户输入的参数( 如某一类型的试题的题量) 进行多条件的综合，自动从题库中抽 取符合要求的题目，形成一份试卷的过程。 试题库生成后，教师在客户端提交试卷参数，服务器端根据教师提交的参数 对题目进行选择，尽可能精确地抽取出符合组卷参数的题目。这个过程需要根据 题目各参数来权衡，如难度、分值、知识点等等，从中找到平衡点，构成一份试 卷。这需要计算机进行大量的运算，在i n t 锄e t 并发的环境下，服务器的负载变 大，从而对用户的响应时间延长，如用户等待的时间过长，会导致用户失去耐心 而放弃。因此，需要在测试的精确度与系统的效率间折衷考虑。要减小服务器的 计算量，需要应用高效地算法。因此在设计考试系统过程中，对组卷算法的选择 应遵循以下原则： 简便性：算法不应太复杂，以减小服务器的负荷。 随机性：可根据给定的组卷指标，自动实现各种指标的随机组合；- 同时， 可以按特定的指标选择特定要求的题目。 合理性：试题覆盖面要广。 应变性：每次命题可根据实际教学情况对知识点、难度、进度、教学要求、 教学层次等参数进行相应的调整。 通常，在自动组卷时运用的策略主要有：随机组合与穷举组合。通过对大量 考试系统的分析和研究，在自动组卷模块中常用的组卷算法有如下三种： ( 1 ) 、依托于随机函数或随机量的算法 例如：随机法。随机选取法是根据组卷指标随机的抽取试题到试卷，此 过程不断重复，直到组卷完毕或已无法从题库中抽取满足指标的试题为止。算法 步骤如下【8 】： 建立2 个数组z ( s ) ，u ( 均，z ( s ) 的值为某种状态s 的试题在题库中的总题量， 如选择题、第5 章、难度为3 的试题总数u ( ) ( ) 为用户要求的该状态的试题数 目，u ( 淘对应的全部状态的集合构成线形表l i s t 如u ( 均 z ( s ) ，则转向，否则产生随机整数n l ，n l = i n t ( r a n d ( 1 ) 8 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 z ( s ) ) ，其值小于z ( s ) 读取n 1 记录，并对该记录作读取标志，抽取下一道题目时，有 读取标志的记录不再有效； 若u ( 殉0 ，则u ( x ) = u ( x ) 一l ，重复； 若l i s t 表未满，则转向，否则组卷成功； 算法结束 。 随机选择法的特点是实现简单，对于题库不太大的试题来说，速度快、成功率 高。随机选取法依据用户提交的组卷要求，由计算机利用随机函数自动抽取若干 分量构成状态类型，再从试题库中随机选取一道试题加入试卷中，此过程不断重复， 直到生成试卷或者题库中取不出合适的题目为止。该算法在用户要求小于试题题 量时，总能成功，且速度快，但当试题库中某一状态储题量较小，不能满足用户要求 时，组卷往往以失败告终。 ( 2 ) 、深度及广度搜索的算法。 例如：回溯法【l 】。回溯试探法是对随机选取法的改进。它将随机选取法产 生的第一状态类型记录下来，当搜索失败时释放上次记录的状态类型，然后再依据 一定的规律变换出一种新的状态类型进行试探，通过不断回溯试探直至试卷生成 或退回出发点为止。回溯试探法在理论上可以遍历每一种可能的状态组成。但是， 当试卷总题量较大时，状态类型的变换便成为一个巨大的数字，因此该方法只适用 于状态类型和试卷总题量都较少的题库系统。而且该方法对内存的占用较大，程 序结构比较复杂，所选试题缺乏随机性，组卷时间长。 ( 3 ) 、基于智能搜索的算法。 例如：遗传算法( g a ) 。遗传算法是一种模拟生物界自然选择和遗传变异的 机制来求解复杂问题的随机搜索和优化的方法。对于约束优化问题，由于遗传算 法能以较大的概率在有限时间内求得整体最优解，同时对目标函数和约束条件不 作太多要求，已经成为求解一般约束优化问题的强有力工具【1 8 】。遗传算法具有鲁 棒性强、全局寻优、收敛速度快等特点，而且适用于并行处理，这些都适宜于处理 组卷的问题。但遗传算法本身的参数还缺乏定量的标准，目前采用的都是经验数 值，而且不同的编码、不同的遗传技术都会影响到遗传参数的选取，因而会影响 到算法的通用性。 9 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 通过对以上三类算法的对比研究，考虑到考试系统中的服务器负荷问题，在 本系统的自动组卷模块采用第一种组卷策略，即依托于随机函数的试题选取法。 教师只需给出试卷的题型、题量、题分、知识点等试卷参数信息，自动组卷程序 利用随机函数从试题库中抽取符合要求的试题写试卷中。 1 0 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 第三章开发考试系统的相关技术 考试系统的开发除了要掌握构建试题库的方法外，其设计与实现还要借助于 相关的技术。