虞穎健 浙江省海寧市第一中學(xué)

倪俊杰 浙江省桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級(jí)中學(xué)

新一輪的課程改革大幅增加了高中信息技術(shù)新教材程序設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的比重，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等內(nèi)容進(jìn)入了信息技術(shù)新版教材，新版教材的編程語(yǔ)言換成了在以上領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的Python。Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)在新課程的教學(xué)中具有舉足輕重的地位。程序設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)能夠即時(shí)檢驗(yàn)學(xué)生編寫的程序代碼是否正確，教學(xué)需求也日益增強(qiáng)。相比傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，采用程序測(cè)評(píng)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)課堂教學(xué)能夠根據(jù)測(cè)評(píng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，進(jìn)而能更好地調(diào)整課堂教學(xué)，提升課堂教學(xué)的有效性。

● 在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)的需求

在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)（Online Judge，簡(jiǎn)稱OJ系統(tǒng)）是目前廣泛使用的主流程序測(cè)評(píng)系統(tǒng)。OJ系統(tǒng)是一個(gè)在線判題系統(tǒng)，用戶可以在線提交程序源代碼，系統(tǒng)通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)程序源代碼的正確性。用戶提交的程序在OJ系統(tǒng)下執(zhí)行時(shí)將受到比較嚴(yán)格的限制，包括運(yùn)行時(shí)間限制、內(nèi)存使用限制和安全限制等。用戶程序執(zhí)行的結(jié)果將被OJ系統(tǒng)捕捉并保存，然后再轉(zhuǎn)交給一個(gè)裁判程序。該裁判程序或者比較用戶程序的輸出數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)輸出樣例的差別，或者檢驗(yàn)用戶程序的輸出數(shù)據(jù)是否滿足一定的邏輯條件。國(guó)內(nèi)較為著名的OJ系統(tǒng)有POJ（北京大學(xué)）、ZOJ（浙江大學(xué)）、HDOJ（杭州電子科技大學(xué)）。

傳統(tǒng)的OJ系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，雖然功能較為完善，但應(yīng)用于中小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)，存在如下問(wèn)題：①OJ系統(tǒng)用戶提交的程序代碼在服務(wù)器運(yùn)行，用戶較多情況下對(duì)服務(wù)器的性能有一定要求，需要配置專門的服務(wù)器，不符合大多數(shù)學(xué)校的實(shí)際情況。②OJ系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，通常需要安裝數(shù)據(jù)庫(kù)和Web服務(wù)器并進(jìn)行必要的配置和部署；OJ系統(tǒng)用戶提交的程序代碼在執(zhí)行時(shí)有運(yùn)行時(shí)間、內(nèi)存使用、安全等的限制，需要在服務(wù)器上進(jìn)行配置。使用OJ系統(tǒng)對(duì)信息教師的專業(yè)能力要求較高。③OJ系統(tǒng)檢驗(yàn)的是用戶提交程序代碼的正確性，其中只有正確和錯(cuò)誤兩種結(jié)果，無(wú)法對(duì)程序設(shè)計(jì)填空的正確性進(jìn)行檢驗(yàn)，而目前不少程序設(shè)計(jì)考題都為填空題，這就需要測(cè)評(píng)系統(tǒng)具有程序設(shè)計(jì)填空碼的評(píng)測(cè)功能。以上問(wèn)題在一定程度上阻礙了OJ系統(tǒng)在中小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)中的推廣與使用。

要想讓廣大中小學(xué)信息技術(shù)教師能夠在課堂教學(xué)中使用程序測(cè)評(píng)系統(tǒng)，提升課堂教學(xué)的有效性，需要開發(fā)一款適用于當(dāng)下信息技術(shù)課堂教學(xué)、使用門檻較低的程序測(cè)評(píng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要滿足如下需求：①系統(tǒng)無(wú)需高性能計(jì)算機(jī)，無(wú)需服務(wù)器，在機(jī)房學(xué)生機(jī)或者教師機(jī)上即可運(yùn)行使用。②無(wú)需部署數(shù)據(jù)庫(kù)與Web服務(wù)器，無(wú)需煩瑣復(fù)雜的配置。③既能夠檢驗(yàn)提交的完整代碼的正確性，也能夠檢驗(yàn)程序設(shè)計(jì)填空的正確性。

