题库与试卷生成系统

题库与试卷生成系统的设计与开发
摘要：教学效果评价是教学工作的一个重要环节，通常的教学评价方式多为通过试卷进行考试，因而试卷的质量将直接影响到教学评价的结果。

一般情况下，教师出试卷时要么到庞大的题库里一道一道的把题目挑选出来，或是从几本相关的书里把题挑选出来组成一份试卷，这样既费时又费力，而且很难保证试题的覆盖面和把握试卷的难度。

为了将老师从繁重的命题工作中解放出来，为了提高命题的质量和管理的现代化、科学化、规范化，本文开发一个试卷生成系统。

本文在充分的需求分析基础上，设计和实现了一个试卷生成系统，主要完成了手动生成试卷、自动生成试卷、抽取现有试卷和用户管理等功能。

通过测试，系统在Windows 2000／XP/Vista平台下能稳定运行，且基本达到了预期的设计目标，有一定的实用价值。

关键词：试题库；试卷生成；Visual C#；算法
Test Labrary and Paper Generation System Design and
Development
Abstract ：Value of teaching is an important tathe for teaching,usually a value of teaching is from a exam ,so a quality paper straight touches the value of teaching. The general situation ,teacher thinks out a paper，reach huge exam pool each finds out the question, or shoulder the question together out from several relevant books. Time-consuming and also strenuous like this, and very difficult to guarantee coverage rate and paper degree of difficulty of examination question.Helping the teacher disengages from the burdensome proposition about exam, In order to improve the quality and management proposition of the modern, scientific, standardized, the paper developed a test generation system.
Paper Generation System is designed and implemented based on the sufficient needs analysis in this paper,It mainly implements some functions include in manually and automatically generating papers,extrating some of existing papers,maintaining user information and so on ,the system can operate stably in Windows2000/XP/Vista platform ,reach the expected goal and have some practical value.
Keywords: test library;paper generation;visual C#；algorithmic
目录
1 绪论 (1)
1.1开发背景与研究现状 (1)
1.2论文组织 (1)
2 开发工具简介 (2)
2.1V ISUAL C# (2)
2.1.1 数据库连接方式 (2)
2.2SQL S ERVER2005 (4)
2.3SQL语言 (4)
3 需求与可行性分析 (6)
3.1用户需求 (6)
3.2功能需求 (6)
3.3业务流程图 (7)
3.4性能需求 (7)
3.4.1 加载数据效率要求 (7)
3.4.2 界面风格要求 (7)
3.5可行性分析 (8)
3.5.1 管理可行性 (8)
3.5.2 经济可行性 (8)
3.5.3 技术可行性 (8)
3.6数据流程分析 (8)
3.6.1数据流程图 (9)
3.6.2数据字典 (9)
3.7开发环境 (15)
3.7.1 软件环境 (15)
3.7.2 硬件环境 (15)
4 系统设计 (16)
4.1系统功能模块图 (16)
4.2数据库设计 (18)
4.2.1实体E-R图 (18)
4.2.2 数据库的存储结构 (19)
4.3组卷算法 (21)
4.3.1 现有算法分析 (21)
4.3.2 回溯试探法的应用 (21)
4.4自动生成设计 (22)
4.5手动生成设计 (23)
5 系统实现 (25)
5.1登录模块设计 (25)
5.2系统主界面设计 (25)
5.3用户管理模块设计 (26)
5.4题库和题型设置模块 (26)
5.5试卷生成模块 (28)
结论 (31)
参考文献 (32)
致谢 (33)
1 绪论
1.1 开发背景与研究现状
在以往的教学中，老师出试卷大多由手工出卷，这样生成的试卷往往会有知识点分布太集中、难易程度不当、分值分布不均等一些缺点；这样，既增加了老师的负担，也没有达到很好考查学生学习的真实水平，造成教学上的失误。

基于以上的原因，有很多从事软件开发的人员，在试卷自动生成方面做了很大的研究。

目前这一领域也以良好的发展姿态而不断进步，早期已经有了一些类似的系统，但经过软件开发人不断的完善，大致形成了具备如下功能的系统：
添加删除试题、试题交流、合并题库、自定义试题参数等一些功能，其中试题共享功能非常实用，主要用于同事间交流试题。

