基于虚拟现实与智能语音交互的PAR方法算法程序设计教学系统研究
这是一篇关于PAR方法,虚拟现实,智能语音,算法程序设计课程,在线教学系统的论文, 主要内容为近年来,随着计算机新技术的进步,教育领域也在向着数字化、智能化、虚拟化和网络化发展,教育智能化要求也越来越迫切。目前传统的算法程序教学内容和在线教学系统存在:(一)算法执行过程难理解;(二)教学模式单一且内容枯燥;(三)缺乏实时问答交互性等问题。针对这些不足,以本团队薛锦云教授原创性的便捷算法程序开发方法(PAR方法)和算法程序自动生成平台(PAR平台)作为课程内容。通过使用虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术和设计智能语音交互的匹配算法,研发了一种基于虚拟现实与智能语音交互的算法程序教学系统。主要工作及创新性概述如下:(1)选择原创性的PAR方法作为研究对象,加强学生对算法程序的理解。PAR方法是一种原创性的实用型形式化开发方法,它能清晰阐述精巧算法程序的设计和推导过程,实现抽象程序到可执行程序的转换。针对问题(一),本文提炼PAR方法课程内容,将算法程序课程与虚拟现实、智能语音交互技术深度融合,针对不同教学环节,将算法程序以三维立体化形式展现,沉浸式分步演示教学,并给出了算法程序教学系统的设计方案,弥补了传统教学方式的不足。(2)设计一种消息机制处理框架,构建的VR教学场景内容丰富。设计了一种基于消息机制的处理框架,对复杂场景与功能模块的融合性更强,能较好的降低场景模块耦合性,增强系统可扩展性。针对问题(二),本文利用3D Max建模和自动建模相结合的方式,提升了建模效率,构建了多媒体黑板、代码展示台、角色人物等教学三维模型。对模型与场景进行渲染优化,构建真实且内容丰富的教学场景。(3)提出一种改进的最大匹配算法,增强了教学系统的人机语音交互性。提出了基于词典改进的动态最大匹配算法,并构建了与算法匹配的词典结构,通过动态选取最大匹配长度和优先匹配原则,减少无效匹配和歧义现象,经实验分析,算法提高了中文分词效率和准确性。针对问题(三),将此算法应用于语音交互中,提供教学知识的语音问答,提升了系统问答交互性。(4)本系统体现了算法教学、在线编程和自动评测三维一体的教学模式。基于Unity3D引擎平台实现了教学系统的交互端UI、课程教学、语音交互。基于Web Service技术将算法程序生成平台部署为云服务,构建算法程序云在线编程功能。运用数据库技术实现理论考核测试。最后对系统进行测试,通过教学案例,采用实验对比的方式对系统教学应用效果进行测试分析,得出教学效果。该系统集教、练、考为一体,支持教学知识语音问答交互,系统性地改善了传统算法程序教学的不足。具有课程内容丰富、算法教学易懂、人机交互性强等优势,能够激发用户自主学习性,提高理解能力,提升学习效率,具有重要的研究意义和应用推广价值。
基于强化学习的最优化问题程序生成自动化研究
这是一篇关于PAR方法,程序生成,算法设计,自动化,强化学习的论文, 主要内容为程序自动生成一直是软件工程领域研究的重点,如何让机器理解代码和自动编写程序也是人工智能领域的期望。在算法设计这一过程中,面对不同的问题需要考虑不同问题的特点、求解目标以及约束条件,从而难以实现算法的可重复构造。以最优化问题为例,其在生活和工程中的应用无处不在,在面对结构相似的但数据不同的最优化问题时不得不重新设计算法。通过研究此类优化问题之间的共性,可以使算法设计过程可重用性更高,帮助人们减少在面对相似问题的算法设计过程中的脑力活动,提高算法设计的效率和质量。强化学习在求解组合最优化问题时,通过“交互-试错”学习方式可以学习相同类型问题之间的算法求解策略,为这些问题可以找到一个可复用的“元算法”算法设计模式,有效避免传统理论设计的算法需要大量的专业知识进行手工的反复试验问题。本文基于所在研究团队研发的软件形式化与自动化开发的开发方法PAR及其支撑平台——PAR平台,基于PAR方法中统一的算法设计方法,为求解图最优化问题构造了一种可重用的算法设计理论和框架,并将其与强化学习融合起来以实现算法程序的自动构造。