● 在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

筆者根據(jù)浙江信息技術(shù)教學(xué)情況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了Python程序設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)——YYOJ系統(tǒng)。該系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：①學(xué)生提交的程序代碼的正確性在學(xué)生使用的本地機(jī)器上檢驗(yàn)，對(duì)運(yùn)行YYOJ系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和Web服務(wù)器的計(jì)算機(jī)性能沒(méi)有要求，YYOJ系統(tǒng)可以在機(jī)房任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，不需要配置專門的服務(wù)器，也無(wú)需對(duì)運(yùn)行YYOJ系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存、安全限制進(jìn)行配置。②YYOJ系統(tǒng)不需要安裝數(shù)據(jù)庫(kù)和Web服務(wù)器并進(jìn)行配置，它自帶數(shù)據(jù)庫(kù)和Web服務(wù)器的應(yīng)用程序。③YYOJ系統(tǒng)除了可以檢驗(yàn)學(xué)生提交的完整程序代碼的正確性，還可以檢驗(yàn)程序設(shè)計(jì)填空的正確性。此外，YYOJ系統(tǒng)對(duì)硬件設(shè)備要求較低，使用門檻不高且易于使用，特別適合浙江高中信息技術(shù)課堂教學(xué)。

1.系統(tǒng)技術(shù)介紹

YYOJ系統(tǒng)是基于B/S架構(gòu)的Web應(yīng)用程序，在開發(fā)過(guò)程中使用了Web框架、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)。

FastAPI是一個(gè)用于構(gòu)建Web API的現(xiàn)代、高性能的WEB框架，它實(shí)現(xiàn)了ASGI規(guī)范。雖然FastAPI的主要用途是用于構(gòu)建Web API，但是FastAPI也提供了對(duì)Jinja2、Mako等模板引擎的支持，能夠像Flask、Django一樣開發(fā)基于服務(wù)端渲染的Web應(yīng)用程序。

Uvicorn是使用C和Python編寫的ASGI Web服務(wù)器。使用Uvicorn部署實(shí)現(xiàn)了ASGI規(guī)范的Web應(yīng)用程序。FastAPI實(shí)現(xiàn)了ASGI規(guī)范，所以，F(xiàn)astAPI開發(fā)的Web應(yīng)用程序能夠部署在Uvicorn中。Uvicorn與傳統(tǒng)的Web服務(wù)器不同，傳統(tǒng)的Web服務(wù)器如nginx、apache、IIS需要單獨(dú)安裝，Uvicorn不需要安裝，并且可以通過(guò)Python編碼的方式直接嵌入應(yīng)用程序中運(yùn)行。

Nuitka是Python編寫的優(yōu)化Python編譯器，它能夠把Python代碼編譯生成為可執(zhí)行程序，而且通過(guò)Nuitka編譯生成的可執(zhí)行程序不需要安裝Python環(huán)境也能夠獨(dú)立運(yùn)行。Nuitka支持Python2與Python3，支持Windows、Linux與蘋果等主流操作系統(tǒng)。Nuitka的工作原理是把Python代碼編譯成C代碼，再把C代碼編譯成可執(zhí)行文件，生成的文件不能像.pyc文件一樣反編譯，因此安全性高，而且因?yàn)榫幾g成C代碼，所以生成的可執(zhí)行程序運(yùn)行速度會(huì)更快。

Brython是用javascript編寫的Python編譯器和解析器。使用Brython，可以在瀏覽器中編譯和運(yùn)行Python代碼。

SQLite是一個(gè)C語(yǔ)言庫(kù)，它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小型、快速、自包含、高可靠性、功能齊全的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。SQLite內(nèi)置于所有手機(jī)和大多數(shù)計(jì)算機(jī)中，并捆綁在人們每天使用的無(wú)數(shù)其他應(yīng)用程序中。SQLite不像MySQL、Postgres那樣需要開啟服務(wù)器提供數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，它是無(wú)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以通過(guò)編程語(yǔ)言調(diào)用API直接與SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)通信。