系统“体积”非常小，压缩后只有几百KB。

平时只要将一些试题或从网络下载的试题，按“科目”、“章节”、“题型”、“难易程度”四个参数进行归类,录入题库，需要用时，只要输入一些查询条件即可查出所要找的试题。

生成试卷非常方便，只需几分钟就可以生成一份试卷，生成的试卷还配有答案，更重要的是软件能与WROD、WPS等的完美结合，试题、答案的编辑、试卷的排版打印全部由WORD来完成，试卷和答案都可保存为*.DOC格式或者*.RTF 的富文本格式，如果你的电脑上没有word这类文字处理软件还可保存为*.TXT格式。

可见，试卷自动生成系统这方面的研究日益成熟，这不但减轻了教师的工作负担，也使得教学评价更加科学化、规范化，有利用教育事业的发展。

1.2 论文组织
论文全面详细地介绍了试卷生成系统的设计思想、实现原理和使用技巧。

论文按如下方式组织。

第一部分是主要是对系统的开发背景和研究现状进行详细的介绍。

第二部分主要是对开发工具的介绍。

第三部分是主要是对本系统做详细的需求和可行性分析。

第四、五、六部分是本文的主要内容，是软件的开发设计。

第四部分主要对于系统组卷的设计，重点介绍了自动生成试卷，手动生成试卷和抽取现有试卷三种组卷算法。

而第五部分是系统的实现部分，具体的分析了三种组卷算法的实现过程。

同时也仔细说明了系统实现过程中的关键技术。

第六部分是系统的测试部分，利用测试实例来说明系统的可用性和数据的准确性。

2 开发工具简介
2.1 Visual C#
C#（读做"C sharp"，中文译音暂时没有。

专业人士一般读"C sharp"，现在很多非专业一般读"C井"。

C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NET Framework 之上的高级程序设计语言。

#是一种安全的、稳定的、简单的，由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言。

它在继承C和C++强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性（例如没有宏和模版，不允许多重继承）。

C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言。

并且C#成为ECMA与ISO标准规范。

C#看似基于C++写成，但又融入其它语言如Delphi、Java、VB等。

C#是一种现代的面向对象语言。

它使程序员快速便捷地创建基于Microsoft .NET 平台的解决方案。

这种框架使C#组件可以方便地转化为XML网络服务,同时他增强了开发者的效率，同时也致力于消除编程中可能导致严重结果的错误。

C#使C/C++程序员可以快速进行网络开发，并保持了开发者所需要的强大性和灵活性。

2.1.1 数据库连接方式
从简单的文本文件到各种复杂的关系型数据库，数据库应用程序需要面对各种各样的数据源。

微软的.NET平台提供了作为应用程序和OLE-DB连接的桥梁。

增强了对非连接编程模式的支持,并支持RICH XML.由于传送的数据都是XML格式的，因此任何能够读取XML格式的应用程序都可以进行数据处理。

事实上，接受数据的组件不一定要是ADO .NET组件，它可以是基于一个Microsoft Visual Studio的解决方案，也可以是任何运行在其它平台上的任何应用程序。

是一组用于和数据源进行交互的面向对象类库。

通常情况下,数据源是数据库，但它同样也能够是文本文件、Excel表格或者XML文件。

允许和不同类型的数据源以及数据库进行交互。

然而并没有与此相关的一系列类来完成这样的工作。

因为不同的数据源采用不同的协议，所以对于不同的数据源必须采用相应的协议。

一些老式的数据源使用ODBC协议，许多新的数据源使用OleDb协议，并且现在还不断出现更多的数据源，这些数据源都可以通过.NET 的类库来进行连接。

提供与数据源进行交互的相关的公共方法，但是对于不同的数据源采用一组不同的类库。

这些类库称为Data Providers，并且通常是以与之交互的协议和数据源的类型来命名的。

表1列处了一些常见的data providers，以及它们所使用的API前缀，和允许进行交互的数据源类型。

包含的对象：
SqlConnection 对象
和数据库交互，你必须连接它。

连接帮助指明数据库服务器、数据库名字、用户名、密码，和连接数据库所需要的其它参数。

connection对象会被command对象使用，这样就能够知道是在哪个数据库上面执行命令。

与数据库交互的过程意味着你必须指明想要发生的操作。

这是依靠command对象执行的。

你使用command对象来发送SQL语句给数据库。

command对象使用connection对象来指出与哪个数据库进行连接。

你能够单独使用command对象来直接执行命令，或者将一个command对象的引用传递给SqlDataAdapter，它保存了一组能够操作下面描述的一组数据的命令。