以最短路径和旅行推销员问题为例,通过强化学习方法学习到的以PAR方法为基础的分划递推的算法构造策略,并通过强化学习中智能体的动作来捕获当前算法的正确程度,不断的调整算法程序构造策略,为最优化问题逐步构建成一个合适的解决方案。以此为基础,开发了最优化问题Radl算法生成系统,并对系统以及生成的算法的可靠性进行了理论分析。本文主要工作如下,具有一定的创新性:1.以强化学习的感知和试错的学习方式为核心,结合基于PAR方法提出的图最优化问题的可重用算法设计理论以及算法框架,将算法程序的构造过程交由强化学习中智能体来自主探索算法程序设计策略,最终实现了图最优化问题的算法程序的自动构造,提高了算法程序的开发效率和可复用性。2.基于强化学习这一途径,为实现图最优化问题的算法程序设计可重用以及程序自动生成这一目标,设计并实现了解决图类型最优化问题Radl算法程序自动生成系统,进一步提高了PAR平台中算法程序开发的自动化程度。
Apla-VB.NET自动程序转换系统的设计与实现
这是一篇关于PAR方法,Apla,自动程序转换,可重用部件库,VB.NET的论文, 主要内容为PAR方法是薛锦云教授在国家863和多项国家自然科学基金的资助下，根据多年从事算法程序设计理论研究的成果，创造性地提出的一种新的形式化软件开发方法。该方法为有效克服“软件危机”起到了重要的作用。 自动程序转换系统是整个PAR方法的重要组成部分，是用PAR方法开发算法程序的辅助工具。它的意义在于根据PAR方法，可以将软件开发过程中分离出来的非创造性劳动，用形式化方法进行开发，进而借助计算机机械地实现，大大减轻了程序员的负担，提高了算法程序的开发效率，同时也提高了程序的可靠性。 目前，在PAR方法开发平台中已经实现了系列的转换系统，如Apla→Java，Apla→C++，Apla→Delphi，Apla→C#等。随着.NET技术的提出，VB.NET已经成为了一种完全面向对象的语言，具有开发效率高，开发周期短等优点，使得对软件的开发具有了更大的灵活性和实用性，深受广大开发人员的青睐。因此，我们有必要设计开发一个Apla→VB.NET自动程序转换系统。 围绕转换系统的设计与实现，本研究主要进行了以下工作： 1、对Apla语言和VB.NET语言的文法进行比较，研究两种语言之间的关系，并得出Apla→VB.NET的转换规则。 2、实现简单数据类型和组合数据类型的转换，系统可以方便使用组合数据类型，就如同使用简单数据类型一样，很好地实现了抽象数据类型的思想。 3、对整个自定义可重用部件库进行了完善和补充，添加了Table类库，使转换系统更好、更自然的支持对数据库的各种操作，同时也保持了对已实现功能的支持，极大地提高了部件库的可重用性。 4、设计并实现自动程序转换系统，基本实现了从Apla抽象程序到VB.NET可执行程序的转换。 5、用大量由PAR方法推导得到的典型Apla程序对自动程序转换系统进行了测试。 本研究的主要创新工作：Apla→VB.NET自动程序转换系统的设计与实现、对数据库中各种操作的支持、可重用部件库的实现等。 基于以上研究，我们设计并实现的Apla→VB.NET自动程序转换系统能提高软件开发的效率和软件的可靠性，有利于高可靠软件的开发，并且能从根本上克服“软件危机”。
基于强化学习的最优化问题程序生成自动化研究
这是一篇关于PAR方法,程序生成,算法设计,自动化,强化学习的论文, 主要内容为程序自动生成一直是软件工程领域研究的重点,如何让机器理解代码和自动编写程序也是人工智能领域的期望。在算法设计这一过程中,面对不同的问题需要考虑不同问题的特点、求解目标以及约束条件,从而难以实现算法的可重复构造。以最优化问题为例,其在生活和工程中的应用无处不在,在面对结构相似的但数据不同的最优化问题时不得不重新设计算法。通过研究此类优化问题之间的共性,可以使算法设计过程可重用性更高,帮助人们减少在面对相似问题的算法设计过程中的脑力活动,提高算法设计的效率和质量。