一种基于计算机系统随机数生成的义务教育派位入学方法

本发明属于计算机技术应用领域，提出了一种基于计算机系统随机数生成和现场公众代表监督参与的义务教育派位入学的方法，符合义务教育入学的相关政策。旨在提高派位入学的操作可行性和结果的社会公信力。

随着义务教育的迅速发展，迫切需要解决教育资源的均衡化，而派位入学是实现这一目标的可行方法。本发明结合配套的计算机系统现场派位程序，实现了整个派位过程有公众监督和参与。通过计算机系统派位程序产生的随机数与入学申请者各个入学意向的关联，根据入学申请者填写的入学意向和学校的学位数目情况，按与入学意向关联的随机数大小排序选择入学申请者。参与现场派位的公众代表可以随时查阅派位过程中随机数的生成情况并向公众展示，也能通过由公众代表抽签选择改变随机数的生成次数，从而使派位结果更加不可预测。

为实现计算机派位，普遍采用的方法是在公开的派位现场，由计算机系统为每个入学申请者生成一个随机数，称为派位随机号，其值范围很大而没有重复，每个值的出现概率是相同的(统计上的均匀分布)，同时与入学申请者的信息排列顺序无关，数值的产生是无规则的，不能在系统程序内部中预先设置，或外部人为指定，派位时根据入学申请者相对应的派位随机号大小顺序依次录取。这样保证每位入学申请者都有平等的录取机会。为了使派位结果更加可信，要求派位系统能实现如下附加目标

1.公众在现场能详细了解派位过程的各个具体步骤，以及必要的状态信息，如入学申请者的意向学校、派位过程中关联的意向随机号的值等。消除公众的疑问与困惑。

2.公众能认可派位结果不是预先安排的，而是完全随机的。并且提供可行的、能变化最终派位结果的方法，同时这样的方法能被公众所理解和接受。

3.派位结果必须是不可预测的，在抽签确定了随机数生成次数并开始进行信息验证后，几乎所有信息都公开了，要实现派位结果不可预测，必须保护好计算机系统内部的随机数生成状态。同时需要提供能变化最终派位结果的方法，使用给随机数生成设置种子以改变随机数生成的办法是不行的。因此使用生成不同轮(次)数的随机数来达到变化派位结果的目的，由于生成轮数是派位过程中由公众代表随机抽签指定的，这样符合公众的认知。

为实现上述目标，使用由计算机系统程序运行生成的随机数，这些生成的随机数值在数学上符合均匀分布的统计规律。虽然生成的随机数值看起来是大小是随机出现的，但除非使用昂贵的硬件物理设备产生的真随机数以外，一般所使用的编程语言产生的随机数是计算机根据确定的算法，从一个初始种子值开始依次输出计算出的各个随机数，产生输出序列提供派位使用。

种子值可以由程序在开始生成随机数输出之前指定，但多数情况下，程序不需要指定种子值，而是自动将计算机系统的内部运行状态信息转换为种子值，从而开始随机数的生成。只要知道了开始的种子值，那么其后的随机数输出序列就完全确定了。显然，在生成随机数前指定一个种子值，可以改变随机数的生成，从而改变派位结果，但种子值被外人得知后，会立即得知随后生成的随机数序列的每个值，结合公开的派位方法，能很快计算推测出派位结果。如果提前公布出推测的派位结果，会对计算机派位的公信力造成严重损害和不良的社会影响。即使没有公开种子值，外人也能根据信息公开中显示的若干意向随机号推测内部随机数的生成状态，只是这个推测过程需要较多的计算时间，只要在正式派位结果输出完成并且由公证员封存前没有推测出内部随机数生成和派位信息，那么派位的结果就是可信的。通过在各个意向执行派位时动态选择升序或降序派位方式，大大增加了推测的难度和时间花费。

关于计算机中随机数的生成具体如下：

计算机系统中，需要生成随机数以满足一些功能要求,例如模拟随机抽签、摇号、派位等等。需要多个随机数的场合，在大多数计算机编程语言中配备了随机数发生器函数，能生成一组随机数，一般称为一个随机数序列。在数学上符合等概率均匀分布。在派位应用时，要求随机数生成的分布是等概率出现的，且生成结果具有不确定性，即结果具体值不可预测。

