【《初中数学习题个性化系统设计》9800字（论文）】

初中数学习题个性化推荐系统设计摘要本文所设计和开发的是一个初中数学习题个性化推荐系统，此推荐系统开发的目的是让学生进行数学的考试以及数学习题的复习更加方便，不仅可以避免学生做无用功的努力，盲目的去练习，还可以避免学生成绩进步慢对数学的学习失去兴趣。此系统也能提高老师批阅试卷的效率，更加清楚的了解学生的数学学习情况，让老师知道每个学生最薄弱的知识点，对学生进行专项的练习，来提高同学们的学习成绩。管理本系统对员的管理效率也有很大的提高，让管理员在后台的工作能轻松许多。结合具体的用户将系统总体划分为三部分，分别是管理员、教师以及学生模块，各个模块进一步划分为不同的功能，维持了系统的完整性和正常运行。本系统的设计和开发所采用的方法包括调查法、文献法和分析对比法，这三种都是当下使用率比较高的方法，每个方法都有它独特的优点，使系统的开发更加符合科学依据。采用的技术是JSP技术、协同过滤算法以及SSM框架等，基于MySql数据库实现对于数据的存储与管理，通过此类技术可以保证系统达到较高的安全性。在系统开发完成的时候还对系统进行了详细的测试，测试表明本系统可以正常运行并满足学生、老师以及管理员的使用的需求。本系统的开发和使用不仅节省了学生学习提高自己的时间而且提高了老师的管理效率，并且对于传统考试模式与互联网融合具有非常重要的意义。关键词：习题推荐系统，协同过滤算法，在线考试，SSM目录24122第一章绪论 1129071.1开发背景 167191.2目的意义 1145251.3研究方法 14546第二章系统的开发语言、工具与环境 315102.1JSP技术 355872.2MyEclipse开发工具 390062.3MySQL数据库 3320462.4TomCat服务器 331914第三章需求分析 5232143.1系统可行性分析 5236513.2系统功能需求分析 6124043.3非功能需求分析 625445第四章系统设计 8197354.1系统设计原则 863024.2系统功能设计 8111694.3数据库表设计 99087第五章系统实现 10133475.1学生功能实现 12145095.1.1参加考试 12271665.1.2个性化推荐习题 12126235.1.3考试记录 12161585.1.4知识点习题推荐 13188765.2教师功能实现 13131065.2.1试卷 13108945.2.2题库 14312765.2.3知识点管理 14141895.3管理员 14214495.3.1班级管理 14146045.2.2教师管理 15302565.2.3年级管理 15256435.2.4学生管理 1595885.2.5专业管理 153489第六章项目测试 16102216.1项目测试的目的 1670996.2功能测试用例 1617126.3UI测试 1718956.4测试结果 1817004结论 195139参考文献 20第一章绪论开发背景当前快速发展的互联网技术开始渗透到了各个领域中，这些新技术的发展改变了传统的管理模式。在信息化时代到来之际，对于各个产业的发展提供了巨大的变革机会，所以众多的企业以及机构纷纷引入互联网技术实现智能化的管理。在高校教学以及管理领域中已经较多的使用了互联网，构建专业化的管理系统满足管理的要求。随着计算机以及互联网技术的普及，实现教育领域的信息化已经是必然的趋势。所以需要将教育与信息化技术进行结合，建立智能化的考试学习系统，可以有效地提升教育的水平。在我国教育改革不断推进的同时，各大高校招生规模持续扩大，学生的数量不断增多。与此同时，在学校中有多种类型的考试，需要通过专业化的考试管理系统来进行辅助，弥补传统考试模式的不足问题，提升对于考试信息管理的规范性与可靠性，减少试卷丢失等问题的发生，可以真正保证考试的公平性，继而为改善教学质量提供必要的支持。1.2目的意义开发数学试题推荐系统，一方面不仅是学校学习资源实力的体现，另一方面也是对每个学生学习知识的保障。