网络环境下的程序设计知识单元发现研究

摘要

随着计算机教育的不断发展，程序设计教学作为计算机基础科学教育的核心课程正在受到越来越多的重视。近些年来，国际大学生程序设计竞赛(ACM Intemational Collegiate Programming Contest，简称ACM/ICPC)的普及激发了学生学习程序设计的极大兴趣，越来越多的高校学生投身于该项比赛中，许多学校也把ACM/ICPC的竞赛模式引入到日常教学中。在日常的教育教学中，程序设计题目往往被放到网络中供学生下载训练，而针对这些题目的解答代码则是通过基于网络环境的在线判题系统提交的。
　　 随着在线训练的普及，网络中有越来越多的程序设计题目可供训练，通过训练系统提交的用以解答对应题目的代码也越来越多。然而，这些题目并没有被很好地有效组织来用于程序设计教学。老师可能希望能够把这些题目组成一个个单元，每个单元里面都包含几个题目并且所有这些题目都使用到相同的知识概念。同时，老师也希望能够从已有的解题代码中获得解答对应题目所需要的知识和不同的解题方法，为更好地进行有针对性的教学提供指导并为个性化在线训练系统提供支持。
　　 为了获得解答某个题目的不同解题方法中的知识并将程序设计题目划分为不同的知识单元，本文结合国家自然科学基金项目“网络知识互联结构自主发育模型研究”，提出了一种基于形式概念分析的方法来获得主流解题知识和程序设计知识单元。首先，通过对同一题目的不同解题代码进行分析，获得解答题目所需要的主流解题知识;然后，利用获得的不同题目的主流知识集合作为题目的解题特征，构建形式背景，运用形式概念分析构建概念格，最后从概念格中挖掘出的知识单元。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 程序设计教学

1．2．1 程序设计知识点

1．2．2 程序设计题目和解题代码

1．2．3 个性化教学

1．2．4 教育教学中的问题

1．3 问题的解决方案

1．3．1 知识单元发现的目的

1．3．2 专家系统

1．3．3 形式概念分析

1．3．4 系统概要流程与架构

1．4 论文主要工作

1．5 论文的组织结构

1．6 本章小结

第2章 形式概念分析

2．1 概念

2．2 形式概念分析基本概念

2．2．1 形式背景

2．2．2 概念格

2．2．3 直接外延和直接内涵

2．3 形式概念分析的基本算法

2．4 概念格构造工具

2．5 形式概念分析的应用

2．5．1 概念格在软件工程中的应用

2．5．2 概念格在数据挖掘中的应用

2．5．3 概念格在其他领域中的应用

2．6 本章小结

第3章 主流知识和知识单元

3．1 程序设计知识分类

3．1．1 程序设计基础与高级知识

3．1．2 语言级和概念级知识点

3．1．3 框架知识和解题知识

3．2 主流知识

3．2．1 解题知识及解题方法

3．2．2 主流知识与主流方法

3．2．3 优化方法

3．2．4 最优方法

3．2．5 冗余方法

3．2．6 示例方法

3．2．7 解题知识分析

3．2．8 主流知识用途

3．3 知识单元

3．4 教学序列

3．5 本章小结

第4章 主流知识发现

4．1 数据初始化

4．2 代码解析

4．3 语言级知识提取

4．4 概念级知识提取

4．4．1 概念级知识点分类原则

4．5 主流知识发现

4．5．1 构建解题概念格

4．5．2 主流知识获取算法

4．6 本章小结

第5章 知识单元发现

5．1 教学序列

5．2 程序设计教学形式背景

5．3 知识单元发现算法

5．4 本章小结

第6章 知识单元提取

6．1 资料来源

6．2 知识库

6．3 过程演示

6．3．1 获得主流知识

6．3．2 获得知识单元

6．4 实验结果

6．4．1 语言和概念知识

6．4．2 主流知识提取

6．4．3 知识单元提取

6．4．4 教学序列验证

6．4．5 中等题初探

6．5 本章小结

第7章 知识单元应用

7．1 教材编写

7．2 教材示例

7．3 本章小结

第8章 结束语

8．1 研究工作总结

8．2 研究贡献及创新

8．3 未来研究工作展望

参考文献

附录一 概念知识库

附录二 教材单元示例

攻读学位期间的研究成果目录

致谢