排课系统的设计与实现毕业设计(论文).doc
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1、毕业设计(论文)课 题 名 称 课表编排系统设计与实现 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷
2、本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使
3、用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价:一、撰写(设计)过程1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性;技术线
4、路的可行性;设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)指导教师: (签名)
5、 单位: (盖章)年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价:一、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)评阅教师: (签名) 单位: (盖章)年 月 日教研室(或答辩小组)及教学系意见教
6、研室(或答辩小组)评价:一、答辩过程1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
7、优 良 中 及格 不及格评定成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)教研室主任(或答辩小组组长): (签名)年 月 日教学系意见:系主任: (签名)年 月 日摘要近年来随着大学的扩招和规模的扩大,排课问题已成为一个非常棘手的问题,在教室资源有限的前提下课程编排显得更加繁重,同时课程的编排也更成为教学管理工作的关键,在一定程度和深度上影响着学生的培养与教学质量的提高。利用计算机进行自动排课,不但能使教务人员从繁杂的排课任务中解脱出来,提高教务管理工作效率,而且能改善教学管理质量,合理、高效地利用有限的教学资源,使学校的各种教学活动、教学管理及其它相关的工作能够有序、规范地进行,
8、维持正常的教学秩序,同时对推动教务管理的信息化起到非常重要的作用。 排课问题是一个有约束的、多目标的、难解的组合优化问题,是属于NP-完全问题。研究者提出了多种排课算法,例如模拟退火、列表寻优搜索、约束满意等算法,而遗传算法是很有效的求解最优解的算法之一。 遗传算法通过交叉、变异、选择三种遗传算子来实现遗传和变异的功能,并采用适应度函数保证排课结果趋于最优,对现有教学资源进行科学合理的安排,在实践中具有一定的应用价值。针对之前研究者未解决的运行时间太长问题,本文提出了一套基于二维编码的改进的编码方法和教室位置填充方法,精简了染色体信息量而大大缩短了系统的运行时间。此外,在系统设计中,运用了基于
9、容器的容器编程技术,实现了不定数据量的便捷处理。关键词 遗传算法; 排课问题; 适应度函数36ABSTRACTAbstract In recent years, with the University Expansion and expansion of the scale.timetabling has become a very difficult problem. Limited resources in the classroom context, Curriculum has become more onerous. The courses become the key to tea
10、ching management at the same time. It affects students in developing and improving the quality of teaching to some extent. Arranging automatically by computer, not only to academic staff from the cumbersome task of freeing Arranging, improve efficiency of educational administration, but also to impr
11、ove the quality of teaching management. Rational and efficient use of limited teaching resources, making variety of teaching activities, teaching management and other related work orderly and standardized manner, keeping the normal teaching order, At the same time promoting the academic management o
12、f information technology play a very important role.Timetabling problem is a constrained, multi-objective, intractable combinatorial optimization problems, it belongs to NP-Complete problems. Researchers have proposed many other Timetabling Problem, such as Simulated Annealing, List of search optimi
13、zation, Constraint satisfaction and so on. But genetic algorithm is very effective algorithm for solving the optimal solution .GA carry out genetic and functional variation through Crossover, mutation and selection of three genetic operators. And adopt fitness function ensure Arranging Results tend
14、to the best. According to the problem that running time is too long,which the res-earchers didnt resolved well before,this paper puts forward a improved method based on two-dimensional coding and the classroom filled method, simplifying the chromosome information and greatly shortening the syetem op
15、eration time. In addition, in the system design, we use the programming method of container based on container , realizing the convenient and fast processing of uncertain quantity data. Key words curriculum arrangement; genetic algorithm; Priority strategy目录中文摘要 . I英文摘要 . II1前言 . 12排课问题描述 . 2 2.1 问题
16、需求分析 . 2 2.2 数据需求分析 2.2.1时间问题 2.2.2 教师和课程问题 2.2.3教室的问题 2.3功能需求分析 2.3.1院管理模块 2.3.2自动排课模块 2.4排课过程的约束条件3自动排课系统的设计. 2 3.1遗传算法的思想 3.2构建基因编码和染色体 3.2.1混合式编码 3.2.2染色体的表示 3.2.3 初始化种群4数据库问题 .3 4.1 数据库设计 4.1.1 概念模型设计 4.1.2 逻辑模型设计 4.1.3 数据库的物理设计 4.2 期望结果 4.2.1构造适应度函数 4.3功能模块的设计 4.3.1 登录模块 4.3.2主界面模块 4.3.3学院管理模块
17、 4.3.4查询模块 4.3.5 排课模块5冲突问题解决. 46 结果评估 . 57结束语 . 6致敬词 . 7参考文献 . 8附录 . 81 前言 随着高校招生逐年扩张,大学课程向着广度和深度发展,高校的教师、教室等一些资源越发显得紧张,不管是在时间还是效率方面,用人工排课已不能够解决现有的问题。排课是高校日常教学工作和其他活动的基础,是教师和学生正常科学工作学习的依据。所以计算法自动排课已成为一个重要的研究课题1。国内学者在自动排课系统方面曾做过一些研究,如用到到退火算法、回溯算法、遗传算法,但运行结果尚有待改进的地方,排课效果不尽人意5。我们认为,问题不尽在数学建模上,还与问题的处理方式
18、有关。将遗传算法应用于排课问题中,首先,初始化课表种群,其次,检测初试种群中的冲突,然后,对种群做选择,杂交,突变操作,一直迭代到具体指定的代数,最后就会得到较优解。文1中提到编码时染色体上基因片存储信息大小为11字节,而本文的编码方式一个基因片只用了6字节,轻装运行,经试验得出,速度更快。还有,文1介绍把教室与时间等信息共同处理的思路,这可能会产生空间上的冲突,而本文提出将教室分离出以单独处理,就完全解决了空间上的冲突问题。本文根据高校开课的具体情况,采用优化的编码方案,满足排课过程中的一些硬性和软性约束因素,利用遗传算法对课表进行了优化,从而得到了最终的无冲突、更人性的排课方案。2 排课问
19、题描述2.1 问题需求分析 排课工作是一项十分繁重而复杂的工作,就以一般高校而言,它涉及到几千多门课程进行合理的组织安排,而所使用的教室资源却在学生规模每年都在增加的趋势下越发显得紧张了。排课的整个过程中充满了矛盾运动,其中包括上课班级、所开课程、任课教师、上课时间、上课地点这5个方面在排列组合中发生的冲突和矛盾现象。课程门类多、班级多、教师少、教室少、教师连续上课的要求、班级连续上课的时间合理安排是排课时发生冲突和矛盾的主要因素,而班级多、教室少则是矛盾的重要方面。课程表则是解决这些矛盾的舞台,是提高教学管理水平、组织师生进行有序教学的规范之一,对有效地提高教育教学质量有重要作用。如果课程表
20、编排得不合理、不科学,将影响课堂教学的效率和教学的整体效果。要想编排好学校的课程表,需要综合考虑学校的教师、教室、学生、班级、时间等多方面因素,反复调整,避免冲突。 一张正确的课表应至少满足以下硬约束条件:3 (1) 一个教师或者一个班级或者一个教室在同一时间段内只能安排一门课程; (2) 分配的教室可容纳人数应该大于学生数。 除了上述的硬性约束,还有些软约束,这些软约束有助于使得课表更加合理,更加人性化。这些软约束条件可能是4: (1) 尽量在早上安排必修课,而下午安排选修课,晚上尽量不排课; (2) 尽可能满足个别教师的特殊上课时间要求; (3) 一门课尽量分散在一个星期中,即某天上完某一
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