强化学习在求解组合最优化问题时,通过“交互-试错”学习方式可以学习相同类型问题之间的算法求解策略,为这些问题可以找到一个可复用的“元算法”算法设计模式,有效避免传统理论设计的算法需要大量的专业知识进行手工的反复试验问题。本文基于所在研究团队研发的软件形式化与自动化开发的开发方法PAR及其支撑平台——PAR平台,基于PAR方法中统一的算法设计方法,为求解图最优化问题构造了一种可重用的算法设计理论和框架,并将其与强化学习融合起来以实现算法程序的自动构造。以最短路径和旅行推销员问题为例,通过强化学习方法学习到的以PAR方法为基础的分划递推的算法构造策略,并通过强化学习中智能体的动作来捕获当前算法的正确程度,不断的调整算法程序构造策略,为最优化问题逐步构建成一个合适的解决方案。以此为基础,开发了最优化问题Radl算法生成系统,并对系统以及生成的算法的可靠性进行了理论分析。本文主要工作如下,具有一定的创新性:1.以强化学习的感知和试错的学习方式为核心,结合基于PAR方法提出的图最优化问题的可重用算法设计理论以及算法框架,将算法程序的构造过程交由强化学习中智能体来自主探索算法程序设计策略,最终实现了图最优化问题的算法程序的自动构造,提高了算法程序的开发效率和可复用性。2.基于强化学习这一途径,为实现图最优化问题的算法程序设计可重用以及程序自动生成这一目标,设计并实现了解决图类型最优化问题Radl算法程序自动生成系统,进一步提高了PAR平台中算法程序开发的自动化程度。
基于Web服务的PAR方法辅助教学系统的研发
这是一篇关于PAR方法,Web Service,CXF,Spring,Apla的论文, 主要内容为PAR方法是一种简单实用的算法设计方法和能证明程序正确性的软件形式化方法,越来越多的软件使用PAR方法来开发关键的可靠性部件。PAR方法的教育普及也变得越发重要。但是传统的课堂教学存在一定的条件限制。已有的传统教学中普遍存在理论与实践脱离,教学效果不理想且教学范围小等问题。Web Service技术是用于开发高度通用性和易用性与平台无关和语言独立的系统应用程序。Web Service技术是能够使得不同机器上的不同应用程序无须借助其他第三方的软硬件,就可进行交互数据和应用集成。使用Web Service开发出的应用程序能够给客户端和浏览器使用甚至其他开发者也可使用。在传统的教学软件中一般采用三层软件结构即为显示层、业务逻辑层和数据层。传统教学软件在这种软件体系结构下不能根据用户需求的不同而提供不同的业务逻辑。基于这种情况本教学软件采用了四层软件架构即为用户访问层、逻辑处理层、服务层和其他组件层。服务层为用户提供单个服务,逻辑处理层可以根据用户的需求组合服务层为用户提供不同的业务逻辑。传统的教学软件在服务端一般采用单一服务器模式,所以用户请求和处理都在同一服务器上容易造成服务响应不及时甚至无法提供服务等。本教学软件采用Web Service技术来开发,并且采用将不同功能模块进行划分且部署在不同服务器上。使得用户请求访问时可以根据请求服务的不同而采用不同的服务器为用户提供服务。Apache CXF是一个开源的Web Services框架,而Spring是一个轻量级的Java开发框架。使用CXF结合Spring框架开发Web Service可易服务器中部署Web服务。所以本文采用CXF和Spring框架来开发Web服务,选取了PAR方法下的Apla语言作为教学语言,并且结合了Apla到C++转换系统作为编程实践平台,完成了整个辅助教学系统。本研究主要做了如下创新：1) 采用四层软件体系结构和面向服务软件架构相结合,解决传统教学软件无法根据用户需求组合不同服务器上的业务逻辑问题,实现了从不同服务器上获取不同服务且将服务进行组合,提供给用户。2) 传统的教学软件一般是多客户端到单一服务器的交互模式。而通过Web Service技术、CXF框架和Spring容器等技术实现了从多客户端到多个服务器的交互。从而增强系统的处理能力。
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