基于智能规划的排课系统的研究与设计

论文摘要

智能规划(Planning)是人工智能研究领域近年来飞速发展起来的一个热门分支，也是一个多领域交叉的研究领域，它涉及知识表达、知识推理、非单调逻辑、情景演算、人机交互和知识挖掘等各个方面。其发展不仅对于人工智能领域具有重要的意义，甚至会从根本上改变人类使用计算机的传统方式。最令人瞩目的是1995年Blum和Furst提出的基于规划图的快速规划方法——图规划Graphplan。图规划方法引起了整个智能规划界的关注，受到许多学者的强烈推崇。这种方法把按照STRIPS规则形成的规划问题翻译成了能用路径发现方法求解的规划图结构，第一次采用图的方式来解决规划问题，在智能规划领域中取得了革命性的进展。用这种方式解决规划问题，能使一些动作并行执行，大大提高了求解效率。运用智能规划技术解决排课问题，就是在初始状态和结束状态之间找一条可行的路径规划，这条路径规划就是排课的过程。排课规划的初始状态是未安排的执行课程(由同一个老师在同一个课室上课的教学班级称为执行课程)、未安排的课室，规划的结束状态是全部执行课程已经安排出去。算法的任务就是利用学校的教学资源，协调各个老师的需求，理顺课程优先关系，运用智能规划技术，对排课问题进行认识与分析，然后根据排课所要实现的目标，利用图规划(GraphPlan)算法来选定要执行的动作，综合制定出实现目标的规划(Plan)。本文的研究来源于广东商学院继续教育学院排课系统，它是广商继续教育学院教务管理系统的子系统，主要完成全校所有课程排课的功能。该系统在实际使用中具有通用性不高、排课结果还不够理想的问题。本文在参考大量相关技术文献的基础上，深入细致地分析了排课系统的各种求解技术，结合分析已开发的广商继续教育学院的排课系统在运行中表现出的不足，提出建立一个基于智能规划的排课系统的解决方案，并从理论上分析了这个排课系统排出的课表和原系统相比有更多的优点。论文最后对所做的工作进行了总结，并指出了进一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 排课问题的研究现状
• 1.2.2 智能规划的研究现状
• 1.3 研究内容与目标
• 1.3.1 前期工作
• 1.3.2 研究内容与目标
• 1.4 基于智能规划的排课系统的特色
• 1.5 论文内容组织
• 第二章 相关技术的介绍
• 2.1 排课问题的求解技术综述
• 2.2 智能规划相关技术的介绍
• 2.2.1 STRIPS表示
• 2.2.2 图规划（GraphPlan）方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 广商继续教育学院排课系统的介绍
• 3.1 概述
• 3.2 广商继续教育学院教务管理系统简介
• 3.3 排课系统的业务需求
• 3.3.1 业务流程
• 3.3.2 数据流图（DFD）
• 3.3.3 功能和性能需求
• 3.4 排课系统的设计
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 系统结构
• 3.4.3 排课系统的数据结构、数据库设计
• 3.4.4 排课系统的功能设计和实现
• 3.5 系统运行情况分析
• 3.5.1 系统运行情况
• 3.5.2 系统运行情况分析
• 3.6 排课系统性能改进的分析
• 3.6.1 排课系统存在的问题
• 3.6.2 排课系统性能改进的思路
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于智能规划的排课系统的解决方案
• 4.1 概述
• 4.2 采用智能规划技术的原因
• 4.3 建立通用排课系统结构
• 4.4 排课问题的表示
• 4.4.1 知识的表示
• 4.4.2 状态表示、目标表示、行动表示
• 4.5 排课自然规则和人为规定约束的生成
• 4.6 用图规划方法来解决排课问题
• 4.6.1 规划图的元素组成
• 4.6.2 初始状态和目标状态
• 4.6.3 图扩展
• 4.6.4 解提取
• 4.7 算法实例分析
• 4.8 基于智能规划技术的排课系统的功能设计及实现
• 4.8.1 功能设计
• 4.8.2 实现算法流程
• 4.9 小结
• 第五章 基于智能规划的排课系统的性能分析
• 5.1 概述
• 5.2 算法可行性的理论分析
• 5.3 基于智能规划技术的排课算法的优点
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要研究内容
• 6.2 结论和前景展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附图表目录