学校也可以通过数学习题推荐系统清楚的了解到每个学生的薄弱知识点和真实学习水平，也可以让学校的考试更为规范，所以对于学校以及学生而言均属于一件具有重要意义的事情。系统应用的意义主要体现在如下方面：（1）提升了考试的效率，使得教师将更多的精力集中在教学中。（2）改善了教学的信息化水平，弥补了传统教学模式的不足问题。（3）针对传统的考试模式进行优化，改善考试质量，提升教学水平。1.3研究方法本文的研究方法主要有：（1）调查法该方法指的是基于实地调查的方式明确系统需要实现的功能以及性能等，一般需要与系统的用户进行沟通，以此可以了解系统的基本功能要求，可以采用纸质调查方式或者设计电子调查问卷的方式。针对汇总之后的结果进行处理与分析，继而为系统的设计提供准确的依据[1]。（2）文献法通过网络或者图书馆等途径调研相关的文献资料，结合前人的研究成果进行总结分析，基于对此类文献的梳理能够为系统的开发提供一定的指导[2]。（3）分析对比法在互联网技术持续发展的过程中，可以通过网络查询相关的信息，或者是直接查询与本次设计系统类似的系统，针对系统的对比与分析来完成对于本系统的设计工作。另外，可以根据与本次毕业设计相关的文献资料进行对比，以此可以对系统进行完善[3]。第二章系统的开发语言、工具与环境2.1JSP技术JSP技术由于在网站系统开发中的优势广泛应用到页面设计与开发中，可以设计动态性的网页，从而增强了系统的性能。JSP技术使得网页设计与处理逻辑进行分离，修改和扩展的灵活度较高，对于组件设计方式提供了支持，因此应用到Web程序开发中具有显著的优势。Servlet实际是JSP的基础，一般通过二者的配合来完成大型系统的开发。二者均在服务器端执行，并将相关的HTML文本返回到客户端，并通过解析显示在浏览器中，基于这种方式完成了对用户的响应。在用户发出访问JSP网页的请求时，需要先对程序段进行执行，然后将解析的结果返回给客户端。通过添加Java程序段的方式能够对数据库进行访问，并获取到其中的信息，同时可以对数据库进行管理操作。在JSP页面中主要有Java、HTML代码等，首先处理Java代码，处理完成之后以HTML页面的形式返回，这种方式的优势在于效率较高、安全可靠，能够高效将信息返回给需要的用户。对于服务器端组件提供了完善的支持。JSP能够通过JAVABEANS组件的调用完成复杂的功能，这种方式成熟度和可靠性更高，提高了开发的效率。2.2Intellijidea开发工具IDEA指的是IntelliJIDEA，广泛应用到了基于java的系统开发中。集成了一个开发工具的各项功能，包括代码提示、编译以及调试等。该工具主要是JetBrains公司推出的集成开发环境。除了对于Java提供基本的支持之外，同样对于MySQL，Python等提供了支持，但是免费版本支持的语言较少。IntelliJIDEA得到了众多开发人员的青睐，该平台在开发的过程中运用的就是该工具。IDEA对于不同的版本控制工具提供了集成支持，例如有git、svn等，便于进行代码的共享、传输以及存储等处理。除了上述优势之外，IDEA功能比较完善，并不依赖于特定的插件，所以运行的可靠性较高，为广大开发人员提供了完善的开发工具。2.3MySQL数据库目前，Internet上的各种应用程序中已经开始广泛应用MySQL。显著提升了查询的效率，也提供了多种编程语言需要使用的API。MySQL支持的数据库连接方式有TCP/IP、JDBC等，支持的操作系统有Linux、Windows等。MySQL数据库的安装和配置难度较小，应用效率较高，维护操作比较容易实现，具有较高的性能，所以应用的潜力较大。Mysql工具中集成了数据库镜像技术，基于该技术能够为数据管理提供较多的支持。该数据库在安全性上具有明显的优势，主要体现在集成了数据库加密等功能，因此可靠性较高，减少了数据泄露等问题的发生。