开发“基于x m l 的网络考试系统 主要用到了u m l 建模技术、 札技术以及j a 、，aw e b 技术。本章主要对这些相关技术进行概述。 3 1x m l 技术 3 1 1x m l 概述 v i l ( e x t 饥s i b l em 矾呷l 锄目玢g e ) ，即可扩展标记语言，是由万维网联盟 w 3 c 定义的一种语言。x 】l 是s g m l ( s t a 】咀a r dg e n e r a l 娩e dm a 出u pl a n g i l a g e 标准广义标记语言) 的一个优化子集，它以一个统一、开放、基于文本格式的模 式来描述和交换数据【1 7 1 。l 是一种元标记( m e 协m a 出u p ) 语言，它提供了一种 描述数据的格式，能够运行在任何平台和操作系统之上。l 具有信息自描述 性、可扩展性、显示多样性等特点。 任何一个订l 文档都有逻辑结构与物理结构两种。从物理结构上看，文档 由称为实体的单元组成。一个实体可以引用其他实体，并将它们包含在文档中。 从逻辑结构上看，文档由声明、元素、注释、字符引用和处理指令构成。一个 儿文档必须包含一个根元素，元素与元素之间可以嵌套。因此，从逻辑结构 上来说，一个x m l 文档可以看成是具有层次结构的树，根元素为其树根，内容 可以看成是树叶。 煳l 主要有三个要素：d t d ( d a t a 聊ed e f i i l i t i o n ，文档类型定义) 或 s c h 锄a ( 模式) ，x s l ( 可扩展样式语言) 和x l l ( 可扩展链接语言) 。d t d 或s c h e m a 规定了x m l 文件的逻辑结构，定义了x m l 文件中的元素、元素的属性以及元 素和元素之间的关系，它可以帮助x m l 分析程序校验捌l 文件中标记的合法 性。x s l 是用于规定x m l 文档样式的语言，它能在客户端使w 曲浏览器改变 文档的表示方法，从而不需要再与服务器进行通信。x l l 将进一步扩展目前w 曲 已有的简单链接。 x m l 相对于h t m l 的优点是它将用户界面与结构化的数据分隔开来，也就 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 是订l 着重于描述数据的内容和结构，h t m l 用于描述数据的显示方式。而这 种数据与显示的分离使得集成来自不同数据源的数据成为可能。煳l 的标记是 可扩展的，被赋予了具体的语义，h t m l 的标记是固定的，没有具体的语义。 删l 的基本思想很简单：利用标记表示数据的含义，利用简单的嵌套和引用来 实现数据元素之间的关系。可以说x m l 为基于w 曲的应用提供了一个描述数据 和交换数据的有效手段。h t m l 是w 曲显示数据的通用方法，而x m l 提供了 一个直接处理w 曲数据的通用方法。h t m l 描述了w 曲页面的显示格式，而 x m l 描述了w 曲页面的内容。因此在某种意义上，一个l 文档就是一个数 据库或其中的一张表。 3 1 2x m l 的主要应用 删l 使用独立于平台与语言的文本格式来表示数据，这使得它成为不同的 应用程序间交换数据的理想格式，因而捌l 技术也逐渐被应用于各种应用程序， 归纳起来主要应用于以下三个方面： 客户与不同的数据源进行交互。数据可能来自不同的数据源，它们有各自 不同的复杂格式，客户与这些数据库之间只通过一种标准语言进行交互，由于 订l 有自定义性及可扩展性，所以它可以表达各种类型的数据。客户收到数据 后可以进行处理，也可以在不同数据库间进行传递，x m l 解决了数据的统一接 口问题。但x m l 并没有定义数据文件中数据出现的具体规范，而是在数据中附 加标记来表达数据的逻辑结构和含义。 将大量运算负荷分布在客户端。客户可根据自己的需求选择和制作不同的 应用程序来处理数据，而服务器只需发出同一个x m l 文件。客户向服务器发出 不同的请求，服务器分别予以不同的响应，这样加重了服务器端的负荷。应用 删l 的自解释性使客户端在收到数据的同时也理解数据的逻辑结构与含义，减 轻了服务器端的负荷。 同一数据以不同的面貌展现给不同的用户。x m l 通过自定义标记来描述 文档内容，x m l 数据文件侧重标记语义和数据内容。而内容以什么样的形式显 示则由x s l ( e x t e i l s i b l es t y l el 锄g u a g c ，可扩展样式语言) 和c s s ( c 邪c a d i n gs t y l e s h e e t ，层叠样式表) 加以控制。x s l 侧重信息的显示和处理，同一个删l 数据 1 2 基于) 叫l 的网络考试系统的研究与实现 文件只需套用不同的样式表，应用程序就可以得到不同的显示效果。因此客户和 厂家都可以对删l 的表现形式进行定制，可使网络用户界面个性化，风格化。 