關(guān)鍵詞：蟻群算法；優(yōu)化組合；計(jì)算機(jī)考試；考試組卷

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）03-0064-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識碼（OSID） ：

0 引言

傳統(tǒng)的考試組卷方式，如隨機(jī)組卷或人工組卷，往往難以保證試卷的難度、知識點(diǎn)的覆蓋面和均衡性，這在一定程度上影響了考試的公正性和有效性。隨著教育信息化的發(fā)展，對考試系統(tǒng)的智能化、自動化水平提出了更高要求，需要更加科學(xué)、高效的組卷方法來滿足這一需求[1]。

蟻群算法作為一種模擬自然界螞蟻覓食行為的優(yōu)化算法，在解決組合優(yōu)化問題上展現(xiàn)出優(yōu)良的性能。該算法通過模擬螞蟻的信息素釋放和感知機(jī)制，以及正反饋效應(yīng)，能夠在復(fù)雜的解空間中找到最優(yōu)解，非常適用于解決考試組卷這一典型的組合優(yōu)化問題[2]。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 蟻群算法

蟻群算法屬于群體智能算法的一種，通過模擬螞蟻群體的覓食行為來解決優(yōu)化問題。在現(xiàn)實(shí)生活中，螞蟻能夠在復(fù)雜的環(huán)境中找到從蟻巢到食物源的最短路徑，這主要?dú)w功于它們釋放和感知信息素的能力。蟻群算法將這種生物行為轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，用于解決各種優(yōu)化問題[3]。

在蟻群算法中，螞蟻的行走路徑代表優(yōu)化問題的可能解，整個(gè)螞蟻群體的所有路徑構(gòu)成優(yōu)化問題的解空間。通過模擬螞蟻的覓食行為和信息素更新機(jī)制，算法能夠在解空間中找到最優(yōu)解。隨著時(shí)間的推移和螞蟻的多次往返，較優(yōu)路徑上的信息素濃度會逐漸增加。信息素的累積和更新是算法迭代的關(guān)鍵過程，它引導(dǎo)螞蟻群體逐漸收斂到最優(yōu)解。算法的終止條件通常是滿足一定的迭代次數(shù)、找到滿足精度要求的最優(yōu)解或達(dá)到預(yù)設(shè)的計(jì)算時(shí)間后終止[4]。

蟻群算法的優(yōu)點(diǎn)具有分布式計(jì)算、自組織性和魯棒性等特點(diǎn)，能夠處理復(fù)雜的優(yōu)化問題；但也可能面臨收斂速度慢、易陷入局部最優(yōu)等問題，需要通過參數(shù)調(diào)整和策略優(yōu)化來改進(jìn)算法性能[5]。蟻群算法作為一種模擬自然界螞蟻覓食行為的優(yōu)化算法，通過模擬螞蟻的信息素釋放和感知機(jī)制以及正反饋效應(yīng)，在解空間中找到最優(yōu)解，在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如旅行商問題、車輛路徑問題等。

1.2 Java Web框架

對于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)，常常采用Java Web技術(shù)，這些技術(shù)采用的框架開源免費(fèi)，能夠?qū)I(yè)務(wù)進(jìn)行快速開發(fā)。綜合對比分析之后，此系統(tǒng)采用SSM框架[6]。這種框架是標(biāo)準(zhǔn)的MVC開發(fā)模式，其中MyBatis 框架負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)信息的持久化與創(chuàng)建操作，SpringMVC與Spring框架負(fù)責(zé)對整個(gè)業(yè)務(wù)框架的組合與處理，以此完成相關(guān)業(yè)務(wù)的操作。

目前對于信息平臺的實(shí)現(xiàn)，已有的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)方式較多。根據(jù)業(yè)務(wù)處理的需要，技術(shù)人員可以采用PHP技術(shù)、ASP.NET技術(shù)、Java技術(shù)等進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，對于Java技術(shù)而言，其包括的開源框架也較多。綜合考慮圖書館管理系統(tǒng)的開發(fā)業(yè)務(wù)與工作，本系統(tǒng)選用SSM的開源框架組合進(jìn)行開發(fā)。這框架主要包括Spring 框架、MyBatis 框架與Spring MVC框架[7]，以此能夠完成圖書館管理系統(tǒng)前后端的設(shè)計(jì)操作過程，對各類計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲與管理。結(jié)合業(yè)務(wù)處理的需要，用戶能夠在前端進(jìn)行相應(yīng)的操作。

2 系統(tǒng)需求分析

2.1 業(yè)務(wù)流程分析

教師用戶可以通過對系統(tǒng)的操作實(shí)現(xiàn)題庫管理、試卷管理、組卷管理與系統(tǒng)管理等功能模塊的操作，整個(gè)業(yè)務(wù)處理過程流程如圖1所示。

從圖1可以看出，計(jì)算機(jī)組卷的主要流程：第一步，進(jìn)行題庫日常的管理，教師用戶能夠?qū)Σ煌愋偷念}目進(jìn)行增加、刪除與維護(hù)操作；第二步，重點(diǎn)進(jìn)行組卷操作，用戶能夠查看組成的試卷。

2.2 功能需求分析

在計(jì)算機(jī)考試組卷系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)處理的業(yè)務(wù)流程是進(jìn)行題庫、試卷與組卷業(yè)務(wù)的管理，具體用例圖如圖2所示。

