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在线考试系统的设计与实现摘要随着教育思想的更新和进步与计算机网络技术的飞速发展，教育信息化是必 然的一个趋势，作为评价教学质量的考试正经历着网络化和无纸化的飞跃，无纸 化考试系统因其客观、公正、安全、准确等特点越来越受到重视。如今，基于 Web技术的在线考试系统已成为Internet的重要应用之一，对这一应用的研究具 有重要的理论和现实意义。组卷算法是在线考试系统实现中的一个难点。本文在分析随机选取法和回溯 试探法的不足和缺点的基础上，设计并实现了一种混合求解算法。新算法将模拟 退火算法引入遗传算法中，不仅扩展了搜索空间，同时避免了遗传算法容易不成 熟收敛的缺陷。实验结果表明，新算法提高了组卷速度和成功率。本文针对高等职业院校在线考试系统的需求与特点，深入分析了基于校园网 的智能化在线考试系统的功能需求、数据需求和性能需求，进行了在线考试系统 总体设计、系统功能设计、安全体系设计、数据库设计与实现。整个系统基于校园网，采用基于先进、成熟的JavaEE软件架构，提高系统的 可靠性、稳定性和运行性能。通过对Struts+Spring+Hibernate这三种框架技术整 合的研究，提出用Struts构建系统的表示层、Spring构建业务层、Hibernate构建 持久层，形成一个统一的架构进行Web开发，最后完成了在线考试系统的实现。采用基于Struts/Spring/Hibernate的SSH框架来开发，提高了系统的开发效率，加 快了开发进度，降低了系统维护的复杂度。此外还给出了一些关键问题的解决方 案和系统安全性问题的实现方法。目前系统已应用到娄底职业技术学院实际考试 工作中，试运行稳定并取得了良好的使用效果。关键词：在线考试系统；智能组卷；混合求解算法；Java平台企业版；SSH框架工程硕士学位论文AbstractWith the innovation of educational thought and the rapid development of the computer network technology,informationization of education is an inevitable trend.The examination as a standard of education evaluation has also been experiencing paperless and network leap.And the paperless testing system is becoming increasingly valued due to its object,fairness,security and accuracy.The online examination system based on Web technology has been an important application of Internet,and there are important academic and realistic meanings to the research of this direction.The algorithm of generating test paper is a hard point during the implementation of the system.In the analysis of stochastic selection law and the recollection trial method group function insufficiency and in the shortcoming foundation,the paper proposes and realizes a new method of hybrid solution algorithm.In the simulated annealing algorithm introduction genetic algorithms,the new algorithm has improved the algorithm search space greatly,at the same time avoiding the genetic