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题名基于智能体的可交互数据结构和算法可视化实现
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作者
庞瑞洋
陆雪松
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机构
华东师范大学数据科学与工程学院
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出处
《华东师范大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第5期32-42,共11页
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基金
国家重点研发计划(2023YFC3341200)
国家自然科学基金(62277017)。
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文摘
数据结构与算法(Data Structure and Algorithm, DSA)作为计算机教育的核心课程,在培养学生的编程能力与算法思维方面起着关键作用.可视化在DSA教学中可以起到提高教学效率和加深学生理解的重要作用.然而,现有的DSA可视化工具大多依赖人工编写可视化代码,存在覆盖范围有限、更新成本高和缺乏交互性等局限性,难以满足动态演示与个性化教学的需求.随着大型语言模型(Large Language Model, LLM)在代码生成方面的出色表现,基于LLM实现自动化的DSA可视化成为可能.为此,提出了一种基于ReAct(Reasoning and Acting)智能体的交互式可视化代码生成方法,旨在解决传统可视化工具自动化程度低、交互性不足的问题.该方法结合LLM的代码生成能力和DSV(Data Structure Visualization)平台的接口,能够将基于Python编写的DSA代码转换为可交互、可执行的动态可视化的代码,从而提升教学直观性和学习体验.为系统评估该方法的有效性,构建了包含150对DSA代码及其对应的DSV可视化代码的数据集,并对比了3种方法 (直接提示、思维链提示、ReAct智能体)在多种主流LLM上的表现.实验结果显示,所提出的基于ReAct智能体的方法在编译通过率(Compilation Rate,CR)、执行通过率(Execution Rate, ER)和可用率(Usability Rate, UR)这3项指标上均显著优于其他方法,尤其在DeepSeek-R1模型下表现最优,显著提升了生成可视化代码的准确性与可交互性,验证了结合LLM与智能体框架在DSA可视化教学中的可行性与优势,为构建高效、个性化、自动化的计算机编程教学工具提供了新路径.
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关键词
数据结构与算法可视化
大语言模型
智能体
代码生成
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Keywords
data structure and algorithm visualization
large language model
AI agent
code generation
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分类号
TP391
[自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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题名程序调试中的数据结构演变可视化方法
被引量：1
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作者
苏庆
陈建成
顾国生
刘冬宁
黄剑锋
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机构
广东工业大学计算机学院
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出处
《计算机工程》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期197-207,共11页
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基金
国家自然科学基金(62072120)
广东工业大学教育教学改革项目(广工大教字〔2023〕51号)
广东工业大学“本科教学工程”项目(广工大教字〔2024〕75号)。
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文摘
数据结构是程序执行时的重要信息载体,其演变过程往往较为复杂和抽象。针对程序设计初学者较难理解数据结构演变过程的问题,提出一种面向程序调试中的数据结构演变可视化方法。在调试开始时,首先使用组件表达式表示数据结构,然后通过配置表以及布局函数将组件表达式生成可视化视图。在进行单步调试后,通过对比单步调试前后的可视化数据方式生成组件演变行为,运用有限状态机理论构建数据结构演变模型,该模型的执行使得组件发生演变,同时生成可视化动作。使用动画单元执行可视化动作,实现数据结构演变的可视化呈现,帮助初学者理解数据结构相关程序的执行过程。实验结果表明,将该方法应用于1个数据结构演变可视化框架StructV,并应用于1个在线可视化编程实训云平台的研发,可有效降低初学者理解数据结构演变过程的难度,并提升编程实训时的程序调试效率。
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关键词
程序调试
数据结构可视化
组件演变行为
有限状态机
数据结构演变模型
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Keywords
program debugging
data structure visualization
component evolution behavior
finite state machine
data structure evolution model
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分类号
TP311
[自动化与计算机技术—计算机软件与理论]
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题名程序调试中的树形结构演变可视化模型
被引量：3
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作者
苏庆
黎智洲
刘添添
吴伟民
黄剑锋
李小妹
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机构
广东工业大学计算机学院
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出处
《计算机科学》
CSCD
北大核心
2021年第5期68-74,共7页
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基金
国家自然科学基金(618002072)
广东省自然科学基金(2018A030313389)
+1 种基金
广东省高等教育教学改革项目(SJJG20191216)
2020年度重庆市出版专项资金资助项目。
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文摘
树形结构作为一种非线性数据结构,在程序执行过程中的演变过程较为抽象,尤其是在对其进行加工型操作时,容易发生内存泄漏。针对编程初学者难以掌握树形结构的逻辑演变过程,以及在程序中发生内存泄漏错误时调试较为困难的问题,文中提出了一种对程序调试过程中树形结构的演变过程进行可视化呈现的处理模型TEVM(Tree Evaluation Visualization Model)。针对单个可视化程序在调试步骤前和调试步骤后的两个树形结构,设计了一种将树形结构转换为线性表示的结构对比算法,得出了它们的包括泄漏树在内的结构差异;同时设计了一种树形结构布局方法,并计算它们的布局差异。根据结构差异和布局差异生成可视化演变序列,调用绘图引擎对该序列进行解析和执行,从而完成对树形结构及其演变过程的动态、平滑和直观的可视化呈现,帮助编程初学者快速理解树形结构相关程序的执行过程,提升调试效率。将TEVM模型集成于一个面向编程实训教学的集成开发环境原型Web AnyviewC中,取得了较好的应用效果。
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关键词
程序调试过程
数据结构可视化
树形结构
泄漏树
树形结构演变可视化模型
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Keywords
Program debugging process
Data structure visualization
Tree structure
Leaked tree
Tree struct evaluation visualization model
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分类号
TP311
[自动化与计算机技术—计算机软件与理论]
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