對于整個(gè)計(jì)算機(jī)組卷系統(tǒng)而言，其核心的管理內(nèi)容包括題庫管理、組卷管理、試卷管理、系統(tǒng)管理，其中組卷管理主要采用蟻群算法來實(shí)現(xiàn)。

需求階段是對題庫管理的流程、功能與過程進(jìn)行詳細(xì)闡述，以便編碼人員根據(jù)這些確定的用戶流程來完成整個(gè)題庫管理功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)操作。整個(gè)題庫管理的重點(diǎn)用例描述如表1所示。

針對整個(gè)題庫管理的用例描述中，明確給出了詳細(xì)的處理過程。在登錄系統(tǒng)處理信息之前，需要對系統(tǒng)驗(yàn)證的信息進(jìn)行正確錄入，之后按照要求完成整個(gè)數(shù)據(jù)處理更新的過程，并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲與日常管理。

2.3 系統(tǒng)非功能需求

在整個(gè)計(jì)算機(jī)考試組卷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，除了重點(diǎn)考慮系統(tǒng)功能需求外，還需要對整個(gè)系統(tǒng)的非功能需求進(jìn)行確定，以此為用戶提供良好的體驗(yàn)。其中，非功能需求中重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)的性能指標(biāo)與安全性指標(biāo)方面的內(nèi)容。針對系統(tǒng)的性能分析，核心的衡量指標(biāo)在于并發(fā)性、響應(yīng)時(shí)間等內(nèi)容，具體如下：

1） 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間：在整個(gè)計(jì)算機(jī)考試組卷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，性能指標(biāo)是重要的內(nèi)容。核心在于各個(gè)模塊對于業(yè)務(wù)的處理時(shí)間應(yīng)滿足用戶的操作需求。整個(gè)業(yè)務(wù)模塊的平均處理時(shí)間應(yīng)在3秒以內(nèi)；系統(tǒng)內(nèi)部的模型處理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)間最長不應(yīng)超過5秒，以為用戶提供良好的使用體驗(yàn)。

2） 系統(tǒng)并發(fā)性：對于整個(gè)系統(tǒng)而言，需要重點(diǎn)考慮較多人數(shù)訪問時(shí)的穩(wěn)定性。這需要專業(yè)化的工具模擬多用戶訪問，記錄整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與相關(guān)性能。整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)滿足并發(fā)訪問千人時(shí)，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地對用戶的訪問進(jìn)行響應(yīng)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

對整個(gè)計(jì)算機(jī)考試組卷系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)選型分析后確定，題庫管理、試卷管理、組卷管理、系統(tǒng)管理等主要功能采用Java Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以滿足整個(gè)系統(tǒng)功能日常的操作需要。通過便捷化、友好化的設(shè)計(jì)體驗(yàn)，有效提升用戶使用便利性。整個(gè)系統(tǒng)的核心在于采用蟻群算法進(jìn)行組卷。整個(gè)系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)架構(gòu)分為三層，這三層從上到下依次為用戶層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)層。詳細(xì)內(nèi)容如下所述。

結(jié)合圖3的具體內(nèi)容能夠看出，每一層的主要工作內(nèi)容如下：

1） 用戶層。此層主要與不同類型的用戶角色進(jìn)行交互，因此系統(tǒng)的便利性、友好性成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。在整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)審批處理中，功能的快速流轉(zhuǎn)處理旨在滿足用戶的操作體驗(yàn)。系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行組卷操作，以便用戶更好地進(jìn)行操作。

2） 業(yè)務(wù)邏輯層。整個(gè)系統(tǒng)處理的邏輯核心在于此層。題庫管理、試卷管理等業(yè)務(wù)功能結(jié)合用戶的操作菜單來完成管理，處理結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫之中。整個(gè)業(yè)務(wù)邏輯層處理的核心在于利用蟻群算法進(jìn)行組卷，快速實(shí)現(xiàn)各類試卷的組合。

3） 數(shù)據(jù)層。整個(gè)業(yè)務(wù)模塊處理的核心數(shù)據(jù)信息存儲在此層。題庫管理、試卷管理、組卷管理與系統(tǒng)管理等主要的數(shù)據(jù)信息存儲在系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫之中。每一次用戶操作之后，存儲的數(shù)據(jù)信息會進(jìn)行更新，之后這些更新的數(shù)據(jù)會顯示在系統(tǒng)前端頁面之中。

4 結(jié)束語

整個(gè)計(jì)算機(jī)考試組卷系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)主要采用Java Web框架與蟻群算法。這些平臺架構(gòu)采用開源的方式進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫具備良好的安全性，能夠?qū)Ω黝惪荚囅嚓P(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與管理，滿足日常人們對考試業(yè)務(wù)處理的需求。蟻群算法具有分布式計(jì)算、信息正反饋和啟發(fā)式搜索的特點(diǎn)，非常適合解決組卷這一復(fù)雜的組合優(yōu)化問題。通過模擬螞蟻的信息素機(jī)制，蟻群算法能夠在眾多可能的試卷組合中找到最優(yōu)解，滿足預(yù)設(shè)的難度、知識點(diǎn)覆蓋等要求。