algorithms being easy to fall into the partial minimum flaw.Experimental results show that the new algorithm moved up the speed and success ratio for intelligent test paper.Considering the requirement and characteristics of the online examination system in higher vocational institute,the performance requirement,data requirement and function requirement of the online examination system based on campus network are analyzed.Then,the overall structure,the system functions,the secure architecture,the database of the online examination system are designed.Based on the campus network,the whole system uses the advanced and stable JavaEE software architecture.These technologies improve the system reliability,stability and performance.Based on the research of struts spring and hibernate,integration,a new method in web development is prcscnted.That is while using Struts developed presentation layer,using spring developed business logic layer,hibernate is used to configure endurance layer.At last,the thesis completes the implementation of on-line examination system.The system uses SSH framework which is based on struts spring and hibernate,it improves the developing efficiency and speed and reduces the complexity of system maintenance.Furthermore,some revolutions arc given to somes difficulties and system security.This online in在线考试系统的设计与实现examination system has been running well in Loudi Vocational&Tcchnical College,and the result is satisfactory.Key Words:Online examination system;Intelligent test paper;Hybrid solution Algorithm;JavaEE;SSH frameworkIV工程硕士学位论文插图索引图2.1混合求解算法流程图.11图2.2个体模拟退火过程.12图3.1 MVC动态协作关系图.17图 3.2 JSP Model I 体系结构.18图 3.3 JSP Model II 体系结构.18图3.4 SSH框架集成架构.21图3.5 Struts实现的MVC框架.22图3.6 Struts的工作流程.24图3.7 Hibernate对象间关系及执行流程.26图3.8 Hibernate在应用程序中的作用.27图3.9 Spring 框架的组成.28图3.10传统Web应用模型和Ajax应用模型.30图4.1在线考试系统的总体结构.35图4.2在线考试系统用例图.39图5.1用户登录界面.59图5.2管理员子系统界面.59图5.3教师子系统界面.60图5.4学生子系统界面.60VII在线考试系统的设计与实现附表索引表2.1算法实验结果.10表4.1本系统所涉及的数据表.41VIII工程硕上学位论文第1章绪论1.1 概述1.1.1 在线考试系统概述随着网络技术的飞速发展，信息与通讯技术正在对人类生活的各个方面产生 巨大的影响，促使整个社会向信息化社会转变。