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高校排课系统算法设计与实现

熊卫卫  
【摘要】:近年来,随着高校教育事业的不断发展,课程编排问题在一定程度和深度上影响着学生培养与教学质量的提高。随着学生人数的不断增加,排课成为比较繁重而重要的教学工作。 如何科学合理地编排课程表是每个学校教学管理的一项重要工作。课程表是一个学校日常教学工作的“指挥表”是具体实施教学计划的重要组成部分,是教学管理的关键环节。此项工作工作量大,涉及大量专业、教师、学生,需对学校的人力、物力、财力进行合理地搭配。通过手工排课,不仅费时,费力,而在较短时间内用人工编制一份令人满意且使学校现有资源得到充分利用的课表也不是一件容易的事。因而开发一套符合实际需求的高校排课系统是非常必要的。 随着科学技术的不断提高,计算机科学日渐成熟,其强大的功能已为人们深刻认识,它已进入人类社会的各个领域并发挥着越来越重要的作用。作为计算机应用的一部分,我们根据高校课程表的制作特点,设计了计算机高校排课系统,解决人工排课的繁重任务。 本文对排课系统进行了分析和设计。该排课系统软件选用Microsoft Access 2000 数据库管理工具作为后台数据管理系统,采用Visual C++ 6.0 MFC开发。 在Visual C++中,提供了ODBC、DAO、OLE DB、ADO等多种数据库访问技术,本系统采用ODBC 来设计VC++和Access的接口。 该排课系统主要体现了图着色算法的思想。 高校排课系统包括人机交互界面和问题求解系统两大部分,其中问题求解系统包括数据库模块、排课模块两部分。 本系统以主菜单作为程序与用户的交互界面。系统应用程序的各个不同功能是通过选择主窗口中不同菜单命令来完成的。每个功能模块有一个或多个菜单命令相对应,并以对话框方式展现其功能。菜单的功能包括两大类:一是系统登录,二是基础信息维护。基础信息维护菜单包括“授课任务”、“教室信息”、“教师信息”、“班级信息”、“课程信息”多项命令,以完成对于基础信息的维护。通过菜单命令可以打开各个基础信息维护模块。 数据模块由数据库及各种数据库接口组成,其中包括了软件用户的身份资料,班级的相关资料,教室的相关资料,教师的相关资料,课程的相关资料,教学授课任务的相关资料。 排课模块部分包括数据结构设计、算法设计。在C++中,类是支持数据封装的工具,对象则是数据封装的实现。因此该系统开发时采用了 WP=49 类机制。在本文中对课程类进行了设计与实现。在系统的实现过程中对课程类的属性、方法进行了全面的分析、设计与实现。 根据高校系统排课的特点,排课功能以图着色算法为基础,提出了图着色理论解决排课问题的一个解决方案,完成了数据结构和算法的设计与实现。 在排课问题中,把从数据库中读入的授课记录作为图的一个顶点,如果有和该记录的班级编号相同的记录,它们之间建立一条边(弧);同时和该记录的课程编号相同的记录之间亦将互连一条边(弧)。给予每一个弧以不同的颜色(时间段),然后进行有效性规则检验(检查教师、班级、教室冲突),并使冲突次数尽可能少。当某一种着色方案的冲突次数为0时,则说明找到了一种可行解。该排课系统主要处理班级对应授课任务,故而本文将该课程授课任务设计成一个类,以方便对课程信息的操作。 该系统开发时采用C++类机制开发了一个课程任务类Grade_KC,并对课程任务类的属性、方法进行了全面的分析、设计与实现。最后基于课程任务类完成了一个初步的排课算法PKSYSTEM以及相应的排课软件。 鉴于该排课算法排课的不足,本文又进一步提出了基于教师冲突矩阵的排课算法,并完成了相应算法的实现。为基于各种资源(教师、教室、班级、设备等)冲突矩阵的排课算法提出了一种良好的解决问题的思路。 系统目前处于试运行阶段,系统受到了好评,其功能还有待进一步地完善。下一步工作是在实际应用中不断完善系统,以满足更多的排课约束条件。


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