3 1 3 使用j d o m 解析x m l v i l 解析有两种方式。一种是s a x ( s i i n p l ea p if o r l ) ，另一种是 d o m ( d o c 吼e m to b j e c tm o d e l ) 。 s a x 是一种基于事件的模型，可用于避免构造文档完整的树状结构。如果 文档特别庞大或仅对其中一部分感兴趣，s a x 就特别有用。s a x 事件由解析器 在进入或离开文档元素、属性、子树时产生。该模型可在不关注文档完整结构的 情况下测定其特征或相关数据。s a x 模型最大的优点是内存消耗小，因为整个 文档无需一次加载到内存中，这使s a x 解析器可以解析大于系统内存的文档。 d o m 是一个结构化文档编程接口i ) ，它定义了文档的逻辑结构以及访 问和操作方法。使用d o m 模型，程序员可以方便地创建文档、导航其结构或增 加、修改、删除、移动文档的任何部分。d o m 在内存中以节点树的形式表示删l 文档，由于树在内存中是持久的，因此可以在任何时候对树的节点进行导航，并 对其进行修改。d o m 的缺点是对于特别大的文档，解析和加载文档将会变得很 满，而且会消耗大量的资源。 本系统使用j d o m 实现对订l 文档的读、写、解析及数据库记录到l 文档的转换。j d o m 是基于树操作的纯j 越，aa p i ，它提供的是一套用于解析、 创建、处理和实现煳l 的解决方案。j d o m 直接为j 趟厂a 编程服务捌。它利用 更为强有力的j 瓜，a 语言的诸多特性( 方法重载、集合概念以及映射) ，把s a x 和d o m 的功能有效地结合起来。在使用设计上尽可能地隐藏原来使用x m l 过 程中的复杂性。利用j d o m 处理订l 文档将是一件轻松、简单的事。 使用j d o m 生成订l 文档的一般过程是： 解析m 印p i n g 文档，得到需要的各个e l e i i l e n t 元素和觚曲u t e 元素； 使用i l c 、) l r o 生成相应的e l e m e 咄a t t r i b u t e 对象； a d d a 矧b u t e ( ) 添加a l t r i b u t e 子元素；a d d c o n t e n t ( 添加e l e m e n t 子元素) s e t t e x t ( ) 设置每个e 1 e l l l e n t 的t e x t 内容； 用根元素作为参数，生成d o c u m e n t 对象； 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 输出讧l 文档。 3 2u m l 建模技术简介 系统采用面向对象分析( o o a ) 方法，应用可视化面向对象建模技术l m l ( 统 一建模语言，嘶f i e dm o d e l 啦l 孤g u a g e ) 建立系统模型。l m l 是一种建模语言， 是面向对象方法用来表述系统设计的图形表示法，是用可视化的方法来表达、叙 述、构建和记录复杂软件不同方面的语言。 u m l 的重要内容可以由下列五类图( 共9 种图形) 来定义【6 1 ： 第一类是用例图，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。 第二类是静态图( s t a t i cd i a g r a m ) ，包括类图、对象图和包图。其中类图 描述系统中类的静态结构。类图描述的是一种静态关系，在系统的整个生命周期 都是有效的。对象图是类图的实例，几乎使用与类图完全相同的标识。他们的不 同点在于对象图显示类的多个对象实例，而不是实际的类。一个对象图是类图的 一个实例。由于对象存在生命周期，因此对象图只能在系统某一时间段存在。包 由包或类组成，表示包与包之间的关系。包图用于描述系统的分层结构。 第三类是行为图( b e h a v i o rd i a g r a m ) ，描述系统的动态模型和组成对象间 的交互关系。其中状态图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转 移条件。通常，状态图是对类图的补充。在实用上并不需要为所有的类画状态图， 仅为那些有多个状态其行为受外界环境的影响并且发生改变的类画状态图。而活 动图描述满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系，有利于识别并行 活动。 第四类是交互图( i n t e r a c t i v ed i a g r 锄) ，描述对象间的交互关系。主要包括顺 序图和合作图。其中顺序图显示对象之间的动态合作关系，它强调对象之间消息 发送的顺序，同时显示对象之间的交互；合作图描述对象间的协作关系，合作图跟 顺序图相似，显示对象间的动态合作关系。 