Internet这个全球性的计算机网络 系统将分布在世界各地的各种计算机系统及各种网络用户连接在一起，使人们通 过采用共同的网络协议在不同的网络操作系统间传递信息。教育信息化成为21 世纪教育改革和发展的主旋律。教育作为科教兴国的核心，必须走信息化建设的 道路，抓住机遇、加速发展，才能缩短与发达国家在教育信息技术上的差距，顺 应时代发展的要求囚。基于因特网的无纸化办公和教学管理是当今高等院校日常 管理工作中研究的重要课题，例如网上教务管理系统、网上练习系统和在线考试 系统等。其中在线考试系统是教学管理工作的重中之重，也是一项最难实现的工 作。在线考试系统是利用计算机和网络进行试题管理、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，更快捷、客观、安全地组织考试，把教师从繁重的组卷、评卷、成绩汇总分析等工作中解放出来，提高考试的可信度，对提高教学效果和 教学质量具有非常重要的现实意义。1.1.2 研究现状在线考试系统的软件开发是现阶段研究开发的一个热点。目前国内外有许多 网上考试，例如，国际上著名的“托福”和“GRE”考试，美国ETS组织的“高 级就业计算机科学考试”、“计算机文化考试”，日本的“信息技术人员考试”，印 度AP TECH的“计算机教育培训考试”等等。在国内，自1999年1月国务院 批准教育部制定面向21世纪教育振兴行动计划，正式提出“实施现代远程考 试工程”的发展目标以来，现代远程教育发展迅速，在线考试作为远程教育管理 的重要组成部分，因此也成了研究开发的热门课题。由“在线自测系统”、“网 络考试系统”、“形成性测评系统”三个子系统构成的“中央电大考试平台”是集 现代考试理论、方法和现代信息技术手段的智能化网上考试系统，为学生个性化 学习提供了科学、灵活的“个别化考试服务”，它是国内远程网络教育和考试的典 范；全国计算机等级考试等其他职业资格认证考试也基本实现网上在线考试；在 商业领域、企业、不同的教育和培训机构，在线考试也逐步得到应用和推广。但 在线考试系统的设计与实现由于不同领域的在线考试系统功能需求的多元化和多样性，导致在线考试系统在 功能结构、组卷算法、阅卷等方面一直没有形成统一、有效的解决方案。目前大多数在线考试系统采用的系统结构主要有C/S(Client/server)结构和 B/S(Browser/Server)结构。基于C/S结构的在线考试系统，基于局域网，试题 库放在远程服务器上，考试用机需要安装客户端考试服务程序，但由于其结构特 点只适用于一定区域内部，每次考试或软件的升级都比较繁琐，安装、配置、管 理和维护都比较困难，安全性方面也很难得到保障。基于B/S结构的考试系统，客户端通过Intemet/Intranet与服务器进行通信，不需要安装客户端程序，易于维 护和升级，它也是目前考试系统发展的大趋势。1.2 课题来源及其主要内容1.2.1 课题背景与来源近年来，随着我国高等职业教育的迅猛发展，目前高等职业教育已经占据了 高等教育的半壁江山。然而，作为我国高等教育发展史上的新生事物，由于其特 定的历史原因，绝大部分高等职业院校都是在原来的普通中专基础上发展起来的，高等职业院校在各方面与本科院校之间还存在一定的差距，在考试、考核和职 业技能认定方式等方面表现尤为突出。目前大多数高职院校仍采用传统的考试方式。在此方式下，组织一次考试要 经过人工命题、组织考生考试、人工阅卷、成绩汇总和试卷分析等步骤，随着考 试类型的不断增加和考试要求的不断提高，教师的工作量将越来越大,且其工作 将是一件十分纷繁、复杂并容易出错的事情。随着计算机应用的不断普及和网 络应用的不断扩大,绝大部分高等职业院校都接入了因特网，建成了自己的校园 网，但是.校园网资源实际使用效率极低。高等职业院校也逐渐认识到利用这些技 术来进行在线考试的重要作用和意义。借助在线考试系统可以减轻教师的工作量 并提高工作效率，同时提高考试质量，从而使考试更趋于科学、合理，更加激发 学生的学习兴趣。