在内部已经集成了管理应用编程接口，用户可以结合具体应用需求进行调用和配置，所以在管理系统开发中具有一定的优势[4]。2.4TomCat服务器Tomcat服务器在网站系统开发领域中应用较多，其本质上属于一个小规模的应用服务器，应用到小型系统开发中具有灵活度高、部署方便的优势。特别适合于应用到基于JSP技术开发的系统中。实际上，Tomcat属于对Apache服务器的扩展，当对Apahce服务器进行配置完成之后，可以访问服务器端的HTML页面，而Tomcat由于运行的独立性较高，能够与Apache保持独立运行，所以能够快速响应用户的访问需求。对于JAVA开发过程而言，一般可以使用MyEclipse集成的Tomcat或者是本地自带。但是实际应用中一般需要从网络中下载最新的版本[5]。2.5协同过滤算法协同过滤(CollaborativeFiltering)属于推荐算法内的典型代表，当前使用最为广泛的当属基于协同过滤的推荐算法，此类算法主要是根据用户的历史行为进行学习和推荐，依据用户的行为数据进行预测，可以得到用户可能感兴趣的商品或者服务，并将其推荐给不同的用户。此类算法的独立性较高，对于领域知识的依赖性较低，便于进行建模。很多企业以及研究机构重视此类算法的研究，随着研究的不断深入，各种改进的算法应用到了实际生产领域中，特别是在互联网推荐中的应用，可以为用户提供更多感兴趣的信息，降低了用户在信息检索上消耗的时间。一般将其划分为两部分，分别是在线协同、离线过滤[6]。前者表示结合在线数据相似性来实现用户的推荐，后者则是将与用户兴趣度关联性较低的数据进行过滤，比如推荐值评分低的数据，或者虽然推荐值高但是用户已经拥有的数据。协同过滤的模型可以表示为已知m个用户与物品的信息，但是仅有少数评分数据，这个时候我们可以用已经拥有掌握的数据来对我们还没有掌握的数据物品进行评分，筛选出最高评分结果推送给用户。

第三章需求分析3.1系统可行性分析（1）经济可行性分析：经济可行性指的是分析系统的成本以及投入等，同时还需要对系统开发之后的效益进行评价，如果确定具有较高的效益，并且投入可以接受，则适合进行开发。但是如果经过分析网站开发的成本较高，开发者在经济上难以满足开发的要求，在这种情况下必然难以支撑系统的开发过程，所以可能导致系统开发的中断，即系统开发的经济可行性并不满足。本次开发的个性化推荐系统可以直接利用现有的计算机实现，My统管理模式的不足，节约了工作的时间，提高了管理的效率。所以综合考虑到上述各个因素，本次系统的开发具有较高的经济可行性。（2）技术可行性技术可行性主要是对现有的开发技术进行分析，选择合适的技术进行系统开发，并评价是否能够满足系统的开发要求。技术可行性分析属于关键的过程，旨在于对现有的技术进行研究，结合最新的技术来进行对比分析，然后应用到该系统的开发中。系统开发中应该结合各个技术的特征进行分析，真正发挥出特定技术的优势，并与实际的系统开发过程进行融合[7]。本次设计的科研管理系统主要采用java语言、Mysql技术等实现，这些技术比较成熟，广泛应用到了各种系统的开发中。由于已经学习过JAVA，掌握了基本的开发方法和流程，所以系统实现的技术难度相对较低，可以完成各个模块以及数据库部分的设计与开发任务。（3）操作可行性分析操作可行性主要是对系统的易用性以及实用性等进行分析，判断系统是否可以有效地应用到日常业务处理中，应用中是否存在诸多难题。如果系统的应用难度较大，复杂度较高，则必然会影响到用户的体验，无法取得良好的应用效果。所以需要结合用户的操作习惯以及使用方式等进行设计[8][9]。本系统采用的开发工具主要是Intellijide、MySql，在开发过程中已经掌握了系统的开发方法，所以在系统开发方面已经具备了较高的操作可行性[10]。从使用的角度来看，本文设计的考试系统仍然属于一个web系统，用户可以通过平台中查询到需要的信息，只需要通过浏览器即可进行操作，无须安装专用的软件。同时基于界面登录方式操作，掌握基本的计算机操作即可完成系统的应用。