sqlDataReader对象
许多数据操作要求你只是读取一串数据。

data reader对象允许你获得从command 对象的SELECT语句得到的结果。

考虑性能的因素，从data reader返回的数据都是快速的且只是“向前”的数据流。

这意味着你只能按照一定的顺序从数据流中取出数据。

这对于速度来说是有好处的，但是如果你需要操作数据，更好的办法是使用Dataset。

DataSet对象
DataSet对象是数据在内存中的表示形式。

它包括多个DataTable对象，而DataTable包含列和行，就象一个普通的数据库中的表。

你甚至能够定义表之间的关系来创建主从关系（parent-child relationships）。

DataSet是在特定的场景下使用――帮助管理内存中的数据并支持对数据的断开操作的。

DataSet是被所有Data Providers使用的对象，因此它并不像Data Provider一样需要特别的前缀。

SqlDataAdapter对象
某些时候你使用的数据主要是只读的，并且你很少需要将其改变至底层的数据源。

同样一些情况要求在内存中缓存数据，以此来减少并不改变的数据被数据库调用的次数。

Data adapter通过断开模型来帮助你方便的完成对以上情况的处理。

当在一单批次的对数据库的读写操作的持续的改变返回至数据库的时候，Data adapter 填充（fill）DataSet对象。

data adapter包含对连接对象以及当对数据库进行读取或者写入的时候自动的打开或者关闭连接的引用。

另外，data adapter包含对数据的SELECT,INSERT,UPDATE和DELETE操作的command对象引用。

你将为DataSet 中的每一个table都定义data adapter，它将为你照顾所有与数据库的连接。

所有你将做的工作是告诉data adapter什么时候装载或者写入到数据库。

总结：是与数据源交互的.NET技术。

有许多的Data Providers，它将允许与不同的数据源交流――取决于它们所使用的协议或者数据库。

然而无论使用什么样的Data Provider，你将使用相似的对象与数据源进行交互。

SqlConnection对象管理与数据源的连接。

SqlCommand对象允许你与数据源交流并发送命令给它。

为了对
进行快速的只“向前”地读取数据，使用SqlDataReader。

如果想使用断开数据，使用DataSet并实现能进行读取或者写入数据源的SqlDataAdapter。

2.2 SQL Server2005
SQL Server 是一个关系数据库管理系统,它最初是由Microsoft Sybase 和Ashton-Tate三家公司共同开发的。

于1988 年推出了第一个OS/2 版本在Windows NT 推出后,Microsoft与Sybase 在SQL Server 的开发上就分道扬镳了。

Microsoft 将SQL Server 移植到Windows NT系统上专注于开发推广SQL Server 的Windows NT 版本,Sybase 则较专注于SQL Server在UNIX 操作系统上的应用。

在系统中用到的是Microsoft SQL Server 以后简称为SQL Server或MS SQL Server。

SQL Server 2005 是Microsoft 公司推出的SQL Server 数据库管理系统的最新版本该版本继承了SQL Server 8.0（SQL Server2000）版本的优点。

同时又比它增加了许多更先进的功能具有使用方便可伸缩性好与相关软件集成程度高等优点,可跨越从运行Microsoft Windows 2000的膝上型电脑到运行Microsoft Windows Vista的大型多处理器的服务器等多种平台使用。

