蚁群优化算法在职业技能鉴定题库管理系统中的应用

彭英慧　彭友　于志腾

摘要：该项目针对职业技能鉴定考核中不同专业、不同工种及不同等级，开发职业技能鉴定题库综合管理系统。利用蚁群优化算法智能组合技能鉴定试卷，解决了组题过程中多目标问题；从而确定出不同专业、不同工种、不同等级的难度系数符合正态分布的职业技能鉴定考核试题，满足不同群体的职业技能鉴定考核需求。

关键词：职业技能鉴定 自动组题 多目标优化问题

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0000-00

1引言

当前，教育系统广泛使用智能组卷系统，大大减轻了各类用户的工作量，解决了许多实际问题，而组卷速度快、效率高、试题涵盖的知识面广、试卷题型多样、难度系数适中、注重考查学生的实践技能一直是教育工作者追求的目标。在职业技能鉴定题库管理系统中组卷时间长、速度慢仍是普遍存在的问题，还不能满足职业技能鉴定考核中的需求。所以提出一种基于蚁群优化算法的职业技能鉴定题库自动组卷策略。

2智能组卷理论基础

任何系统都有一定的指标体系，职业技能鉴定题库也不列外，每个指标都是为自动组卷、题库系统管理服务的，优化了这些指标也就促使该系统得到优化。智能组卷指标体系：

（1）试卷题型：试卷题型因用户需求不同而不同，通常设为5种题型：填空题、选择题、判断题、多选题、综合应用题。

（2）试题所属章节：课程的章节与题库中试题之间存在对应关系。

（3）考核知识点：教学大纲中要求的必须重点掌握的知识点。

（4）试题难度系数：考试对象不同，试题的难度也不一样，按照难度系数要求组卷得到符合要求的试卷。难度系数计算公式为Pi=1-Ri/n，其中，Ri为该题得分平均值，pi为试题i的难度系数，n为该题满分值。

由于被测对象的不同、不同工种的变化等因素对难度系数影响较大，所以不同工种考

核时更要科学地确定难度系数，不仅参考给出的算式，还要结合命题人员多年的教学经验进行调整，将难度系数模糊为如下表所列的5个等级。一般情况下试卷难度控制在0.5左右，少数控制在0.3-0.7之间，试卷分数分布基本上才呈现正态分布，考试成绩才有参考价值[1]。作为职业技能鉴定考试，学生通过与否涉及到学生的毕业证书和学位证书，所以难度控制很关键。

3.1蚁群优化算法思路及具体实现

在基于蚁群算法的职业技能鉴定题库智能组卷算法中，蚁群中的每只蚂蚁在试题库中从一个节点移动到另外一个节点，不断的寻找路径，当所有蚂蚁都能够找到一条路径时就相应地形成了一套试卷。我们可以把智能组卷过程用一个有向图来表示，假设试题库中有N道题，则该问题可以看成一个有N个节点和N*（N-1）边的完全有向图，记作G（V，E），其中V表示试题库中的试题节点（试题库中试题的数量），E表示连接节点的边[2]。

3.2蚂蚁的路径选择

在当前时刻，随机生成M个试题节点并放置M只蚂蚁，每只蚂蚁根据给出路径的启发因子及信息素量会自主的选择一个有向线段从一个试题节点向下一试题节点移动。按上述过程不断的重复，直到约束条件满足为止，在t时刻蚂蚁k（k=1，2，…m），从节点i（i=1，2，…，L）经路径a[i，j]到节点i+1的转移概率Pkij（t）为：

Pkij（t）= （2）

JK（i）表示位于节点i的蚂蚁k当前能选择的有向线段组合，ηij表示蚂蚁选择有向线段a[i，j]的期望程度；α和β表示k在选择路径时，有向线段上信息素量和启发式因子的重要程度。

3.3信息素更新

经过不断的迭代，当M只蚂蚁都找到一条路径，表明找到了M个可行解。此时产生的最优解是M个可行解中的最优值，如果此最优解比目前最优解更好，则进行最优解的更新，最优解更新了，信息素也要做相应的修改，随后，蚂蚁K要按照公式（3）更新其路径上的信息素：Тij（t+1）=（1-ρ）тij（t） +（3）

表示本次循环中有向线段a[i，j]上信息素的增量，也即第k只蚂蚁在a[I，j]上留下的信息素量。

3.4二次组卷功能的实现

为了保证在线考试的公平性，本文还采用二次组卷分发机制，即将原始试卷中的试题按题型随机打乱进行二次重组后分发给考生。这样使得考生考试内容虽相同但试卷顺序不同。

对于一份由n道试题组成的试卷，将试卷按题型顺序打乱。

对原始试卷在保证试题结构合理的情况下对试题顺序打乱进行二次组卷分发在考试中作用非常重要，即保证了同一时间参加考试的考生是同一试卷，又保证了试卷的题型、做题顺序结构合理，更重要的是整个考场内相邻考生的试卷顺序大相径庭，从而避免抄袭现象，进而体现了考试的公平性和公正性。

3.5操作题题中公式和图表的处理

在职业技能鉴定试题中尤其是机械类和汽车工种的操作题中有大量的图表，为了让用户最快速的浏览到公式和图标图表的内容，因此在系统设计过程中将图表、公式等尽量转化成JPEG或GIF格式的图片文件上传到题库中，对于这种类型的试题，设计数据库时添加图片字段，题目和图片对应，在题目选好后即能对应相应的图片，用户在浏览时能看到缩略图，点击就能看到原图。

4系统实现

在Microsoft visual studio 2010环境下采用winform方式，依托SQL Server 2008后台数据库管理系统，实现了不同工种的职业技能鉴定考核题库管理系统。对机械车工、机械钳工、汽车装配工、汽车维修工等多种工种生成职业技能鉴定试卷并编辑审核。其中试题库中有填空题、单选题、多选题、判断题和综合应用题每种题型各100道，经过具体的模拟实验，发现改进的蚁群算法能够自动生成难易适中，涵盖知识面较广、学生考试成绩比较理想的试卷。

参考文献

[1] 刘燕茹，李丽娜等.蚁群算法在计算机自动组卷中的应用研究[J].研究与开发，2014.

[3] 韩英慧.改进的遗传算法在智能组卷系统中的应用[J].长春教育学院学报，2015.