[发明专利]约束粒度可控的排课方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于教学管理领域，具体涉及一种约束粒度可控的排课方法及系统。

背景技术

现有的排课方法，不论是人工排课还是计算机自动排课，都是处理教师、教室或场地、班级等资源冲突问题。

在大学和大型中学，由于人员极多，人工排课越来越无法施行。必须借助自动排课算法。

现有的自动排课算法，主要是基于规则和约束条件的贪婪算法、回溯算法、动态规划法和遗传算法等。但这些方法都有一定缺陷。比如回溯算法，其相当于先根遍历，空间复杂度，特别是时间复杂度非常大。而且算法本身复杂，变量多，在约束条件太苛刻时无可行解。贪心算法虽然时间复杂度比较低，但是比较容易出现局部最优，也可能找不到可行解。遗传算法需要通过生成大量的初始值后再不断的优胜劣汰，需要消耗大量的空间，而没有主动依据条件生成课表，存在一定的随机性，也导致大量时间的浪费。

发明内容

本发明提供了一种约束粒度可控的排课方法及系统，以解决现有的自动排课算法复杂度高、效率低且准确率不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明的约束粒度可控的排课方法为：

1)计算课元组的空闲时间，当空闲时间的空余周课时大于课元组的周课时，查找最优的排课时间；

2)在最优排课时间BT内计算最合适的排课教室，若存在最合适的排课教室，则课元组排课成功；

3)否则，对课元组进行冲突处理，若冲突处理成功，则课元组排课成功，否则，将该课元组排课失败；

4)当所有课元组排课完成后，对排课失败课元组，调整约束粒度返回步骤1)重新排课或进行手动调整。

所述最优排课时间的计算方法包括以下步骤：

A)计算课元组的上课性质CP、周课时CT及一周内的排课次数N；

B)在全局设置中查找符合属性(CP,CT,N)的课元组最优排课时间序列BT′＝[(D1,H1),(D2,H2),…,(DN,HN)]，(D1，D2，…，DN)为一周内上课天数的最优序列，(H1,H2,…,HN)为一天内上课节数的最优序列；

C)若时间片(D1,H1)包含在空闲时间内，计算在该时间片下，上课教师和上课班级的时间均匀分布程度，当时间均匀分布程度高于预设值，则获得最优排课时间BT＝(D1,H1)，查找结束；若时间片(D1,H1)不在空闲时间内或时间均匀程度低于预设值，判断下一个时间片是否为最优排课时间。

所述最合适的排课教室的计算方法包括以下步骤：

a)计算课元组的上课校区CA、上课教室类型CL及上课教室大小CS；

b)查找符合课元组属性(CA,CL,CS)的教室列表，从教室列表中选取优先级最高的教室，计算该教室在课元组的上课起始周内的空闲时间表，当空闲时间表与最优排课时间逻辑与后等于最优排课时间，则该教室为最合理的上课教室，否则，判断下一个教室是否为最合理的上课教室。

步骤3)中对课元组进行冲突处理的方法包括以下步骤：

Ⅰ)将需要冲突处理的课元组压入堆栈，并查找该课元组的相关课元组，将相关课元组按优先级从低到高加入到队列Queue，并记录需要冲突处理的课元组为相关课元组的父课元组；

Ⅱ)取队列Queue中的首课元组，将其进行重新排课，排课成功，对其父课元组进行重排，排课成功，则冲突处理成功；否则，将首课元组的相关课元组加入队列Queue，将首课元弹出队列并压入堆栈；

Ш)重复步骤Ⅱ)，当父课元组出栈且重排成功，则冲突处理成功。

所述初始输入数据包括全局设置、班级信息、教室信息、教师信息、课元组信息、课程信息、教室约束、教师约束和课元组约束。

本发明的约束粒度可控的排课系统包括自动排课单元及调整单元，所述自动排课单元包括最优排课时间计算模块、最合适排课教室计算模块、冲突处理模块；所述调整单元包括重新调整约束粒度模块或手动调整模块；

所述自动排课单元用于按优先级高低对课元组排序，根据初始输入数据，从优先级最高的课元组开始依次进行排课；

所述最优排课时间计算模块用于计算课元组的空闲时间，当空闲时间的空余周课时大于课元组的周课时，查找最优的排课时间；

所述最合适排课教室计算模块用于在最优的排课时间BT内计算最合适的排课教室；

所述冲突处理模块用于对课元组进行冲突处理。

所述最优排课时间计算模块的计算方法包括以下步骤：

A)计算课元组的上课性质CP、周课时CT及一周内的排课次数N；