目前被广泛使用的数据库有SQL Server、Oracle、Access等。

Access是一个可视化工具，是风格与Windows完全一样，用户想要生成对象并应用，只要使用鼠标进行拖放即可，非常直观方便。

系统还提供了表生成器、查询生成器、报表设计器以及数据库向导、表向导、查询向导、窗体向导、报表向导等工具，使得操作简便，容易使用和掌握。

但是access数据库有一定的极限，如果数据达到100M左右，很容易造成服务器iis假死，或者消耗掉服务器的内存导致服务器崩溃。

而SQL Server是基于服务器端的中型的数据库，可以适合大容量数据的应用，在功能上管理上也要比Access要强得多。

在处理海量数据的效率，后台开发的灵活性，可扩展性等方面强大。

因为现在数据库都使用标准的SQL语言对数据库进行管理，所以如果是标准SQL语言，两者基本上都可以通用的。

SQL Server还有更多的扩展，可以用存储过程，数据库大小无极限限制。

因为本系统需求一个中型，而且安全性强的数据库，所以选择SQL Server做为该系统的数据库。

2.3 SQL语言
SQL（Structured Query Language，结构查询语言）是一个功能强大的数据库语言。

SQL通常使用于数据库的通讯。

ANSI（美国国家标准学会）声称，SQL是关系数据库管理系统的标准语言。

SQL语句通常用于完成一些数据库的操作任务，比如在数据库中更新数据，或者从数据库中检索数据。

使用SQL的常见关系数据库管理系统有：Oracle、Sybase、Microsoft SQL Server、Access等等。

虽然绝大多数的数据库系统使用SQL，但是它们同样有它们自立另外的专有扩展功能用于它们的系统。

但
是，标准的SQL命令，比如“Select”、“Insert”、“Update”、“Delete”、“Create”和“Drop”常常被用于完成绝大多数数据库的操作。

MS SQL Server 就是用的Transact- SQL。

SQL语言有着非常突出的优点，SQL语言是非过程化的语言、统一的语言、是所有关系数据库的公共语言。

非过程化语言：SQL是一个非过程化的语言，因为它一次处理一个记录，对数据提供自动导航。

SQL允许用户在高层的数据结构上工作，而不对单个记录进行操作，可操作记录集，所有SQL 语句接受集合作为输入，返回集合作为输出。

SQL的集合特性允许一条SQL语句的结果作为另一条SQL语句的输入。

统一的语言：SQL可用于所有用户的DB活动模型，包括系统管理员、数据库管理员、应用程序员、决策支持系统人员及许多其它类型的终端用户。

所有关系数据库的公共语言：由于所有主要的关系数据库管理系统都支持SQL 语言，用户可将使用SQL的技能从一个RDBMS（关系数据库管理系统）转到另一个，所有用SQL编写的程序都是可以移植的。

SQL为许多任务提供了命令，其中包括：查询数据、在表中插入、修改和删除记录、建立、修改和删除数据对象、控制对数据和数据对象的存取、保证数据库一致性和完整性等。

以前的数据库管理系统为上述各类操作提供单独的语言，而SQL 将全部任务统一在一种语言中。

SQL功能强大，是一种完备的数据处理语言，不仅用于数据库查询，而且用于数据库中的数据修改和更新，概括起来，它可以分成以下几组：
DML（Data Manipulation Language，数据操作语言）：用于检索或者修改数据；
DDL（Data Definition Language，数据定义语言）：用于定义数据的结构，比如创建、修改或者删除数据库对象；
DCL（Data Control Language，数据控制语言）：用于定义数据库用户的权限。

3 需求与可行性分析
考试是整个教学过程中的一个重要环节，它是对学生所学知识和能力的一种评价，也是衡量教师教学效果优劣的一种教育测量手段。

但是，目前考试的实施过程不完全科学，命题内容，评分标准等缺乏普遍的可比性，考试不够客观和准确。

随着计算机科学的迅速发展和广泛应用，计算机技术已进入现代教育领域，并形成了一门新兴的边缘科学—计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）。

3.1 用户需求
利用计算机建立试题库，实现计算机自动选题组卷，是CAI工程的重要组成部分，也是实现教考分离的一个重要手段。

利用计算机组卷，不仅能节省教师的宝贵时间，提高工作效率，而且能消除出卷人主观意识的影响，使考试更加标准化，更加客观，真实，全面地反映反映教学的实际效果，有利于教学质量的提高。

建立了试题库系统以后，可实行教考分离，促使任课老师必须按照教学大纲的要求认真备课，认真组织教学内容，改进教学方法，对提高教学质量和整体教学水平有着非常重要的意义。