所以在操作上也具备了较高的可行性。3.2系统功能需求分析在本次研究中需要结合实际的考试要求来对数学试题推荐系统进行设计，结合具体的用户将系统总体划分为三部分，分别是管理员、教师以及学生模块，各个模块进一步划分为不同的功能。学生有参加考试、个性化习题推荐、考试记录、知识点习题推荐这些功能[11]。管理员对班级、教师、年级、学生、专业进行管理。具体的用例图如下所示。图3-2-1学生功能用例图3.3非功能需求分析（1）系统性能分析系统需要满足性能的要求，这是除了功能之外较为重要的部分，如果性能不佳会直接影响到用户的体验。性能一般通过响应时间以及并发性等指标进行描述。如果有大量的用户同时访问系统，系统响应速率降低，甚至出现崩溃问题，则必然会影响到用户的使用。所以在本次设计中对于性能要求进行了针对性的设计，主要利用了Mysql以及TOMCAT服务器等技术，可以达到系统使用的性能要求。（2）系统可扩展性系统需要依据未来业务扩展到需求进行升级调整，所以应该具备一定的可扩展性，基于模块化的方式进行设计，各个模块之间的耦合性较低，通过特定的方式进行衔接，便于维护和管理系统，使得系统可以更好地满足未来的使用要求。该系统基于JSP技术进行开发，已经预留了相关的扩展接口，便于集成新的功能模块，所以具备了较高的扩展性[12][13]。（3）系统安全整个网站涉及到了不同用户的信息，需要提升对于信息管理的安全性。所以需要采用安全认证方式，通过输入密码等信息进行验证；同时针对用户数据进行加密等操作，可以保证系统功能的有效实现。其中在加密过程中应该充分利用现有的加密技术。通过加密技术处理之后，即使用户的信息被盗取，也难以进行解密，所以无法获取到真正的信息。基于此类技术保障系统的安全性。在数据存储方面采用了Mysql数据库，还需要做好数据库的备份与恢复工作，以此可以提升系统的安全性[14]。第四章系统设计4.1系统设计原则（1）数据输入原则设计过程中考虑到用户的使用习惯，最大限度为用户提供简洁的操作，例如尽可能使用鼠标操作，减少通过键盘的输入方式[15][16]。基于这种设计方式可以减少输入过程中的错误，避免由于输入错误的信息导致严重的后果。同时也提高了输入的效率，简化了操作模式，能够为用户提供更优质的体验。（2）可维护性原则系统需要依据可维护性的原则进行设计，因为系统运行一定的时间之后可能存在错误等问题，在功能以及性能上均无法满足使用的要求[17]。在这种情况下需要对系统进行维护，及时进行改正或者优化，避免影响到用户的正常操作[18]。（3）可扩展性原则系统的扩展性属于基本的要求，所以应该依据扩展性的原则进行设计，即保证系统可以依据未来业务扩展到需求进行升级调整，因此需要基于模块化的方式进行设计，各个模块之间的耦合性较低，通过特定的方式进行衔接，便于维护和管理系统，使得系统可以更好地满足未来的使用要求。在实际设计中应该结合日后的应用要求来预留一定的接口[19]。（4）安全性原则 系统需要依据安全性的原则进行设计，一方面通过登录验证的方式进行操作，即所有的用户必须在登录系统之后才能够使用其他的功能，减少了非法用户的操作；另一方面重视对于数据管理的安全性，基于加密等技术来存储相关的数据，减少数据泄露的几率[20]。4.2系统功能设计结合之前的分析可知，系统用户总体划分为三大类，各个用户的功能不同，具体设计如下。学生模块如下所示：参加考试：通过在线方式进行考试，可以答题和提交。考试记录：查询自己过去的考试信息。推荐习题：结合学生特征来推荐需要的试题。知识点习题推荐：查看知识点习题推荐并进行答题。管理员模块划分为如下部分：班级管理：主要是对班级信息执行基本的管理操作，该功能主要面向管理员用户。学生管理：主要是对学生信息执行基本的管理操作，面向管理员用户。教师管理：主要是对教师信息执行基本的管理操作，面向管理员用户。专业管理：主要是对专业信息执行基本的管理操作，面向管理员用户。教师模块的基本功能如下所示：（1）试卷管理：教师用户登录系统之后可以对试卷进行操作。