娄底职业技术学院(以下简称娄底职院)于2008年5月申报并成功入围湖南 省职业教育“十一五”省级重点建设项目(省级示范性高等职业学院).为了早日 建成省级示范性高等职业院校，娄底职院相继完成了数字化校园网的建设，教务 管理系统、无纸化在线办公OA系统等数字化校园应用平台的实施，以及心理健 康教育、毕业生就业信息服务等服务型教育体系的构建。本选题来源于该重点建设项目的子项目，即数字化校园应用平台开发的一部 分，主要内容是在共享教师、学生、管理员、课程、学期及其关系数据等信息基 础上，开发了一套基于校园网的智能化在线考试系统，实现考试无纸化、网络化。-2-工程硕士学位论文1.2.2 主要内容本文以“智能在线考试系统的设计与实现”为题，重点研究了在线考试系统 的组卷问题，提出了一种基于遗传算法和模拟退火算法的混合求解算法，并应用 到智能组卷中；研究了 Struts、Spring和Hibernate所组成的JavaEE框架技术原 理及Spring、Struts和Hibernate框架（SSH）在在线考试系统设计中的应用。主 要包括如下几个方面：1.分析了传统组卷算法优缺点，在遗传算法的遗传操作中嵌入模拟退火算 法，提出了基于遗传算法和模拟退火算法的智能组卷算法，并应用到在线考试系 统智能组卷中；讨论系统的安全问题，包括网络安全控制、数据库安全控制和数 据存储安全控制。2.介绍了体系结构与模式的概念并重点分析了 JavaEE多层体系结构和MVC 设计模式。3.研究实现在线考试系统需求的软件系统架构；分析了 JavaEE多层结构中 Stmts框架、Spring框架和数据持久层框架Hibernate的体系结构和工作原理。通 过结合三者的优点设计一个整合了 Struts、Spring和Hibernate的JavaEE架构向。4.根据高等职业院校的办学特点和需求，分析在线考试系统的性能需求、数 据需求、功能需求，对系统的各子模块进行功能设计。5.以课程管理模块的详细设计与实现为例描述了 SSH框架在在线考试系统 设计中的应用。6.实现了基于校园网的智能化线考试系统，并部署在校园网上，已应用到娄 底职院实际考试中。1.3研究的目的和意义由于该系统以高等职业院校为背景，突出高等职业教育的特点，这将为高等 职业院校的课程考试、考核，职业技能认定的科学化、高效化提供实用的平台。具有显著的经济效益和社会意义。1.该系统充分考虑高等职业院校考试、考核、资格认证管理要求，从题库管 理、试卷库管理等工作，提出具有高职特色的数字化管理模式，为高职院校实现 基于校园网络的先进的信息管理提供了可行的解决方案。该系统的推广应用将为 其他管理系统的开发提供参考，具有深刻的社会意义。2.由于该系统只是提供考试系统的基础平台，为各院校建设具有本校特色的 考试系统提供基础，各院校结合自己实际，可构建适合本校特色的考试管理平台，因而大大减轻了考试组考工作的工作量，提高了工作效率，且管理差错率大为降 低，服务质量明显提高。-3-在线考试系统的设计与实现3.该系统将突破传统考试的时间与地域上的限制，可以在校园网内外实现考 试，而不再受考试的时间和考试的地点限制，可以很灵活的安排考试时间和考试 环境；更加适应高职特色的“工学结合、校企合作”的人才培养模式的考试、考 核；为学生、企业、学校提供了“多赢”的平台。4.由于该系统大大提高考试信息的处理能力，使组卷、考试、阅卷、成绩汇 总等等实现了自动化、智能化处理，不但节省人力，也节省物力，实现了“无纸 化”考试，将提高学校考试工作效率、节约大量的资金，更加有利于环保。5.基于B/S模式的在线考试系统除了可以进行在线考试外，还可以进行考生 自学和练习，同时也可以提供师生之间互相交流的平台，比如公告的管理、聊天 室等，无疑将为教学互动提供许多帮助.目前，我国高职教育的发展方兴未艾，湖南目前已有高职院校60余所，全国 则达1000所以上，而高等职业院校的考试、考核、职业技能认定还是以传统“课 堂式”考试为参考模式。因而，智能化的在线考试系统具有较大的社会效益与经 济效益。该系统主要应用于高等职业院校的考试、考核，职业资格认证与相关领域的 考试，要求用户具备相关的网络硬件设备。由于我国高等职业院校正处于快速发 展时期，正不断的进行教学改革，考试改革任重道远，所以更加迫切需要具有高 职特色的智能化的在线考试系统，且许多院校已经具备校园网络的基础，因此，具有广阔的应用前景。1.4论文的组织结构论文共分为五章。第1章绪论。