總的來(lái)說(shuō)，YYOJ系統(tǒng)是使用FastAPI開發(fā)的Web應(yīng)用程序，內(nèi)嵌了Uvicorn和SQLite，Uvicorn用于承載Web應(yīng)用程序，SQLite作為應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因此，省去了安裝數(shù)據(jù)庫(kù)和Web服務(wù)器以及配置的步驟。YYOJ的源碼采用Nuitka編譯并生成可執(zhí)行程序，不需要安裝Python環(huán)境，使用時(shí)把可執(zhí)行程序拷貝到計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行即可。判題代碼在瀏覽器端通過(guò)Brython運(yùn)行檢驗(yàn)學(xué)生提交程序代碼的正確性，提交的程序代碼無(wú)需上傳到服務(wù)器后再進(jìn)行判題，減輕了服務(wù)器端的壓力。

2.在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

YYOJ系統(tǒng)是一個(gè)Python程序設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)，教師在系統(tǒng)中錄入Python程序設(shè)計(jì)的題目及其評(píng)判代碼，學(xué)生登錄系統(tǒng)根據(jù)題目要求編寫或完善程序并提交，系統(tǒng)根據(jù)教師提供的評(píng)判代碼對(duì)學(xué)生提交的程序進(jìn)行評(píng)判，檢驗(yàn)學(xué)生程序的正確性。YYOJ系統(tǒng)的功能主要包括學(xué)生界面功能、教師界面功能、第三方軟件實(shí)現(xiàn)的管理功能。

①在線運(yùn)行。學(xué)生可以輸入Python代碼并運(yùn)行查看執(zhí)行結(jié)果。該模塊輸入的Python代碼在網(wǎng)頁(yè)中運(yùn)行，因此不需要Python編程環(huán)境，在瀏覽器的環(huán)境下就可以運(yùn)行。開發(fā)該模塊主要是考慮學(xué)生如果不在機(jī)房或者不在學(xué)校，YYOJ系統(tǒng)只要部署在學(xué)校的服務(wù)器上，學(xué)生通過(guò)自己的計(jì)算機(jī)、平板、手機(jī)登錄YYOJ系統(tǒng)就可以練習(xí)Python代碼，而無(wú)需安裝Python編程環(huán)境。

②我要挑戰(zhàn)。學(xué)生可以選擇教師錄入系統(tǒng)中的題目進(jìn)行挑戰(zhàn)練習(xí)，在學(xué)生提交Python代碼后，系統(tǒng)根據(jù)教師的判題代碼檢驗(yàn)學(xué)生提交代碼的正確性并反饋結(jié)果給學(xué)生。學(xué)生在課余時(shí)間可以使用該模塊開展自主編程練習(xí)。

③練習(xí)反饋。學(xué)生登錄之后才能使用。在“我要挑戰(zhàn)”的基礎(chǔ)上還添加了一項(xiàng)額外的功能：學(xué)生提交的Python代碼檢驗(yàn)的結(jié)果會(huì)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，教師可以在后臺(tái)查看。

教師功能必須在教師登錄后臺(tái)之后才能使用，教師功能主要包括以下內(nèi)容：

①題目查看。對(duì)系統(tǒng)中已經(jīng)錄入的題目提供分頁(yè)查看功能。

②錄入題目。提供錄入題目的功能。錄入的題目包括題目名稱、需要批閱的代碼、批閱代碼三塊內(nèi)容。如果代碼完全由學(xué)生編寫，“需要批閱的代碼”留空，如果代碼是一部分由學(xué)生完善，如程序設(shè)計(jì)填空，則教師在“需要批閱的代碼”中錄入無(wú)需學(xué)生完善的代碼部分并標(biāo)記需要完善的部分。“批閱代碼”是檢驗(yàn)學(xué)生代碼正確與否的評(píng)判代碼。

