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基于遗传算法的自动排课系统的设计与实现

作　者: 陈莎敏
导　师: 潘伟
学　校: 东北师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 遗传算法自动排课时间表
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-11
  1.1 排课问题研究背景及意义  8
  1.2 排课问题国内外研究现状  8-10
  1.3 本文主要工作  10
  1.4 本文组织结构  10-11
第二章相关基础理论  11-17
  2.1 排课算法简介  11-13
    2.1.1 专家系统  11
    2.1.2 贪心算法  11-12
    2.1.3 回溯算法  12-13
  2.2 遗传算法简介  13-17
    2.2.1 遗传算法概述  13-14
    2.2.2 遗传算法的特点  14
    2.2.3 遗传算法的主要步骤  14-15
    2.2.4 遗传算法解决排课问题的特点  15-17
第三章排课系统的分析与总体设计  17-28
  3.1 排课问题的分析  17-21
    3.1.1 排课问题的要素  17-18
    3.1.2 排课约束  18
    3.1.3 排课问题的数学分析  18-20
    3.1.4 排课问题的复杂度分析  20-21
    3.1.5 排课问题的求解目标  21
  3.2 排课系统的总体设计  21-28
    3.2.1 系统结构图  21-22
    3.2.2 系统功能目标  22-23
    3.2.3 系统功能模块设计  23
    3.2.4 系统用例图  23-25
    3.2.5 系统活动图  25-26
    3.2.6 系统顺序图  26-28
第四章数据库设计  28-34
  4.1 数据库设计准备  28-29
    4.1.1 数据库模型的选择  28
    4.1.2 关系数据库的设计原则  28-29
  4.2 数据库概念结构设计  29-30
  4.3 数据库逻辑结构设计  30-31
  4.4 数据库物理结构设计  31-34
    4.4.1 特殊教室信息表ClassRoomTb  31
    4.4.2 课程信息表 CourseTb  31
    4.4.3 教师信息表 TeacherTb  31-32
    4.4.4 班级信息表 ClassTb  32
    4.4.5 学期课程计划表 TermPlan  32
    4.4.6 班级课程信息表 ClCo  32
    4.4.7 学期信息表 Term  32-33
    4.4.8 课表信息表 CourseInfoTb  33-34
第五章排课系统的详细设计与实现  34-54
  5.1 登陆模块  34-35
  5.2 网站布局  35
  5.3 基础信息管理模块  35-38
    5.3.1 特殊教室管理模块实现  35-36
    5.3.2 课程信息管理模块实现  36
    5.3.3 教师信息管理模块实现  36-37
    5.3.4 班级信息管理模块实现  37-38
  5.4 排课设置管理模块  38-40
    5.4.1 学期课程计划管理模块实现  38-39
    5.4.2 班级课程及任课教师管理模块实现  39-40
  5.5 基于遗传算法的自动排课模块  40-49
    5.5.1 算法设计-遗传算法的排课处理流程  40-41
    5.5.2 算法设计-编码及初始种群  41-42
    5.5.3 算法设计-冲突的检测和消除  42-43
    5.5.4 算法设计-确定适应度  43-45
    5.5.5 算法设计-遗传算子  45-48
    5.5.6 算法设计-设置控制参数  48-49
    5.5.7 自动排课窗口的界面设计  49
  5.6 排课管理模块  49-51
    5.6.1 手工排课及课表调整模块设计  49-50
    5.6.2 教师及班级课表打印模块设计  50-51
  5.7 排课系统测试  51-54
    5.7.1 测试数据  51-52
    5.7.2 测试结果  52-54
第六章结语  54-56
  6.1 全文总结  54
  6.2 展望  54-56
参考文献  56-59
致谢  59-60
在学期间公开发表论文及著作情况  60

基于遗传算法的自动排课系统的设计与实现

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