基于遗传算法的自动排课系统的设计与实现

论文摘要

排课任务在学校教务管理工作中尤为重要,甚至相当复杂棘手。如何根据所要开设的课程,遵守一定约束条件,充分有效地利用有限的教师队伍和学校教学资源,按照时间、空间不冲突原则,排出合理的时空调度表即课程表,对学校来说意义十分重大。合理的课程表编排能够稳定教学秩序、提高课堂教学效果,推动教学工作良性发展。排课问题早在1976年就已经被S.Even等人证明了是一个NP完全问题,目前对排课算法进行的研究已有很多,但是至今还未能形成一个最优解决方案。本文首先对排课问题的已有相关算法进行了调查研究,决定将遗传算法应用到排课问题的求解中。然后对排课系统进行了分析和设计,研究了排课问题的影响因素,制定了主要约束条件,确立了相应的组合优化数学模型,对遗传算子进行了改进,提高了算法的效率和运行速度。采用面向对象编程思想,在Eclipse开发平台下,选用SQL Server2005数据库,最终针对中学实现了基于遗传算法的自动排课系统,研究了遗传算法在中学排课系统中的应用。对系统的测试结果证明,本系统界面友好,简单易用。系统中各模块的基本功能已经实现,并且很好地满足了预先规定的主要约束条件,有效地解决了学生、教师和班级之间的冲突问题,提高了求解速度,最终形成既科学又合理的课程表。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 排课问题研究背景及意义
• 1.2 排课问题国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 本文组织结构
• 第二章 相关基础理论
• 2.1 排课算法简介
• 2.1.1 专家系统
• 2.1.2 贪心算法
• 2.1.3 回溯算法
• 2.2 遗传算法简介
• 2.2.1 遗传算法概述
• 2.2.2 遗传算法的特点
• 2.2.3 遗传算法的主要步骤
• 2.2.4 遗传算法解决排课问题的特点
• 第三章 排课系统的分析与总体设计
• 3.1 排课问题的分析
• 3.1.1 排课问题的要素
• 3.1.2 排课约束
• 3.1.3 排课问题的数学分析
• 3.1.4 排课问题的复杂度分析
• 3.1.5 排课问题的求解目标
• 3.2 排课系统的总体设计
• 3.2.1 系统结构图
• 3.2.2 系统功能目标
• 3.2.3 系统功能模块设计
• 3.2.4 系统用例图
• 3.2.5 系统活动图
• 3.2.6 系统顺序图
• 第四章 数据库设计
• 4.1 数据库设计准备
• 4.1.1 数据库模型的选择
• 4.1.2 关系数据库的设计原则
• 4.2 数据库概念结构设计
• 4.3 数据库逻辑结构设计
• 4.4 数据库物理结构设计
• 4.4.1 特殊教室信息表ClassRoomTb
• 4.4.2 课程信息表 CourseTb
• 4.4.3 教师信息表 TeacherTb
• 4.4.4 班级信息表 ClassTb
• 4.4.5 学期课程计划表 TermPlan
• 4.4.6 班级课程信息表 ClCo
• 4.4.7 学期信息表 Term
• 4.4.8 课表信息表 CourseInfoTb
• 第五章 排课系统的详细设计与实现
• 5.1 登陆模块
• 5.2 网站布局
• 5.3 基础信息管理模块
• 5.3.1 特殊教室管理模块实现
• 5.3.2 课程信息管理模块实现
• 5.3.3 教师信息管理模块实现
• 5.3.4 班级信息管理模块实现
• 5.4 排课设置管理模块
• 5.4.1 学期课程计划管理模块实现
• 5.4.2 班级课程及任课教师管理模块实现
• 5.5 基于遗传算法的自动排课模块
• 5.5.1 算法设计-遗传算法的排课处理流程
• 5.5.2 算法设计-编码及初始种群
• 5.5.3 算法设计-冲突的检测和消除
• 5.5.4 算法设计-确定适应度
• 5.5.5 算法设计-遗传算子
• 5.5.6 算法设计-设置控制参数
• 5.5.7 自动排课窗口的界面设计
• 5.6 排课管理模块
• 5.6.1 手工排课及课表调整模块设计
• 5.6.2 教师及班级课表打印模块设计
• 5.7 排课系统测试
• 5.7.1 测试数据
• 5.7.2 测试结果
• 第六章 结语
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况