③修改題目。提供修改錄入的某個(gè)題目的功能。

④刪除題目。提供刪除某個(gè)題目的功能。

⑤查看做題情況。提供以班級(jí)為單位查看某個(gè)題目的評(píng)判結(jié)果的功能。

①教師管理。提供查看、添加、修改、刪除教師賬號(hào)的功能。

②班級(jí)管理。包括班級(jí)的查看、添加、修改、刪除功能。

③學(xué)生管理。包括學(xué)生的查看、添加、修改、刪除功能。

考慮到Y(jié)YOJ系統(tǒng)的主要使用群體是信息技術(shù)教師，能夠使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件來(lái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，并且YYOJ使用的是無(wú)需服務(wù)器的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，所以以上三項(xiàng)功能并未在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，教師可以直接使用HeidiSQL或者DB Browser for SQLite這樣的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。

● 在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

YYOJ系統(tǒng)通過(guò)Brython在瀏覽器中運(yùn)行評(píng)判代碼以檢驗(yàn)學(xué)生提交代碼的正確性。當(dāng)學(xué)生點(diǎn)擊提交按鈕之后，Brython會(huì)將學(xué)生提交的代碼傳遞給教師編寫的評(píng)判代碼，并在瀏覽器中運(yùn)行評(píng)判代碼檢驗(yàn)學(xué)生提交的代碼是否正確，最后僅將評(píng)判的結(jié)果返回給服務(wù)器并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。因?yàn)樵u(píng)判代碼在瀏覽器中運(yùn)行，所以減輕了服務(wù)器的壓力。

YYOJ系統(tǒng)與傳統(tǒng)的OJ系統(tǒng)不同，YYOJ系統(tǒng)除了支持完整代碼正確性的評(píng)判，也支持程序設(shè)計(jì)填空正確性的評(píng)判。程序設(shè)計(jì)填空的答案通常不是唯一的，為了確保評(píng)判的正確性，教師需要編寫評(píng)判代碼，通過(guò)評(píng)判代碼來(lái)評(píng)判程序設(shè)計(jì)填空的正確性。在學(xué)生提交代碼之后，教師編寫的評(píng)判代碼在瀏覽器中運(yùn)行評(píng)判學(xué)生提交代碼的正確性，并通過(guò)AJAX請(qǐng)求將題目的編號(hào)、學(xué)生標(biāo)志以及題目正確與否等信息傳回服務(wù)端并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，教師在后臺(tái)能夠查看學(xué)生的答題情況。

評(píng)判代碼的編寫主要分為完整代碼的正確性評(píng)判和程序設(shè)計(jì)填空的正確性評(píng)判。

1.完整代碼的正確性評(píng)判

評(píng)判完整代碼的正確性的方式是檢驗(yàn)?zāi)承┳兞康闹祷蛘叱绦虻妮敵鲈诔绦蜻\(yùn)行后是否符合預(yù)期。

①根據(jù)變量值評(píng)判代碼正確性。

某些問(wèn)題會(huì)將結(jié)果存儲(chǔ)到某個(gè)變量中，對(duì)于這樣的問(wèn)題，需要通過(guò)檢驗(yàn)變量?jī)?nèi)存儲(chǔ)的值來(lái)判斷代碼的正確性。

例1，描述：在列表s中存儲(chǔ)[1, 10]范圍內(nèi)的所有偶數(shù)；

題目已有代碼：無(wú)；

學(xué)生提交代碼如圖1所示。

圖1

分析：該問(wèn)題希望在列表s中存儲(chǔ)[1，10]范圍內(nèi)的所有偶數(shù)，當(dāng)程序運(yùn)行完畢之后，列表s的值為[10，8，6，4，2]，要評(píng)判提交的代碼是否正確，只要判斷列表s中是否僅包含2、4、6、8、10這5個(gè)偶數(shù)即可。

