基于粒子群算法的高职院校排课系统研究与开发

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排课是学校教学管理中教学计划顺利执行的重要保障,它的实质是按照学校教学计划和专业人才培养方案给新学期开设的课程合理分配上课时间段、上课教师、上课班级和授课教师,使上课的各种资源避免发生冲突。近年来,随着我国教育体制的不断改革,各高校在逐年扩招,办学规模不断扩大,学生人数迅速增长,专业的划分越加细化,课目也越加繁多等等,诸多因素使排课的难度成几何倍数增长。以往的手工排课已很难满足现代化的教学管理需求。如何实现排课智能化、现代化,提高教学资源利用率,以提高课表的满意度和可行性是各高校教学管理工作信息化发展的必然趋势。排课问题被证明是一个经典的NP完全问题,也是一个多目标、多约束的空间、时间调度分配问题。其问题本身的难度决定了算法设计的困难性。粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)是一种群智能算法,它是一种适合求解多约束、多变量、多目标问题的进化算法,其原理简单、不发散收敛性好、搜索效率高易实现。本论文将PSO算法和混沌思想有机结合起来应用于排课问题的算法设计上,结合高职院校排课特点,提出了一套较完整的课表数据编码方法,对排课算法进行优化。主要的工作包括:⑴构建排课问题的数学模型。对排课问题涉及到的教师、教室、课程、班级和时间等主要因素及各种约束条件进行了详尽的描述,结合集合思想和函数理论构建了排课问题的数学模型和排课目标函数公式。⑵改进标准PSO算法。本文借鉴了徐玉杰[21]对PSO算法的研究结果,对其研究结果进一步改进从而提出了新的算法:C-APSO(混沌自适应惯性权重的粒子群算法),有效的避免了PSO算法的早熟收敛和在局部最优解徘徊的情况发生。⑶设计排课算法。采用C-APSO算法进行排课算法的优化设计,排课粒子在解域空间内搜索可行值,并将可行值以三维数组的形式保存到临时课表中去。⑷高职院校排课系统的设计开发和测试。通过系统需求分析,构建系统数据库的结构模型,应用UML思想构建系统功能模型。在系统功能分析和算法设计的基础上,选择Windows+IIS+VC#+SQL作为系统平台来实现排课系统的设计开发。而后以三个学院一个学期的课程为依据对系统功能进行了测试,通过实验数据显示,该排课系统有效的完成预期的排课任务,结果是令人满意的。无论在耗时和准确性上,都是人工排课所无法比拟的。也证实了在解决多目标、多约束的排课问题上应用C-APSO算法是合理的、有效的、可行的。本论文应用C-APSO算法建立高校排课问题求解模型,设计开发一款操作简单实用、运行快捷准确、扩展性好的智能排课软件,以满足高职院校的排课需求,希望本研究为其他类型排课系统的研发起到一定借鉴作用。
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