（2）题库管理：教师用户登录系统之后可以对考试题库信息进行操作。（3）知识点管理：教师用户登录系统之后可以对知识点进行操作。系统总体结构如下图所示。图4-1系统功能结构图4.3数据库表设计数据库设计的质量会直接影响到系统的应用效率。因此应该引入合理化的设计理念，确保所有信息得到了有效地管理。一旦数据库设计质量不高，则导致数据存储质量降低，甚至影响到了对于用户提供的服务。所以必须对系统之间实体的关系进行分析，明确所具备的属性，然后映射到具体的表结构中。在本次设计中主要基于MySQL完成对数据的管理操作，必须依据数据的存储要求来设计数据数据库。数据库设计的质量将会直接影响到系统的运行质量[21][22]。本系统的数据库表信息如下所示：表4-1tb_id表4-2tb_id表4-3tb_resid表4-4tb__role

第五章系统实现5.1学生功能实现5.1.1参加考试学生用户登录系统之后，可以打开参加考试页面进行答题。参加考试界面如下所示。图5-1参加考试5.1.2个性化推荐习题依据学生的基本学习情况推荐相关的习题信息，该模块的基本页面如下图所示。图5-2个性化推荐习题5.1.3考试记录基于该模块可以查询过去的考试信息，该模块的基本界面如图5-3所示。图5-3考试记录5.1.4知识点习题推荐系统会根据学生的学习情况进行知识点的推荐，学生可以点击知识点习题推荐按钮进行查看。知识点习题推荐界面如图5-4所示。图5-4知识点习题推荐5.2教师功能实现5.2.1试卷教师可以实现对于试卷的各项管理操作，可以添加新的试卷，或者是删除原有的试卷。试卷界面如图5-5所示。图5-5试卷5.2.2题库教师可以通过题库页面来管理题库信息，主要涉及到了删除以及添加等操作。该模块的基本页面如下图所示。图5-6题库5.2.3知识点管理教师可以操作知识点信息，包括添加、修改、查询和删除知识点。知识点管理界面如图5-7所示。图5-7知识点管理5.3管理员5.3.1班级管理该模块主要执行对于班级的基本管理操作，包括删除等操作。该模块的基本页面如下图所示。图5-10班级管理5.2.2教师管理该模块主要执行对于教师的基本管理操作，包括删除以及添加等操作。该模块的基本页面如下图所示。图5-11教师管理5.2.3年级管理该模块主要执行对于年级的基本管理操作，包括删除以及添加等操作。该模块的基本页面如下图所示。图5-12年级管理5.2.4学生管理该模块主要执行对于学生信息的基本管理操作，包括删除以及添加等操作。该模块的基本页面如下图所示。图5-13学生管理5.2.5专业管理该模块主要执行对于专业的基本管理操作，包括删除以及添加等操作。该模块的基本页面如下图所示。图5-14专业管理第六章项目测试6.1项目测试的目的系统测试是系统开发生命周期中必不可少的过程，通过测试的过程可以发现系统中存在的故障或者缺陷，然后进行修改，避免在系统上线运行之后影响到用户的使用。系统测试旨在于对系统的功能、性能以及界面操作等进行全方位的测试，在测试过程中需要发现存在的缺陷问题，详细记录测试的结果，然后进行分析和校正，从而提升系统的应用质量[23]。结合现有的研究可知，软件测试的意义体现在多个方面，因为在系统即将完成时可能存在较多的问题，有必要及时进行检测和校正，否则错误的累积必然会影响到系统的正常上线运行[24]。6.2功能测试用例在系统开发过程中必须重视测试的工作，并将其作为整个软件工程中的关键组成部分。测试时有必要对系统的所有功能模块以及业务逻辑进行测试，分析功能是否实现，已经实现的功能是否存在逻辑错误；然后对系统的性能进行测试，确定响应时间以及可靠性等是否达到了使用的要求。测试过程中需要详细记录测试的结果，然后进行分析并改正，通过继续测试验证是否达到了预期的效果。采用这种方式才能保证系统满足应用的要求，并为用户带来良好的体验。