主要阐述在线考试系统的基本概念，说明课题来源及其主要研 究内容，讨论课题研究的目的和意义。第2章在线考试系统关键问题的研究。研究了智能组卷算法，提出了一种组 卷速度快、成功率高的基于遗传算法和模拟退火算法的混合求解算法。分析系统 关键技术与特点，特别是系统安全性设计方面。第3章JavaEE相关技术。介绍了在线考试系统采用的关键编程技术，如：SSH框架、Ajax等。第4章在线考试系统的需求分析与总体设计。给出系统各子模块的功能设 计、用例设计及数据库设计等。第5章在线考试系统的实现与应用分析。以课程管理模块的实现为例描述了 SSH框架在在线考试系统实现中的应用，应用混合求解算法实现了智能组卷，最 后分析了系统部署后的运行状态和使用效果。-4-工程硕士学位论文1.5小结本章简单介绍了在线考试系统，阐述了本课题来源、研究内容、目的及意义,说明了本文的组织结构。在线考试系统的设计与实现第2章在线考试系统关键问题的研究2.1 智能组卷算法研究组卷方法是在线考试系统的重要组成部分，自动组卷是由系统根据教师提出 的题型、题目数量、题目难度等要求自动从试题库中抽取题目，形成一份试卷。组卷的质量与效率完全取决于智能组卷算法的设计。以前所采用的算法大多是随 机选取法和回溯试探法,随机选取法组卷成功率低，花费时间长。回溯试探法 组卷成功率较高，但这种算法在实际应用中对内存占用量大，而且选取试题缺乏 随机性，组卷时间长。因此这两种算法都很难在相对较短的时间内组成一套符合 要求的试卷。近年来，生物遗传的方法不断的被应用到优化模型系统、数值优化问题当中 来，遗传算法是一种模拟生物进化过程的计算模型，它以其简单、鲁棒性强、全 局寻优以及不受搜索空间限制性条件约束等特点而应用到智能组卷中.但它明显 的缺点是未成熟收敛和局部寻优能力较差同。本文中提出了一种在遗传算法中溶 入模拟退火算法而构成的优化算法，具有较好的实用性。2.1.1 常见的组卷方法分析1.随机选取算法随机选取法就是根据组卷参数，由计算机从试题库存中随机抽取试题放入试 卷表中，此过程不断重复，到组卷完毕，或已无法从题库中抽取满足要求的试题 为止。该方法的特点是实现简单，对于题库不大的系统来说，速度快，成功率高。2.回溯试探算法回溯试探法就是将随机选取法产生的每一种状态类型记录下来，当搜索失败 时释放上次记录的状态类型，然后才依据一定的规律变换一种新的状态类型进行 试探（正是这种规律破坏了选取试题的随机性），通过不断地回溯试探直到试卷生 成完毕或退回到出发点为止，这种有条件的深度优先算法，对于状态类型和试题 题量都比较少的试题库管理系统而言，组卷成功率较好，但是在实际到一个应用 时发现这种算法占用相当大的空间，浪费资源，程序结构相对比较复杂，而且选 取试题缺乏随机性，组卷时间长，后两点是用户无法接受的，因此它也不是一种 很好的用来自动组卷的算法。3.遗传算法遗传算法是一种并行的、能够有效优化的算法，以Morgan的基因理论及 Eldridge与Gould间断平衡理论为依据，同时融合了Mayr的边缘物种形成理论和-6-工程硕士学位论文Bertalanffv一般系统理论的一些思想，模拟达尔文的自然界遗传学：继承（基因 遗传）、进化（基因突变）优胜劣汰（优的基因大量被遗传复制，劣的基因较少被 遗传复制）。其实质就是一种把自然界有机体的优胜劣汰的自然选择、适者生存的 进化机制与同一群体中个体与个体间的随机信息交换机制相结合的搜索算法。运 用遗传算法求解问题首先需将所要求解的问题表示成二进制编码，然后根据环境 进行基本的操作：selection,crossover,mutation 这样进行不断的所谓“生存 选择。最后收敛到一个最适应环境条件的个体上，得到问题的最优解。2.1.2 基于遗传算法和模拟退火算法的混合求解算法1.组卷问题的数学模型智能组卷一般是在已生成的试题库中根据教师和教学的要求自动生成满足特 定组卷规则的试卷。其中约束条件主要包括题型、试题分值、难度系数、教学要 求、估时等。这些约束条件就是决定一道试题的5个属性，要组一份n道试题的试 卷就是要从试题库中抽取n道试题，组成一个nX5的矩阵D。其定义如下：D=ay IWiWn,lWjW5矩阵D形如：a13a23a”a a 24 a a34 a.其中n表示试卷的总题量，D中的每一行代表一道试题的属性值。如果生成的 试卷符合要求，则试卷的D应该满足以下约束条件（由用户给出）：（1）题型分数：TS=（由用户给出），%为试题分值，当试题题型编号a“属于第x种题量时，Sx为1,否则为0。