每次考试后，还可利用计算机对试卷和考试分数进行分析和评价，使考试这一教学环节更加科学化和规范化。

作为试题库系统中的一部分，试卷生成系统必须满足如下需求：
（1）灵活多样的组卷方式，如手工组卷和自动组卷。

（2）既能临时生成试卷，又能直接使用以前生成的试卷，也就是要求能对生成的试卷进行保存，以便下次直接使用，并能删除不再需要的试卷。

（3）试卷的保密性要求，只有授权人员才能生成和查阅试卷。

（4）试卷生成速度不宜太慢。

（5）生成的试卷按照规定的模板输出，并能导出到word文档中。

（6）生成的试卷既可以直接打印，也可以在word中修改和打印。

（7）友好的用户界面。

3.2 功能需求
本系统是题库与试卷生成系统，主要有三方面的功能需求，其分别是：
（1）题库管理：为了用户能方便管理庞大的试题题库，实现各种常用或者自定义题型的录入、修改、查询、删除、分类等功能。

（2）手动生成试卷：为了能按照用户的意愿组卷，用户可以按试题所涉及的知识点浏览各种题型，生成一份知识覆盖面广泛的试卷，并能保存试卷。

（3）自动生成试卷：用户能选择生成试卷的题型，试题数量，试题难度，以及试卷分值，且有预览试卷，预览答案，保存试卷和答案的功能。

3.3 业务流程图
根据对用户的调查，本系统有两类用户使用，分别是管理和教师。

这两种种身份的人具有不同权限，管理员负责管理系统帐号和系统的其他全部功能；教师不能管理用户但是可以更新维护题库，按需求生成和保存打印试题等。

本系统主要是对题库维护和试题组卷的管理，根据需求分析，可以得到系统流程如图3-1所示。

图3-1 业务流程图
3.4 性能需求
3.4.1 加载数据效率要求
本系统的使用不受时间限制,可以24小时正常使用,对于用户登陆,试卷预览,答案预览,试卷生成功能响应时间不宜超过5秒钟。

3.4.2 界面风格要求
整体以白色和淡蓝色为主,辅助淡绿色给人清新,舒坦的感觉,在1024*768分辨率下达到最佳显示效果,界面简洁清爽,不能过于复杂。

3.5 可行性分析
可行性分析的任务是明确开发应用项目的必要性和可行性。

必要性来自实现开发任务的迫切性，而可行性则取决于实现应用系统的资源和条件。

这项工程需要建立在初步调查的基础上。

3.5.1 管理可行性
随着科学技术的不断发展，计算机科学的日渐成熟，其强大的功能已经为人们深刻认识，它己进入人类社会的各个领域并发挥着越来越重要的作用。

MIS为计算机应用的一部分，使用计算机对学生的成绩信息进行管理，具有手工管理所无法比拟的优点。

同时，为了适应时代发展，适应我国教育深化改革、全面实施素质教育的需要，教育部适时提出了加快普及信息技术，以教育信息化带动教育现代化，努力实现我国教育水平的跨越式发展的战略目标，所以开发题库与试卷生成系统在管理上是可行的。

3.5.2 经济可行性
采用计算机管理不但可以提高工作效率，而且还可以节省人力、物力、财力，降低了人工处理产生的错误。

由于所开发的系统是一个单机版的系统，在计算机配置方面的要求也不是很高，所以学校在软、硬件不需要进行大的投入的前提下，开发题库与试卷生成系统在经济上是可行的。

3.5.3 技术可行性
因为开发所采用的工具全是可视化工具，开发出的应用程序均是图形化界面，操作员几乎不用记任何命令就可以操作此系统。

另外，系统的操作员多为学校的教师，有较高的文化素质，他们其中大多已经基本会Windows的操作，即使不会操作Windows，经过短期的培训也能熟练的使用本软件，所以开发题库与试卷生成系统在技术上是可行的。