第五类是实现图( i m p i e m e n t a t i o nd i a g r a m ) ，主要包括组件图与配置 图。其中组件图描述代码部件的物理结构及各部件之间的依赖关系。一个部件可 能是一个资源代码部件、一个二进制部件或一个可执行部件。它包含逻辑类或实 现类的有关信息。配置图定义系统中软硬件的物理体系结构。它可以显示实际的 1 4 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 计算机和设备( 用节点表示) 以及它们之间的连接关系，也可显示连接的类型及部 件之间的依赖性。 从应用的角度看，当采用面向对象技术设计系统时，首先是描述需求；其次根 据需求建立系统的静态模型，以构造系统的结构；第三步是描述系统的行为。其 中在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的，包括用例图、类图( 包含包) 、对 象图、组件图和配置图等五个图形，是u m l 的静态建模机制。其中第三步中所 建立的模型或者可以执行，或者表示执行时的时序状态或交互关系。它包括状态 图、活动图、顺序图和合作图等四个图形，是u m l 的动态建模机制。因此，u m l 的主要内容也可以归纳为静态建模机制和动态建模机制两大类。 本系统的分析设计过程首先是描述需求；其次根据需求建立系统的对象模 型，以构造系统的结构。建模过程中用到的图包括用例图、类图，以下对这两种 图的功能及模型元素作简单的介绍。 ( 1 ) 用例图 用例图定义的是系统的功能需求。它从用户角度描述系统的功能，也就是站 在系统外部察看系统功能，它并不描述系统内部对该功能的具体操作方式。用例 图中包含用例、系统和角色等三种模型元素。 用例代表的是一个完整的功能。u m l 中的用例是动作步骤的集合。 系统是用例模型的一个组成部分，代表的是一部机器或一个商务活动等 等，而并不是真正实现的软件系统。 角色( a c t o r ) 是与系统交互的人或事。所谓“与系统交互”指的是角色 向系统发送消息，从系统中接收消息，或是在系统中交换信息。只要使 用用例，与系统互相交流的任何人或事都是角色。比如，某人使用系统 中提供的用例，则该人就是角色。 u m l 中的用例用椭圆形表示用例的名字写在椭圆的内部或下方用例位于系 统边界的内部角色与用例之间的关联关系或通信关联关系用一条直线表示如图 3 - 4 所示。 1 5 基于x m l 的网络考试系统的研究与实现 翻用劂圉雳鼋碉 图形化表示的用例本身不能提供该用例所具有的全部信息，因此还必需描述 用例不可能反映在图形上的信息。通常用文字描述用例的这些信息。用例的描述 其实是一个关于角色与系统如何交互的规格说明，该规格说明要清晰明了没有二 义性。描述用例时应着重描述系统从外界看来会有什么样的行为，而不管该行为 在系统内部是如何具体实现的。 ( 2 ) 类图 在计算机系统中，我们用类表示系统，并把现实世界中我们能够识别的对象 分类表示，这种处理方式称作面向对象。由于面向对象的思想与现实世界中的事 物的表示方式相似，所以采用面向对象的思想建造模型会给建模者带来很多好 处。 构成面向对象模型的基本元素有类( c l 弱s ) 、对象( 0 b j e c t s ) 、类与类之间的 关系等等。所谓对象就是可以控制和操作的实体，它可以是一个设备一个组织或 一个商务。类是对象的抽象描述，它包括属性的描述和行为的描述二方面。属性 描述类的基本特征( 比如车身的长度、颜色等) ；行为描述类具有的功能，功能 也就是对该类的对象可以进行哪些操作。 在u m l 中，类图( c l 硒sd i 踟) 用来表示系统中的类和类与类之间的关 系，它是对系统静态结构的描述。 类图中允许出现的模型元素只有类和它之间的关系。类用长方形表示，长方 形分成上、中、下三个区域。每个区域用不同的名字标识，用以代表类的各个特 征。上面的区域内标识类的名字，中间的区域内标识类的属性，下面的区域内标 识类的操作方法( 行为) ，这三部分作为一个整体描述某个类如图3 5 所示。 1 6 霉 瘁一基一 日 基于) a m l 的网络考试系统的研究与实现 类白喀宰 属性 操作 图3 5 类的图示 当类图中存在多个类时，类与类之间的关系可以用表示某种关系的连线把它 们连接起来。类与类之间的关系主要有关联、聚合、泛化等。 泛化，表示类与类之间的继承关系。在u m l 中，用父类到子类间的连线来表 示继承关系。连线指向父类端是一个空心的三角箭头。继承可以有多层。 关联，对于两个相对独立的对象，当一个对象的实例与另一个对象的一些特 定实例存在固定的对应关系时，这两个对象之间为关联关系。关联可以有方向， 可以是单向关联，也可以是双向关联。可以给关联加上关联名来描述关联的作用。 关联两端的类也可以以某种角色参与关联，角色可以具有多重性，表示可以有