（2）试卷总分:难度系数：DC=秋生刈3/总分（由用户给出），为试卷难度系数。但根据实践经验，约束条件太多会增加组卷难度、降低效率。组卷问题的实 质是一个多重性约束条件下复杂的最优求解过程。2.混合求解算法在组卷中的应用（1）遗传算法遗传算法（GeneticAlgorithm，GA）是模拟自然界自然选择遗传机制进行搜索-7-在线考试系统的设计与实现寻优的方法，通过模拟生物在染色体层面的各种遗传优化作用而设计人工寻优方 法，遗传算法本质上是一个种群迭代过程，从一个随机的初始种群出发，依据优 胜劣汰原则，通过竞争、选择、繁衍、变异等遗传操作，产生性能更优的下一代种 群，直到满足环境约束条件为止。基于遗传算法的智能组卷主要包括编码、初始种群的产生、适应度函数的计 算、以及选择、复制、交叉、变异等基本操作。(2)模拟退火算法模拟退火算法(Simulated Annealing Algorithm,SAA)是一种适用于大型组合 优化问题的技术，算法的核心在于模拟热力学中金属溶液的冷却与退火过程。其 主要思想是根据Metropolis接受准则，将液体粒子的内能模拟为目标函数值f,温 度演化为参数3由初始解m和控制参数初值t开始，对当前解重复进行迭代，并逐 渐衰减t的值，算法结束时就得到近似最优解。退火过程由冷却进度表控制，包括 控制参数初值0、控制参数t减少的因子、每个t值时的迭代次数(用一个Markov 链的长度表示)n、终止算法的规则。(3)混合求解算法遗传算法是采用一种随机策略进行选择、交叉与变异操作，搜索后期效率低 并极易出现未成熟收敛的情况可能会导致染色体的畸变1叫，从而导致产生的新个 体性能更差，因此，造成了变异过程中的随机选择操作产生无效试卷或适应度更 差的个体，增加了无效试卷所导致的系统开销。虽然模拟退火算法能以随机搜索 技术从概率的意义上找出目标函数的全局最小点U”并保证了算法的收敛。但由 于模拟退火算法对整个搜索空间的状况了解不多，不便于使搜索过程进入最优希 望的最佳搜索区域，所以使得模拟退火算法的运算效率不高。不过遗传算法把握 搜索过程的总体能力强【皿，在种群迭代过程中发挥模拟退火算法较强的局部寻优 能力，就构成了一种提高遗传算法运行效率和求解质量的混合求解算法。(4)混合求解算法的具体实现在混合求解算法中坚持尽量采用遗传算法的原有编码、利用遗传算法全局搜 索功能、设计新的编码方式改进遗传算子。这样就可以保证最终所求的解的质量 不会低于原有遗传算法所求到解的质量，并在遗传算子中溶入与问题相关的启发 式知识，提高其运行速度，最终方便的实现混合求解算法。实现混合求解算法主 要从两点入手，一是引入局部搜索过程，求得各个个体的局部最优解，改善种群 的总体性能。二是增加编码变换操作过程，在编码过程中将局部搜索过程所得到 的局部最优解变换成新的个体，再用这一代性能更优的新的个体组成种群进行下 一代的遗传进化。混合求解算法的主要步骤描述如下：a.染色体编码方法编码是应用遗传算法时最初要解决的问题，影响到遗传算子的运算方法”叫 8-工程硕上学位论文假设题库中总共有m道题，用X】，X2,，Xm表示，则组卷问题就转化为在X1，X2,，Xm中选出n道试题满足约束条件的问题，因此，实际组卷问题所对应的 编码方式为每一道试题对应一个独立的二进制编码位，若该位为1,表示在本次的 抽选过程中该道试题被选取；为0表示没有选中。染色体的编码长度由试题库中的 试题数量所确定，m道试题对应的编码长度固定为m位.b.初始种群、初始温度和退火速率的设置初始种群通过随机产生，在种群规模的选择过程中，规模大小的设置是影响 算法性能的一个重要因素。种群规模n值大时进化慢，但易搜索到全局最优解，而 n值小时进化快，却不易搜到最优解，根据经验一般取200左右3初始温度和退 火速率决定了退火操作内循环的执行次数。c.个体计算个体适应度函数适应度函数的选择是影响智能组卷算法性能好坏的关键，常用的适应度函数 采用对各种约束条件进行重要性的衡量，以求取综合指标的重要性达到最大或综 合指标误差达到最小。常用的适应度函数定义为：f(x)=2“d(2.2)其中i对应n项指标中的第i项，Wi为对应第i项指标对组卷的重要程度的权重，5为对应第i项指标对组卷目标的误差的绝对值。d.选择使用选择算子对种群中的个体进行优胜劣汰操作，适应度较高的个体被遗传 到下一代的概率较大。