本次测试的基本内容如下所示：（1）班级管理：首先测试添加班级信息功能，分别输入正确格式和错误格式的信息，查看是否可以将班级信息成功添加；其次选择删除班级信息，确定是否可以成功删除，是否仍然在页面中显示；第三测试修改班级信息的功能，分别修改成为正确和错误的班级信息，查看是否可以正常完成修改。（2）教师管理：首先测试添加教师信息功能，分别输入正确格式和错误格式的信息，查看是否可以将教师信息成功添加；其次测试修改教师信息的功能，分别修改成为正确和错误的教师信息，查看是否可以正常完成修改。（3）年级信息管理：首先测试添加年级信息功能，分别输入正确格式和错误格式的信息，查看是否可以将年级信息成功添加；其次选择删除年级信息，确定是否可以成功删除，是否仍然在页面中显示；第三测试修改年级信息的功能，分别修改成为正确和错误的年级信息，查看是否可以正常完成修改。（4）学生管理：首先测试添加学生信息功能，分别输入正确格式和错误格式的信息，查看是否可以将学生信息成功添加；其次选择删除学生信息，确定是否可以成功删除，是否仍然在页面中显示；第三测试修改学生信息的功能，分别修改成为正确和错误的学生信息，查看是否可以正常完成修改。（5）专业管理：首先测试添加专业信息功能，分别输入正确格式和错误格式的信息，查看是否可以将专业信息成功添加；其次选择删除专业信息，确定是否可以成功删除，是否仍然在页面中显示；第三测试修改专业信息的功能，分别修改成为正确和错误的专业信息，查看是否可以正常完成修改。管理员功能模块用例图如图6-2-1所示。图6-1管理员用例图6.3UI测试（1）通过浏览器打开系统之后，任意检测一个功能模块是否实现了预期的功能，例如点击注册选项查看是否出现回弹效果。（2）测试系统的兼容性，即通过不同的浏览器打开页面，分析是否可以正常显示，确定是否存在图片无法加载的情况。（3）检测各个页面的边距设计是否符合用户的操作习惯，对于需要调整的位置及时进行调节。（4）检测网页中的超链接是否可以正常打开，在打开之后查看是否与预期的内容保持一致。（5）检测各个页面的名称是否显示正常，并且与实现的功能是否保持对应，分析是否存在显示异常以及乱码等问题。（6）检测界面中的按钮文字颜色以及大小是否与设计保持相符。（7）在打开系统之后点击缩放按钮，检测是否在窗口变小的情况下有滚动条出现。而在窗口放大的情况下是否滚动条会消失；然后对滚动条件进行拖动，查看页面中的内容是否出现移动。（8）在各个输入框中填写对应的信息，然后将鼠标放置在输入框的位置上，查看是否会弹出对应的提示信息。系统的登录页面如下图所示。图6-2登录界面6.4测试结果结合上述过程完成了对初中数学习题个性化推荐系统的综合测试过程，检测了各个功能模块的实现效果，详细分析并记录了系统中的不足问题，结合这些问题进行了优化设计，改进了存在的不足，进一步完善了系统的功能。最终的结果显示，系统的功能均已经实现，同时在性能以及交互性上也能够达到预期的要求。系统可以有效地应用到考试管理中，有助于弥补传统教学模式的不足问题，提升学习的效率。

结论经过几个月的努力，完成了个性化推荐系统的设计以及实现等过程，整个过程中遇到了较多的问题，也感受到了作为程序员的不容易，需要在不断的学习和尝试中解决遇到的问题。在系统实现中利用了Mysql、java等技术，最终实现了整个软件的功能。但是也使我认识到只是实现功能是不够的，而且应该紧密结合用户的需求以及操作习惯设计界面，提高用户的使用体验，才能够获得更多用户的青睐。在本次设计的初期遇到了较多的困难，由于缺乏实际的开发经验，在数据库操作以及页面设计等方面都遇到了很多问题，其中在通过不同的浏览器打开时出现兼容性的问题，例如通过IE6.0中打开发现外边距增大，页面布局变形，导致显示效果受到影响。，针对该问题在界面中添加了display：inline属性，基于这种方式有效地解决了margin加倍问题。另外，在通过360浏览器测试的过程中发现在图像附近存在空隙，分析之后发现主要与回车有关，设置图片浮动之后有效地解决了该问题。总之，通过本次毕业设计提升了自己的设计能力以及动手能力