學(xué)生提交的代碼作為文本字符串存儲(chǔ)在變量src中提交給評(píng)判代碼，評(píng)判代碼通過(guò)exec函數(shù)運(yùn)行學(xué)生提交的代碼。exec是Python的內(nèi)置函數(shù)，它能夠動(dòng)態(tài)地執(zhí)行存儲(chǔ)在字符串或文件中的 Python 語(yǔ)句。

exec(src)

通過(guò)上面的語(yǔ)句，學(xué)生提交的代碼已經(jīng)在評(píng)判代碼中運(yùn)行完畢，在評(píng)判代碼運(yùn)行的上下文環(huán)境中已經(jīng)存在變量s且它的值為[10，8，6，4，2]。評(píng)判代碼只需要判斷s的值是否僅包含2、4、6、8、10這5個(gè)偶數(shù)即可。

在評(píng)判代碼中引入變量correct，將其賦值為False，假設(shè)代碼是錯(cuò)誤的。通過(guò)if語(yǔ)句檢驗(yàn)s的值是否僅包含2、4、6、8、10這5個(gè)偶數(shù)，如果代碼正確，correct的值設(shè)置為True（如圖2）。

圖2

②根據(jù)輸出評(píng)判代碼正確性。

某些問(wèn)題需要將結(jié)果通過(guò)print函數(shù)直接輸出并顯示，對(duì)于這樣的問(wèn)題，需要檢驗(yàn)輸出是否正確。

print函數(shù)的工作原理是將數(shù)據(jù)寫入sys.stdout流中，stdout是標(biāo)準(zhǔn)輸出流，默認(rèn)情況下stdout會(huì)把數(shù)據(jù)顯示在運(yùn)行當(dāng)前Python代碼的終端命令行窗口中。

print("你好,世界！")

等價(jià)于

import sys

sys.stdout.write("你好,世界！ ")

print函數(shù)的輸出顯示在屏幕上，沒(méi)有辦法對(duì)print函數(shù)的輸出進(jìn)行檢驗(yàn)。要評(píng)判學(xué)生提交的代碼是否正確需要對(duì)print函數(shù)的輸出進(jìn)行捕獲并將其放入某個(gè)變量?jī)?nèi)。

如圖3所示的代碼自定了類MarkingOutput，改寫了sys.stdout的默認(rèn)行為，當(dāng)執(zhí)行print函數(shù)調(diào)用sys.stdout.write的時(shí)候，本來(lái)在屏幕上輸出的數(shù)據(jù)不再輸出到屏幕上，print函數(shù)的輸出被添加到MarkingOutput的實(shí)例out的屬性bufs列表中。上述代碼默認(rèn)包含在評(píng)判代碼中，評(píng)判代碼要判斷提交代碼的正確性只需要檢查out實(shí)例的bufs列表即可。

圖3

例2，描述：使用print輸出三個(gè)變量a、b、c的最大值；

題目已有代碼：a, b, c = 2, 4, 6；

學(xué)生提交代碼如下頁(yè)圖4所示。

圖4

分析：學(xué)生提交的代碼作為文本字符串存儲(chǔ)在變量src中提交給評(píng)判代碼，通過(guò)exec執(zhí)行學(xué)生提交的代碼。

exec(src)

通過(guò)上面的語(yǔ)句，學(xué)生提交的代碼已經(jīng)在評(píng)判代碼中運(yùn)行完畢。

correct = False

if sys.stdout.bufs[0] == str(max(a, b, c)):

correct = True

在評(píng)判代碼中引入變量correct，將其賦值為False，假設(shè)代碼是錯(cuò)誤的。本題最終結(jié)果僅僅輸出的a、b、c三個(gè)變量中的最大值，輸出的最大值保存在bufs列表的第一個(gè)元素中，要判斷提交的代碼是否正確，只需要判斷bufs列表的第一個(gè)元素是不是a、b、c三個(gè)變量的最大值即可。