选择操作建立在个体适应度评价基础上，其主要目的是为 了保证搜索到的最佳个体不会被各种遗传操作破坏，并保留上一代种群的优良特 性，该操作把上一代种群全部复制并保留到匹配目标中，这是一种允许上一代参 与竞争的复制方式，有利于保持题型的多样性，可避免“早熟现象”。在选择操作 中，采用轮盘方式复制对象。轮盘算法可以简单地描述如下：i.依次累计种群内各个体的适应度，得到相应的累计值S,最后一个累计值 为Sn；ii.在0,SJ区间内产生均匀分布的随机数R；iii.依次用&与R进行比较，第一个出现$大于或等于R的个体i被选为复制对 象；iv.重复直至满足所需要的个体数目。c.交叉交配重组是生物遗传和进化过程中的一个主要环节。遗传算法中的交叉算子 就是模仿这个环节。通过在种群中随机挑选两个染色体，并随机在染色体中央某 一点进行点交换从而得到下一代的新个体，完成交叉的工作。在考虑到组卷最终-9-在线考试系统的设计与实现必须满足题型、题量的要求，在许多实际应用中，按照题型的变化采用分段进行 操作，每种题型对应染色体中的一个独立分段，在段间进行交叉。变异变异运算是将个体染色体编码串中的某些基因座上的基因值用该基因座的其 他等位基因来替换，从而形成一个新的个体。在一个题型段内对应的某个染色体 的二进制串中的某一位按照一定的变异概率发生反转。即一位由原来的1变为0,另一位由原来的0变为1.由于变异操作会导致题型题量的变化，因此在分段中采 用段内进行变异，在变异的过程中，若将某位变异为0,则相应地在该段内选择一 个变异为L以保持段内为1的数量恒定，即保证约束条件满足题型、题量的要求。g.对各个个体模拟退火产生新的种群在第一阶段通过选择、交叉、变异等遗传算子对上一代种群进行遗传操作后，在第二阶段再进行个体模拟退火操作进行最优搜索，为下一代遗传进化产生新的 种群。个体模拟退火算法的步骤为：i.随机选取初始解mo；n)i=m0；S=7”(初始温度):ii.若在该温度达到内循环停止条件，则转到步骤iii;否则，从邻域N(m。中随 机选一新解叫，计算fij=f(nij)-f(mi)；若户0或exp(一句/tx)random(0,l),则mi=mj,重复步骤ii；iii.tx+i=d(tx)；x=x+l;若满足终止条件，终止计算；否则，回到步骤ii上述步骤包含内、外循环两个。内循环是步骤ii,它表示在同一个温度tx时，在一些状态随机搜索。外循环主要包括步骤出的温度下降变化tx+i=d(tx),迭代次 数的增加卜=1+1和终止条件。综合 上述算法方案，在混合求解算法实施过程中的流程图如图2.1所示，其中 个体模拟退火过程如图2.2所示.3.实验分析在实验中，分别用传统的遗传算法和本文提出的混合求解算法进行组卷，在 试题库中存入500道题，其中选择题、填空题、判断题、简单题各占25%。分别被 赋予了各项特征值，算法中参数分别为：交叉概率=0.6,变异概率=0.1,最大遗 传代数=400,种群规模=200,终止温度=0.06,退温速率0.8,试卷总分=100,估 计用时=120。实验100次后，得到结果见表2.1。表2.1算法实验结果从表2.1中数据结果可以看出，混合求解算法不但成功率高，组卷时间比遗传 算法也明显缩短，在一定程度上提高了组卷效率和成功率。实验遗传算法混合求解算法实验次数100100成功组卷次数69100平均组卷时间46秒37秒-10-工程硕七学位论文图2.1混合求解算法流程图-11-在线考试系统的设计与实现图2.2个体模拟退火过程2.2 系统安全体系设计任何一个系统的实现，都需要有安全策略。不仅要抵制来自外部网络的黑客 攻击，还要防止来自内部的恶意攻击，同时还要对系统资源实施严格的访问控制,保证数据的安全，防止数据的篡改等，此外还应能抵御某种破坏性的攻击等。因 此要保证系统的安全，就要运用各种安全技术和安全措施，并使之相互配合、相 互支撑，形成一个完整的、系统的安全体系。本系统中采用的安全设计主要包括访问权限控制、网络安全控制和数据库安 全控制三部分。工程硕上学位论文2.2.1 访问权限控制使用在线考试系统时，所有用户登录时都要通过访问权限的检验.本系统使 用Servlet过滤器来实现访问权限的控制。当不同用户向Web服务器发出请求时,过滤器先访问请求，然后判断该用户是否具备请求访问的权限。再根据结果决定 该请求是否允许得到响应还是将请求重定向到某个提示“拒绝访问”的页面。Java中过滤器必须实现javax.servlet.Filtcr接口以导入Filter接口中的所有方 法。