除非使用专门的、基于量子力学的物理设备产生真随机数、一般场合使用的随机数是由计算机程序根据确定的算法生成，这种称为伪随机数发生器。伪随机数发生器在开始时使用一个输入值进行计算，这个输入值称为种子值，算出一个数值，可以作为下一次计算的输入，然后将这个数值映射到一个比较小的范围内，作为产生的随机数输出。在多数编程语言中，提供了使用线性同余法的随机数发生器功能，每调用一次，就输出随机数序列中的一个值，计算形式为

Xn+1＝(aXn+b)

输出的随机数＝Xn+1mod c(mod运算相当于做除法得到的余数结果)Xn+1在生成随机数序列的下一个随机数时，作为公式中的Xn进行迭代计算。

在派位中，除了最后一轮产生的随机数以外，其它各轮产生的随机数都是可见的，攻击者会试图推测随后产生的随机数。

从以上叙述可以看出，计算机生成的随机数安全性不够理想，使用确定的算法产生随机数，虽然符合均匀分布的概率统计特征，但能被攻击者推测出内部的运行状态，猜测出后继生成的随机数，结合公开的信息和派位方法，可以计算推测出具体的派位结果。这对使用随机数进行入学派位结果的可信程度

本发明用于解决现有方法在生成随机数前需要指定一个种子值，当得到种子后可以改变随机数的生成，从而改变派位结果的问题。

本方法对录取中的随机号排序方式应用作了改进，即为对每个入学申请者的每一入学意向随机生成一个意向随机数关联，在依次进行各个意向录取时分别使用对应关联的随机数，且各个意向录取使用的排序方式会在升序和降序之间动态选择，其意义一是提升了公平性，使各个意向的录取更加均匀，二是减少被推测出结果的可能性。具体如下：

一、每个符合入学条件的入学申请者有一个独立的入学信息采集编号，在执行派位的计算机系统数据库中代表该入学申请者，并根据其居住地依次填报服务范围内的入学意向学校，同时各学校提供可接收入学的学位数，这些信息均存储到供现场派位使用的计算机系统数据库中。

二、现场派位时，选出若干公众代表和参与和监督派位的每一步流程，同时有公证人员对过程进行监督，用来消除公众对入学派位过程的的疑惑，确保派位结果是真实可信的。

为了实现上述的内容，本发明采用的技术方案是：

一种基于计算机系统随机数生成的义务教育入学派位方法，包括以下步骤：

启动计算机程序运行，开始若干轮信息验证，由抽签选出的家长代表从全体入学申请者名册中任意选择入学申请者，将其信息采集编号提供给计算机操作员，进行查询验证。

第一次随机数生成之前，验证系统中与入学申请者入学意向关联的随机数为空，派位结果也为空

第一次随机数生成之后，验证系统中与入学申请者入学意向关联的随机数值，不同人各个入学意向关联的随机数值也各不相同，派位结果为空

第二次随机数生成之后，验证系统中与入学申请者入学意向关联的随机数值，与第一次的随机数值不同，派位结果为空。主持人会提示每次为每个入学申请者生成的随机数是不同的，大小无法预测。

以上步骤可重复，直到到达抽签确定出的随机数生成次数。

开始，使用最后一次生成的随机数，进行派位。从每个入学申请者的第一入学意向开始，计算机生成一个随机数，根据此随机数是奇数还是偶数，将入学申请者按照关联的随机数升序或降序排序，将入学申请者派位到意向学校，直到意向学校名额招满或入学申请者都被派位到意向学校。未被派位的入学申请者转到后续的第二入学意向处理，步骤过程与第一入学意向处理相同。每一入学意向的处理过程都相同，完成所有入学申请者的派位。最后，导出派位结果数据文件，交与公证员封存。

有益效果

本发明方法使用计算机系统生成的随机数分配给入学申请者的各个入学意向，按随机数的值对入学者排序进行录取。除了实现每个入学申请者的派位机会均等外，各个步骤中的信息对外完全公开透明，没有保密的内容，公众能够确认派位结果没有任何预先设置的可能。且每个操作步骤和结果都清晰可见，避免了某些派位中简单走过场的缺点，通过派位过程中多轮信息验证，完全消除公众的疑惑。

通过代表抽签决定哪一轮随机数生成作为正式派位使用的随机数，使派位结果能有所变化，同时这种变化又是安全和可接受的，体现了公众的参与。

不采用固定的升序排序方式，在派位中针对多个入学意向的每一个意向顺序，使用计算机现场生成随机数的奇偶性确定排序是升序还是降序，每个意向顺序有不同的随机数排序方式，使派位结果更加多样化。且使得依据公开的信息提前推测派位结果变得更加困难，增强了结果的可信度。由于计算机生成的随机数是由确定算法产生的伪随机数，虽然在派位算法和信息公开的情况下，不能由人为预先设置，但公开的信息使预测派位结果成为可能。本发明增加了预测的难度，在公开派位过程持续的时间范围内，大大减少了预测出派位结果的概率，使得派位工作安全可信。