3.6 数据流程分析
该系统的数据流程分为两部分，图3-2为顶层数据流程图，用户由各种类型的试题根据相应需求生成试卷。

图3-3为第二层的数据流程图，是对顶层数据流程的分解，
将试卷的生成分为手动生成和自动生成。

3.6.1 数据流程图
图3-2 顶层数据流程图
图4-6 第二层数据流程图
3.6.2 数据字典
（1） 数据项的定义：
数据项编号：X01 数据项名称：用户名
数据项编号：X02 数据项名称：用户密码
长度：20长度：20
数据项编号：X03 数据项名称：姓名类型：字符型长度：20 数据项编号：X04 数据项名称：教工号类型：整形长度：12
数据项编号：X05 数据项名称：状态类型：布尔型长度：1 数据项编号：X06 数据项名称：题号类型：整形长度：6
数据项编号：X07 数据项名称：题干类型：字符型长度：300 数据项编号：X08 数据项名称：答案类型：字符型长度：300
数据项编号：X09 数据项名称：课程类型：字符型长度：50 数据项编号：X10 数据项名称：章节类型：字符型长度：50
数据项编号：X11
数据项名称：图片路径类型：字符型长度：50 数据项编号：X12 数据项名称：难度类型：整形长度：2
数据项编号：X13 数据项名称：题型类型：字符型长度：50 数据项编号：X14
数据项名称：是否选择类型：布尔型长度：1
数据项编号：X15 数据项名称：题型名数据项编号：X16 数据项名称：课程名
长度：50 长度：50
（2）数据结构定义
数据结构编号：DS01-01
数据结构名称：用户表
简述：用户基本情况记录
数据结构组成：X01+X02+X03+X04+X05
数据结构编号：DS01-02
数据结构名称：试题表
简述：试题基本情况记录
数据结构组成：X06+X07+X08+X09+X10+X11+X12+X13+X14
数据结构编号：DS01-03
数据结构名称：题型表
简述：动态题型记录
数据结构组成：X15
数据结构编号：DS01-04
数据结构名称：课程表
简述：动态课程记录
数据结构组成：X16
（3）数据流定义
数据流编号：D1
数据流名称：试题表
简述：需要录入试题数据库的各种类型的试题
数据流来源：试题录入模块
数据流去向：试题存储模块
数据流组成：题号+题干+答案+章节名+课程名+难度+题型+是否选择+图片路径流通量：1份/题
数据流编号：D2
数据流名称：自动生成试卷
简述：抽取题库符合条件的试题自动组成试卷数据流来源：试卷设置模块
数据流去向：自动生成试题模块
数据流组成：课程名+题型+难度系数
流通量：1份/试卷
数据流编号：D3
数据流名称：手动生成试卷
简述：手动选择所需题目组成试卷
数据流来源：试卷设置模块
数据流去向：手动生成试题模块
数据流组成：题号+题型+章节名+课程名+难度系数流通量：1份/试卷
数据流编号：D4
数据流名称：题型表
简述：根据需求动态生成题型
数据流来源：题型设置模块
数据流去向：试题录入模块
数据流组成：题型名
流通量：1份/题库
数据流编号：D5
数据流名称：课程表
简述：设置试题所属课程
数据流来源：题库设置模块
数据流去向：试题录入模块
数据流组成：课程名
流通量：1份/课程
数据流编号：D6
数据流名称：章节表
简述：设置试题所属章节
数据流来源：题库设置模块
数据流去向：试题录入模块
数据流组成：课程名
流通量：1份/试卷
（4）数据存储定义
数据存储编号：F1
数据存储名称：试题库
简述：试题的题号、题干、答案、课程、难度系数等信息
数据存储结构：题号+题干+答案+课程+章节+难度系数+题型+是否选择关键词：题号
相关的处理：P2.3，P2.4，P2.5
数据存储编号：F2
数据存储名称：题型库
简述：试题的题型信息
数据存储结构：题型名
关键词：题型名
相关的处理：P2.1
数据存储编号：F3
数据存储名称：课程库
简述：试题所属课程信息
数据存储结构：课程名
关键词：课程名
相关的处理：P2.2
数据存储编号：F4
数据存储名称：用户库
简述：用户的相关信息
数据存储结构：用户名+用户密码+用户类型+姓名+状态
关键词：用户名
相关的处理：P2.1，P2.2，P2.3，P2.4
（5）处理逻辑定义。