遗传算法在排课系统中的应用研究

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现代科学理论在研究与实践中存在大量与组合优化、自适应等相关的问题。使用常规方法解决这类问题,除一些简单情况之外,人们对于大型复杂系统的优化和自适应问题的处理显得无能为力。排课问题正是一个有约束的、多目标的组合优化时间表问题,并且已经被证明为一个NP完全问题。 遗传算法借鉴生物界自然选择和自然遗传机制,使用群体搜索技术,尤其适用于处理传统搜索方法难以解决的复杂的非线形问题。经过近50年的发展,遗传算法在理论研究与实际应用中取得了巨大的成功,是一种非常有效的解决NP完全组合问题的方法。 本文结合湖北工业大学工程技术学院教务管理的实际情况,采用遗传算法求解排课问题,并从遗传算法的基本理论入手,首先,分析了遗传算法的特点、数学基础以及遗传操作和算法结构;其次,讨论了排课问题中的排课因素、主要约束条件与求解目标,分析了排课问题的组合爆炸性和不确定性,并用数学模型完整地描述了排课问题。在实际的排课系统算法设计中采用运筹学中分层规划的思想,对具体问题应用遗传算法进行分步求解,设计了遗传算法的基因、适应度函数及成本函数,改进了单点交叉以及变异操作,确定了种群规模及遗传代数,设计并编程实现了一个基于遗传算法与调整算法相结合的排课系统。 系统经时间性能和排课性能测试,表明降低了排课复杂度,提高了排课效率。该排课算法的实现很好地满足了工程技术学院复杂的排课管理需求,同时对其他高校排课系统的开发也具有参考价值。
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