图1、本发明方法流程图

图2、正式派位处理流程

下面结合具体实施样例对本发明进行详细说明。

建立存储入学派位所需信息和结果的数据库，包括入学申请者基本信息、填报的各个入学意向、意向学校招收人数(学位数)，以及派位结果的录取去向信息。

编写计算机入学派位程序，可以访问计算机数据库，得到入学申请者的基本信息和入学意向、学校学位数目。生成符合要求的随机数并与入学申请者的每个入学意向关联，按上述步骤执行派位操作为各个学校接收入学申请者。此程序经过权威的第三方检测机构测试通过。

派位现场准备好计算机系统，含入学派位程序和数据库，由现场派位操作员按要求执行操作。同时现场有公证员全程监督计算机系统和操作过程。

现场主持人按公布的入学派位过程指示派位操作员进行各步操作，公众代表监督和选择要求查看某个入学申请者的信息和关联的随机数，向现场公众展示。

公众代表抽签确定最终生成随机数的轮数，公众监督操作员操作计算机程序生成指定轮数的随机数。除最终一轮以外，每轮随机数生成完毕后，公众代表选择要求查看某个入学申请者的信息和每个入学意向关联的随机数，向现场公众展示。最终一轮随机数生成完毕后，主持人提示开始执行正式入学派位操作。操作员操作计算机程序进行入学派位，按前述方法将入学申请者录取到某个学校，录取结果从数据库导出复制到移动存储介质后由公证员封存，并对整个现场入学派位过程的公平性给出公证结论。

应用场景如下：

参与者

组织方：主持人1位、现场抽签辅导员1位、计算机操作员1位

公证处：公证员2位

家长代表：几十位，其中5位参加现场抽签

计算机系统程序功能

收集入学申请者基本信息，即入学信息采集编号(教委统一的编号)、姓名、身份证件号、入学意向和顺序。

相应地，有根据计算机系统中入学申请者基本信息打印出的纸质全体入学申请者名册。为每位入学申请者的每个入学意向生成一个随机数(范围足够大)，如果多次生成随机数，只有最后一轮生成的随机数记录在系统中。

提供根据入学申请者信息采集编号查询入学申请者信息(姓名、身份证件号、入学意向顺序和对应分配的随机数、以及派位结果)，当信息未产生时，显示内容为空白。

在为每位入学申请者的每个入学意向生成一个随机数后，进行入学派位，生成所有入学申请者的派位结果，即入学申请者的派位去向。

导出派位去向结果数据，公证员封存(程序和入学申请者基本信息数据库副本已在开始派位前封存)

派位过程

采用从暗箱中摸球的方式，从5位参加现场抽签的家长代表中抽签选出2位参加信息验证。1位代表负责抽签选择确定正式派位所使用的随机数生成次数(次数不小于3)。

启动计算机程序运行，开始若干轮信息验证，由抽签选出的家长代表从全体入学入学申请者名册中任意选择入学申请者，将其信息采集编号提供给计算机操作员，进行查询验证。

第一次随机数生成之前，验证系统中与入学申请者入学意向关联的随机数为空，派位结果也为空

第一次随机数生成之后，验证系统中与入学申请者入学意向关联的随机数值，不同人各个入学意向关联的随机数值也各不相同，派位结果为空

第二次随机数生成之后，验证系统中与入学申请者入学意向关联的随机数值，与第一次的随机数值不同，派位结果为空。主持人会提示每次为每个入学申请者生成的随机数是不同的，大小无法预测。

以上步骤可重复，直到到达抽签确定出的随机数生成次数。

开始，使用最后一次生成的随机数，进行派位。从每个入学申请者的第一入学意向开始，计算机生成一个随机数，根据此随机数是奇数还是偶数，将入学申请者按照关联的随机数升序或降序排序，将入学申请者派位到意向学校，直到意向学校名额招满或入学申请者都被派位到意向学校。未被派位的入学申请者转到后续的第二入学意向处理，步骤过程与第一入学意向处理相同。每一入学意向的处理过程都相同，完成所有入学申请者的派位。最后，导出派位结果数据文件，交与公证员封存。

