基于线性规划模型和蚁群算法的智能排课系统

论文摘要

高等学校智能排课系统具有其固有的复杂性,其本质是一个多资源约束分配问题,需要周密的思考和研究以及不断的实践过程。高校排课是教学运行管理中非常重要的环节之一,排课系统中涉及的资源包括教师、教室、课程、班级、时间段五个元素,而这些资源都是有限的,怎样准确、合理、快速无误地编排好课表已成为高校管理中一大热点和难点。本文从高校本身出发,分析了高校排课中的原则和约束条件,保证排课系统更加完善、人性化。通过设计系统逻辑模型,分析给出系统功能模块,将信息数据结合,定义课程难度值(Difficult Value)来确定课程的优先级别,保证系统的良好运行,同时,设计出系统的数据库,以及数据库中各个资源信息的关系,便于系统结构的应用和数据库信息的高效利用。本文设计了系统的体系结构和模块,通过UML统一建模语言进行数学模型建立,分析五个资源的关系进行资源设置,建立基于线性规划的数学模型,并通过空间模型进行辅助,使得模型更加形象具体。在此基础上通过变量和决策变量的选择,运用蚁群算法,进行随机搜索,根据线性规划模型中的目标函数,放置人工蚂蚁,选择n个变量成n级决策变量来计算课程的编排。同时,提出了排课模板思想,减少不必要的重复性工作,提高系统的运行速度;通过引入适应度函数,给出评判系统优良性的标准,以及处理问题的方法。实际结果表明,该模型能很好表示排课问题,排课结果表明算法是有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 排课系统的现状
• 1.2 排课难点分析
• 1.3 基于本校的排课要求
• 1.4 本文的主要工作及结构安排
• 1.4.1 本文的主要工作
• 1.4.2 本文的结构安排
• 第二章 排课系统的原则及约束条件
• 2.1 排课的约束条件
• 2.2 排课的原则及满足条件
• 2.2.1 排课的原则
• 2.2.2 排课的满足条件
• 2.3 系统性能要求
• 2.4 系统的开发环境
• 2.4.1 系统数据库的选择
• 2.4.2 系统开发环境
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统的前期设计
• 3.1 系统逻辑模型
• 3.2 系统功能模块分析
• 3.3 系统数据库分析
• 3.3.1 数据库前期分析
• 3.3.2 合班问题
• 3.3.3 学期的计算
• 3.3.4 课程难度值
• 3.3.5 系统实现需要的数据库表信息及信息写入过程
• 3.3.6 系统中需要注意及解决的问题
• 3.4 各数据库表之间的关系
• 3.5 自动排课系统的遍历过程
• 3.6 本章小结
• 第四章 系统模型设计及算法分析
• 4.1 系统设计
• 4.1.1 排课系统的体系结构
• 4.1.2 排课系统模块设计
• 4.2 系统的UML 基本模型设计
• 4.2.1 UML 简介
• 4.2.2 系统UML 模型设计
• 4.3 系统数学模型
• 4.3.1 系统数学模型
• 4.3.2 数学模型设计
• 4.3.3 空间模型辅助
• 4.4 算法设计
• 4.4.1 蚁群算法
• 4.4.2 蚁群算法设计
• 4.4.3 算法分析
• 4.5 排课模板的思想
• 4.5.1 排课中的各个因素分析
• 4.5.2 排课模版的讨论
• 4.6 死锁问题的处理
• 4.6.1 时间段死锁
• 4.6.2 教室死锁
• 4.6.3 死锁的处理方法
• 4.7 实验结果
• 4.8 本章小结
• 第五章 系统性能的评判标准
• 5.1 排课系统的评判标准
• 5.2 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的论文
• 大摘要