③程序結(jié)果隨輸入改變的正確性評(píng)判。

某些程序在運(yùn)行時(shí)需要預(yù)先給定一個(gè)輸入，程序代碼運(yùn)行的結(jié)果會(huì)隨著輸入的改變而改變，結(jié)果并不唯一。該類代碼在評(píng)判的時(shí)候，需要提供多組測(cè)試的輸入數(shù)據(jù)，一一檢測(cè)其程序運(yùn)行結(jié)果是否與預(yù)期相符合，如果全部符合則代碼正確，否則代碼錯(cuò)誤。

例3，描述：將十進(jìn)制自然數(shù)n(n是整型)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)s(是字符串型)。

題目已有代碼：

n = 13

s = ''

學(xué)生提交代碼，如圖5所示。

圖5

分析：十進(jìn)制自然數(shù)n轉(zhuǎn)二進(jìn)制數(shù)s，其結(jié)果會(huì)隨著變量n的值的改變而改變，當(dāng)變量n的值為13的時(shí)候，s的值為"1101"，但是如果僅僅判斷變量s的值為"1101"是無(wú)法達(dá)到判題效果的，提交的代碼中n的值有可能為任意一個(gè)整數(shù)，如果不是13的情況下仍然判斷s的值是否為"1101"將得出錯(cuò)誤的判題結(jié)果。

此類問(wèn)題的解決方法是提供一組測(cè)試輸入值及其對(duì)應(yīng)的結(jié)果，用提供的測(cè)試輸入值來(lái)替代原來(lái)的輸入值，運(yùn)行代碼檢驗(yàn)對(duì)應(yīng)的結(jié)果是否符合預(yù)期，如果提供的每個(gè)測(cè)試輸入值得到的結(jié)果都符合預(yù)期，則可以認(rèn)為提交代碼是正確的。

對(duì)于例3，通過(guò)下面的代碼隨機(jī)生成10個(gè)測(cè)試輸入值（如圖6）。

圖6

學(xué)生提交的代碼作為文本字符串存儲(chǔ)在變量src中，通過(guò)如圖7所示的代碼使用test_input中的每個(gè)測(cè)試輸入來(lái)驗(yàn)證代碼的正確性。

圖7

其中，src_r=src.replace('n =13',f'n=j5i0abt0b')用測(cè)試輸入值替換學(xué)生提交代碼中變量n的輸入值，exec(src_r)運(yùn)行修改輸入數(shù)據(jù)后的提交代碼，s !=dtob(d)判斷提交代碼運(yùn)行的結(jié)果是否與提供輸入值得到的對(duì)應(yīng)結(jié)果一致，只要其中一次檢驗(yàn)結(jié)果不一致就可以確定提交代碼錯(cuò)誤，設(shè)置correct為False并退出循環(huán)。但以上代碼有一個(gè)缺陷，如果學(xué)生修改了“n=13”這一行代碼為“n=任意整數(shù)”，則上面的判題代碼無(wú)法得出正確的結(jié)果。對(duì)于“n=任意整數(shù)”的情況，需要使用正則表達(dá)式來(lái)進(jìn)行輸入值的替換。

正則表達(dá)式，又稱規(guī)則表達(dá)式（RegularExpression，在代碼中常簡(jiǎn)寫為regex、regexp或RE），是一種文本模式，包括普通字符（如a到z之間的字母）和特殊字符（稱為“元字符”），是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)概念。正則表達(dá)式使用單個(gè)字符串來(lái)描述、匹配一系列匹配某個(gè)句法規(guī)則的字符串，通常被用來(lái)檢索、替換那些符合某個(gè)模式（規(guī)則）的文本。

在Python中使用正則表達(dá)式需要引入正則表達(dá)式的內(nèi)置庫(kù)：

import re

然后將

src_r = src.replace('n = 13', f'n = j5i0abt0b')

這一行代碼修改為：

re.sub('ns*=s*d+', f'n = j5i0abt0b', src)

