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基于进化算法的大学排课系统研究

胡义伟  
【摘要】: 排课工作是教务管理工作中的关键环节,是学校各类教学活动有序进行的前提条件,如何适应新形势下高等学校教学改革对排课提出的新的要求,编排出适应新要求的课表,已经成为众多高校教务管理人员最为棘手的问题之一。 排课问题是一个多约束、多目标优化问题,又称为时间表问题。在计算机应用范畴已经被证明是一个NP完全问题,而进化算法中的遗传算法作为一种通用性好、鲁棒性强的启发式随机化搜索优化算法,被广泛应用于自动控制、组合优化、图象处理、机器学习、人工智能和工程设计等领域,能非常有效的解决NP完全问题,因此为高校利用计算机软件解决排课难问题提供了一种高效可行的算法。 本文首先简要介绍了高校排课系统研究的现状及存在的不足,对比分析了采用遗传算法解决排课问题是比较理想的解决方法,并阐述了遗传算法的基本原理、产生、发展现状及其特点,分析了新形势下对排课提出的新的要求,系统地讨论了排课问题的影响要素、主要约束条件和求解目标,针对需要排课到学生个人和排课到课程进度节次的复杂需求,采用一种对传统遗传算法改进后的进化算法,通过预处理对进度分类、动态罚函数设计、舍弃交叉、设置变异策略和多变异算子、采取重生操作等手段,提出了基于进化算法解决排课问题的算法框架,并根据湘潭大学教学管理的实际需求,给出了基于进化算法的排课系统的详细设计和实现。 我们采用C++ builder作为开发工具,Oracle 10g作为后台数据库管理系统,设计并成功构建了基于进化算法的排课系统。系统有效地解决了复杂教学进度、多节连排、学生个性化选课、分组教学、多教学类型、多教学区教学等问题,满足了湘潭大学教学改革的实际需求,取得了较好的应用成果。


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