使用过滤器之前，需要在web.xml文件中定义过滤器及其映射.主要代码有:(filter)(filter-name)MyFilter(/filter-name)定义过漉器名称(filter-class)ClassName(/filter-class)(/filter)(filter-mapping)(filter-name)MyFilter(/filter-name)(url-pattern)ServletName(/url-pattcm)指定要过滤的 Web 资源(/filter-mapping)然后建立过滤器类。下面以判断用户IP地址是否为校园网内用户为例编写过 滤器类。public class Logger extends HttpServIet implements Filter.初始化操作public void doFilter(ServletRequcst req,ServktRcsponse res,FilterChain fch)String remoteAddress=req.getRemoteAddr();获取客户端IP地址 StringTokenizer fenxi=new StringTokenizer(s,构建以作为分隔符的字符串分析器 int i=0;boolean b=true;while(fenxi.hasMoreTokens()String str=fenxi.nextToken()；.判断客户端IP地址的范围)public void destroy()-13-在线考试系统的设计与实现2.2.2 网络安全控制在线考试系统采用三层体系结构，各层之间分布在网络的不同部分，通过防 火墙进行有效访问控制和隔离。Web服务器放置在外网，用户的访问首先必须通 过外网层的防火墙进行有效过渡，应用服务器和Web服务器通过内层防火墙进行 有效隔离。通过给防火墙进行合理的配置，使得远程用户的请求都必须经过外层 防火墙才能访问到Web服务器，经由Web服务器再访问应用服务器来完成。局 域网内部的用户可以直接访问Web服务器，但是不能直接访问应用服务器。内层 防火墙除了增加外部攻击的难度之外，还可以起到保护应用程序服务器和数据库 服务器的作用，通过合理的配置，使得应用服务器只接受Web服务器的请求，数 据库服务器只接受来自应用服务器的请求，避免内部或者外部的攻击者绕过Web 服务器直接攻击应用服务器或者数据库。2.2.3 数据库的安全管理数据库的安全性是指保护数据库以防止非法操作所造成的数据泄露、更改或 破坏。软件系统通常都存在这个问题，在数据库系统中大量数据集中存放，为许 多用户共享，使安全问题更为突出。在不同用户角色进入系统时要求使用用户名和密码。在系统中用户可以对自 己的用户名和密码进行修改，但必须提供以前的用户名和密码作为前提条件。一 般性质的查询、访问数据库，就使用只读的形式。同时在数据库的非物理保护方 面，其中包括数据库管理员对数据库权限的设置及数据库遇到安全问题等都采取 了严格数据权限置的措施。1.数据库用户口令管理口令安全控制其实就是一个管理问题，口令可以被破解主要包括人为泄漏和 软件破解。对于人为泄漏可通过管理手段解决，建立多级管理机制，逐级控制操作数据 库的权限。对于软件破解可以通过审计外来连接请求、经常变更口令等手段解决。外来 连接请求的审计主要通过两种方式实现：(1)数据库审计功能：可以审计外部访问的时间、计算机名称、计算机用户名 称、成功失败、数据库用户名称等信息。(2)数据库日志分析：主要记录外部访问的IP地址、计算机名称、成功失败、访问时间等信息。2.数据存储安全控制为了保证存储的安全性和可靠性，采用完全容错系统，使用冗余磁盘控制器 和电源以及容错磁盘功能模块。为了防止本地电源故障，还对服务器使用在线不-14-工程硕I:学位论文间断电源(Uninterruptible P ower Supply,UP S)保护。2.3 小结本章就智能组卷和系统的安全体系等一些关键问题进行了研究与设计。分析 了传统组卷算法的优缺点；提出了一种组卷成功率高、速度较快基于遗传算法和 模拟退火算法的混合求解算法；分析了系统安全体系的构建，并设计了包括访问 权限控制、网络安全控制和数据库安全控制等措施保证系统的安全性.-15-在线考试系统的设计与实现第3章JavaEE相关技术分析3.1 JavaEE 简介当今，Web服务器已成为Interne