具体过程如下：

步骤1：采集入学申请者基本信息，为每个入学申请者生成一个独立的入学信息采集编号存储到计算机数据库中，此数据库也存储义务教育服务范围内的各个学校招生名额(学位数)限制值，以及填报的入学申请者对各个学校的入学意向顺序。

步骤2：设计计算机数据库使得每个独立的入学申请者(以信息采集编号表示，下同)的每个入学意向能与一个大范围(至少一亿至十亿)内取值的随机数关联。

步骤3：向公众展示计算机系统中入学申请者基本信息，任意选择某个入学申请者，显示此时在计算机系统中入学申请者的各个入学意向还没有关联的随机数。

步骤4：进行第一轮随机数生成与公众检验

步骤4.1：执行一次计算机操作按入学申请者数目生成一组随机数，每个入学申请者的每一入学意向与一个随机数关联。

步骤4.2：向公众展示入学申请者基本信息，选择某个入学申请者，显示此时入学申请者的每一入学意向已关联随机数，公众可记录随机数的值。

步骤5：进行第二轮随机数生成与公众检验

步骤5.1：执行一次计算机操作按入学申请者数目生成一组随机数，每个入学申请者的每一入学意向与一个随机数关联(替换步骤4.1中的关联)。

步骤5.2：向公众展示入学申请者基本信息，选择某个入学申请者，显示此时入学申请者的每一入学意向已关联随机数，公众可对比与在步骤4.2显示的随机数值有所不同。

步骤6：由选出的公众代表从两个代表随机数生成次数的数字中抽签选出一个值，此数值决定哪一轮生成的随机数用于实际派位，两个值均应大于2(但不宜过大，以便于实际操作)。

步骤7：进行第三轮随机数生成

步骤7.1：执行一次计算机操作按入学申请者数目生成一组随机数，每个入学申请者的每一入学意向与一个随机数关联(替换步骤5.1中的关联)。

步骤7.2：若在步骤6中选出的数字值是3，则进行步骤9执行派位。

步骤8：进行第四轮随机数生成，执行一次计算机操作按入学申请者数目生成一组随机数，每个入学申请者的每一入学意向与一个随机数关联(替换步骤7.1中的关联)。步骤8可重复进行，直到生成的随机数轮数和步骤6中抽取的数值相同，且在生成的随机数轮数小于步骤6中抽取的数值时，生成随机数后都可以进行类似步骤4.2的信息检验。

步骤9：执行第一入学意向派位

步骤9.1：生成一个随机数，按填报的第一入学意向学校将入学申请者分组，对招收学生的每个学校，根据随机数的奇偶，分别执行步骤9.2或9.3。

步骤9.2：随机数为偶数时，分组按照与入学申请者第一入学意向关联的随机数从大到小的顺序选择录取接收入学申请者入学，直到学校学位数收满或第一意向的入学申请者都已接收人学，转步骤9.4。

步骤9.3：随机数为奇数时，则分组按照与入学申请者第一入学意向关联的随机数从小到大的顺序选择录取接收入学申请者入学，直到学校学位数收满或第一意向的入学申请者都已接收人学。

步骤9.4：在步骤9.2或9.3中未录取接收入学的入学申请者，转步骤10继续

步骤10：执行第二入学意向派位

步骤10.1：生成一个随机数，按填报的第二入学意向学校将未录取接收入学的入学申请者分组，对招收学生的每个学校，根据随机数的奇偶，分别执行步骤10.2或10.3

步骤10.2：随机数为偶数时，按照与入学申请者第二入学意向关联的随机数从大到小的顺序接收入学申请者入学，直到学校学位数收满或第二意向的入学申请者都已接收人学，转步骤10.4。

步骤10.3：随机数为奇数时，则按照与入学申请者第二入学意向关联的随机数从小到大的顺序接收入学申请者入学，直到学校学位数收满或第二意向的入学申请者都已接收人学。

步骤10.4：在步骤10.2或10.3中未接收入学的入学申请者，转步骤11继续。

步骤11：继续进行第三入学意向派位，其具体过程等同于第一或第二入学意向的处理过程，因此不再赘述。

步骤12：在步骤11中未接收入学的入学申请者，进行第四入学意向派位。

步骤13：在步骤12中未接收入学的入学申请者，进行第五入学意向派位和其后各个入学意向的派位。具体过程与先前各入学意向派位的流程一致。

步骤14：所有入学申请者都完成了派位接收入学，公证员将派位接收入学信息复制封存并宣告派位结果。