其中的sub函數(shù)用于替換符合模式的字符串。第一個(gè)參數(shù)“ns*=s*d+”是要尋找的模式，其中的“s”表示空格，“d”表示數(shù)字，“*”表示匹配零到多個(gè)字符，“+”表示匹配一到多個(gè)字符，“ns*=s*d+”的含義是“n+包含零到多個(gè)空格+=+包含零到多個(gè)空格+包含一到多個(gè)數(shù)字”（+號(hào)表示連接），第二個(gè)參數(shù)是要替換為的字符串，第三個(gè)參數(shù)是需要替換字符串的文本。通過(guò)以上代碼可知，不管n的值為何整數(shù)，都能將其替換為測(cè)試輸入值。

2.程序設(shè)計(jì)填空的評(píng)判

評(píng)判程序設(shè)計(jì)填空的正確性的方法是先提取填空的程序段，再使用測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試提取的程序段運(yùn)行能否達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

例4，描述：二進(jìn)制數(shù)b轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)h(填空題)。

題目已有代碼如圖8所示。學(xué)生提交代碼如圖9所示。

圖8

圖9

分析：程序設(shè)計(jì)填空的題目需要教師預(yù)先提供題目非填空部分的代碼，其中標(biāo)注的“#第1題”“#第2題”是為了方便判題程序提取學(xué)生填空的程序代碼。

在學(xué)生提交代碼之后，判題程序會(huì)使用正則表達(dá)式提取其中填空的程序代碼，并利用編寫的判題代碼判斷學(xué)生填寫的程序代碼是否正確。圖10所示是針對(duì)例4填空2編寫的判題代碼的核心代碼。

圖10

re.search函數(shù)的作用是找到與正則表達(dá)式匹配的字符串，第一個(gè)參數(shù)中的“(?P.+?)”表示捕獲命名組，用于提取查找到的程序代碼其中的一部分，捕獲組的名稱是b2，“.+”表示捕獲的內(nèi)容是一到多個(gè)字符。第一個(gè)參數(shù)“^s{8}ns*=s*(?P.+?)s*#第2題s* ”表示的含義是“行首以8個(gè)空格開頭+n+零到多個(gè)空格+=+零到多個(gè)空格+(命令捕獲組b2)+零到多個(gè)空格+#第2題+零到多個(gè)空格+換行符”（其中的+號(hào)表示連接）。第二個(gè)參數(shù)“src”是需要查找程序代碼段即學(xué)生提交的代碼，第三個(gè)參數(shù)“re.M”表示多行匹配。當(dāng)執(zhí)行re.search函數(shù)后，通過(guò)match.group("b2")獲得捕獲命名組的內(nèi)容即學(xué)生填空的代碼“chr(55+n)”。

該填空主要功能是將10~15的十進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)的A~F。for循環(huán)中n的變化范圍為10~15。通過(guò)exec將填空代碼“chr(55+n)”執(zhí)行結(jié)果賦值給變量c，if語(yǔ)句判斷c是不是十進(jìn)制數(shù)n對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)的大寫或小寫字母，不是則程序錯(cuò)誤，變量ec累加1，退出for循環(huán)。for循環(huán)退出后變量ec的值為0表示程序正確，設(shè)置變量b2_correct的值為True。

● 結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)（信息科技）課程越來(lái)越得到重視，教師對(duì)程序設(shè)計(jì)在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)的需求也愈發(fā)強(qiáng)烈。YYOJ系統(tǒng)是根據(jù)多年實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與廣大一線信息技術(shù)教師的需求設(shè)計(jì)開發(fā)的，該程序設(shè)計(jì)評(píng)測(cè)系統(tǒng)除了支持常規(guī)的完整程序代碼的評(píng)判，還支持程序設(shè)計(jì)填空題的評(píng)判，符合當(dāng)下學(xué)考、高考教學(xué)的實(shí)際。該系統(tǒng)無(wú)需安裝，無(wú)需數(shù)據(jù)庫(kù)與Web服務(wù)器，只需要一臺(tái)機(jī)房的普通計(jì)算機(jī)即可零配置快速部署使用，適用于在機(jī)房開展的程序設(shè)計(jì)教學(xué)，能有效提升課堂教學(xué)的效率。