[发明专利]一种算法练习代码执行可视化系统

说明书

本发明提供了一种算法练习代码执行可视化系统，包括后台服务器端、学生端和教师端，所述后台服务器端、学生端和教师端均可以通过数据进行连通传输数据，包括：学生根据教师端指示，选择任意后台服务器端存储的算法，所选择得到的算法在学生端执行可视化演示，所述后台服务器端、学生端和教师端共同协同完成算法练习可视化演示。本发明系能监控执行过程的平台，并且将执行过程变成逐帧动画，学生就能通过动画理解代码执行过程，对比不同的解决方案的不同效果，对于计算机类院系学生学习并理解算法有明显帮助。

技术领域

本发明涉及可视化教育应用技术领域，更具体地说，尤其涉及学生学习使用的一种算法练习代码执行可视化系统。

背景技术

现有技术的学生教育可视化系统中，如在线编程判题网站，核心功能：网站里提供题库，编写代码，将代码上传后在云端执行，执行时输入标准测试数据，等待用户的代码算出答案，将用户代码的答案用来对比标准答案，给用户的代码打分，其利用云端虚拟技术，云端只进行了代码的编译和执行，对比执行结果学生只能看到代码的执行结果，让代码在云端执行时安全可控，不会让云端服务器受恶意代码影响，目的只在意学生代码的执行结果，不在意执行过程，学生无法获得代码执行的过程中，代码在内存中的值；而国外算法可视化网站(如https://www.cs.usfca.edu)，学生只能查看算法执行过程，学生不能自己写代码，同时看到自己代码的执行效果。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明提供一种算法练习代码执行可视化系统。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种算法练习代码执行可视化系统，包括后台服务器端、学生端和教师端，所述后台服务器端、学生端和教师端均可以通过数据进行连通传输数据，包括：学生根据教师端指示，选择任意后台服务器端存储的算法，所选择得到的算法在学生端执行可视化演示，所述后台服务器端、学生端和教师端共同协同完成算法练习可视化演示。

所述后台服务器端包括调试控制器，完成执行过程追踪，接收学生提交的代码以及定义要在内存中追踪的变量值，检查学生代码对于系统的威胁，限制学生代码执行占用的内存空间，限制执行时间，以调试的方式控制学生代码的执行过程，收集执行过程中的信息，所述调试控制器，基于代码编译调试软件作为基础，编译学生的代码，然后逐步执行，处理执行过程中的意外，根据调试器返回的信息动态设定调试流程；

所述学生端完成每一个算法题目的模拟数据生成方式、学生自定义数据的检查、代码执行过程追踪计划、每一阶段的执行结果显示方案、结果统计方案都是定制代码可储存到云端数据库，在web端执行的时候提取出来执行，题目定制中的显示方案得到的代码放到echarts里出现结果，代码执行中间状态动画过程。解析代码执行结果，渲染成逐帧数据，在echarts里形成逐帧动画，并能够实现动画的开始、暂停、跳帧，执行过程的控制台输出，与动画过程同步进行文字输出，描述学生代码执行过程；

所述教师端可以自己定制新的算法，并加入数据库，查看学生的提交情况，可以给学生布置作业。

上述技术方案中，在后台服务器端，任务队列接收到学生端发来的任务请求，任务请求里除了学生代码还有任务配置，任务配置包括：代码语言、允许占用的最大内存、允许执行的最多时间、需要跟踪的代码内容和追踪方式、回调链接；守护进程将任务分配给空闲的执行管理器。

上述技术方案中，所述执行管理器根据不同的编程语言，选择不同的编译器、调试器、调试管理器、分析器，执行管理器发送指令，完成学生代码的编译，如果发生编译错误，直接将错误信息发送到通知模块，执行管理器将编译好的内容交给调试管理器。

上述技术方案中，所述调试管理器发起调试命令，根据任务配置中要追踪的代码内容决定程序断点，然后开始执行，执行过程中，调试管理器通过调试器的返回内容识别出程序中断状态，将中断之前调试器反馈的信息提交给分析器。