基于Java程序的线性代数教学作业自动出题方法

本发明涉及计算机信息技术，具体是基于java程序的线性代数教学作业自动出题方法。

背景技术：

1、线性代数是代数学的一个重要分支，主要包括行列式、矩阵及其运算、线性方程组、向量组线性相关性、相似矩阵与二次型、线性空间与线性变换等内容。线性代数这门课程更新的特别快，教材上的习题一年比一年复杂而且数据也不一样，当前线性代数作业布置的一系列难点为：根据教材做ppt课件需要做大量工作；在大合班授课过程中学生人数比较多，为了解学生的学习情况，有时需要出随堂练习题。上课以前准备好的随堂练习题不一定适合课堂上当时的情况；目前，在线性代数教学中，没有一个工具软件能完全解决上述一系列难点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供以一种基于java程序的线性代数教学作业自动出题方法，用java语言编写matrix软件，matrix软件在java虚拟机的环境下可以运行，通过利用本发明(此软件)，在线性代数教学课堂上，讲例题不需要提前准备ppt课件，在随堂练习方面，在矩阵计算过程中可以根据学生的学习情况自动随时出题，除此之外，通过利用本发明做题能达到与ppt课件同样的效果，即做例题时，可以显示每一个计算步骤，而且自主把每一道题的计算过程按word文档格式发送给学生，以便下课后复习相关内容。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于java程序的线性代数教学作业自动出题方法，具体步骤如下：

3、s1：用java语言建立字符串用以存放用户命令，按照正则表达式的规则将用户命令分类并转化成java程序能够辨识的语句；s2:建立三位数组以存放矩阵的元素，而且用此三位数组实时存放每次进行初等变换时形成的数据；s3：按照用户命令要求，在进行初等变换的过程中，用特殊格式显示每一个步骤：在运算后得出的每一步骤矩阵中用“*”或“？”符号替代矩阵中的某些或个别的具体数值，在进行矩阵运算的过程中可以显示带未知参数的数学公式，矩阵运算的过程包括初等变换、演示和计算三阶行列式、按行列展开行列式、计算并显示矩阵的加减乘等运算、将矩阵转化成标准型矩阵、求伴随矩阵和逆矩阵、求最大线性无关组、导航方式和自动完成求解齐次线性方程组、将测量数据输入特定位置演示深度学习运算过程；s4:java程序将每次进行的运算结果转化成latex格式的数学公式，并保存在字符串里；s5：按照线性代数课程要求显示每次运行过程；s6：将和矩阵相关的数据保存以便修改和重复使用。

4、目前，国内外除了用个别小程序或matlab等软件局部实现行列式的计算和矩阵初等变换，但是没有达到教学上可以应用的程度。线性代数课程领域亟需得到智能教学软件(本发明)的支持，用此软件实现用人性化的形式施行初等变换、能够显示初等变换的每一个步骤，以教材中采用的格式显示求解线性方程组的过程等一系列功能。

5、在线性代数教学中，初等变换是一个重要的计算工具。求解线性方程组、求逆矩阵或求极大线性无关组时，需要进行初等变换。初等变换有两种：行初等变换和列初等变换。行初等变换和列初等变换各有三种，第一、交换两行(两列)，用符号表示。第二、用非零数k乘某行(某列)、用kri(kci)表示。第三、某一行(列)所有元素的k倍加另外一行(列)，用ri+krj(ci+crj)表示。用目前的授课方式讲解初等变换，课前要准备ppt课件，编写初等变换的课件需要写若干步骤，对每一个步骤要输入大量数据。对重点内容用不同的颜色和不同的字体大小表示，导致增加工作量。因为数据量比较大，课堂上需要更改课件内容会影响上课进度。不仅仅是初等变换，还有很多涉及线性方程组和向量的问题，及时需要解决。本发明作为线性代数课程授课的新模式，其提出的软件用更快、更形象化的方式进行初等变换，达到预期的目的。使用此软件(本发明)时，首先输入矩阵的元素，然后，在命令行输入三种初等变换对应的符号，即：比如：在命令行里输入r2+kr3，点击“下一步”，软件自动完成相应操作，并在屏幕上显示初等变换前后的矩阵。线性代数的例题中数据量比较大，为了更好解释初等变换和其它运算,此软件用不同颜色显示内容，以此提高教学效果和可见性。

技术特征：

1.一种基于java程序的线性代数教学作业自动布置方法，其特征在于：s1：用java语言建立字符串用以存放用户命令，按照正则表达式的规则将用户命令分类并转化成java程序能够辨识的语句；s2:建立三位数组以存放矩阵的元素，而且用此三位数组事实存放每次进行初等变换时形成的数据；s3：按照用户命令要求，在进行初等变换的过程中，用特殊格式显示每一个步骤：在运算后得出的每一步骤矩阵中用“*”或“？”符号替代矩阵中的某些或个别的具体数值；s4:java程序将每次进行的运算结果转化成latex格式的数学公式，并保存在字符串里；s5：按照线性代数课程要求显示每次运行过程；s6：将和矩阵相关的数据保存以便修改和重复使用。

技术总结
本发明涉及计算机信息技术，具体是基于Java程序的线性代数教学作业自动布置方法，S1：用Java语言建立字符串用以存放用户命令，按照正则表达式的规则将用户命令分类并转化成Java程序能够辨识的语句；S2:建立三位数组以存放矩阵的元素，用此三位数组存放每次进行初等变换时形成的数据；S3：按照用户命令要求，在进行初等变换的过程中，用特殊格式显示每一个步骤；S4:Java程序将每次进行的运算结果转化成Latex格式的数学公式，并保存在字符串里；S5：按照线性代数课程要求显示每次运行过程。通过应用本发明（此软件），讲例题不需要提前准备ppt课件，在矩阵计算过程中可以根据学生的学习情况随时出题。

技术研发人员：伊斯拉木·吐尔逊,黄华,阿布力米提·孜克力亚,马丽,苗新艳
受保护的技术使用者：新疆农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11