徐紅麗　羅奇　張芳

摘要：為了最大限度地提高我校實驗室排課系統(tǒng)的效率和質(zhì)量，同時也有利于減少人為導(dǎo)致的排課錯誤幾率，設(shè)計并實現(xiàn)了本實驗室排課系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Spring框架的MVC組件，可以提高編碼效率和系統(tǒng)的靈活性。

關(guān)鍵詞：教務(wù)管理；排課系統(tǒng)；編碼

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）15-0058-02

Abstract： In order to improve efficiency and quality of laboratory arrangement system， and make it less error. The paper designed a new laboratory course arrangement system. The system used the Spring framework and MVC components to improve coding efficiency and improve the flexibility of the system.

Key words： teaching management； scheduling system； coding

現(xiàn)存的實驗室排課方式采取了“由專業(yè)實驗室主任布置課程，將班級作為基本單位，最后公布上課時間和學(xué)生名單，并在需要的時候打印表格”的方法，但隨著實驗室課程教學(xué)實踐的逐步深入，這種管理方法逐漸暴露出效率低下，且人工勞動量龐大、勞動強(qiáng)度繁重的缺點，從而對實驗室教學(xué)管理產(chǎn)生了十分消極的影響[1]，更是增加了管理人員負(fù)擔(dān)。在這樣的背景下，建立一種全新的具備公平、快速、高效的特點，并且符合專業(yè)實驗室排課實際需求的實驗室信息管理平臺已經(jīng)成為迫切需求[2-3]。Mihoc 和 Balas 成功地將課程時間表問題的排課公式以一個優(yōu)化問題進(jìn)行解決，而Krawczk更成功地將此類問題化為一種可以使用線形編程方法解決的問題。此外，圖論的思想也正在被越來越多的人所接受，在這種思想中，排課被歸結(jié)為一個 NP 完全問題[4]。

1 流程圖

系統(tǒng)流程圖如上圖1所示，系統(tǒng)共有四大功能模塊組成，即賬號管理模塊、課表管理模塊、實驗室信息管理模塊、課程信息管理模塊。

①賬號管理模塊

管理員：可以查看到所有用戶（包括學(xué)生老師和管理員）信息的列表，并能根據(jù)查詢條件進(jìn)行篩選。同時，管理員還可以向系統(tǒng)執(zhí)行添加用戶，對所有用戶的信息進(jìn)行編輯，刪除某個用戶的操作。

②課表管理模塊

管理員：可以進(jìn)行手動排課，即手動操作為已有課程信息添加課程時間等信息；或使用系統(tǒng)自動排排課功能，即根據(jù)數(shù)據(jù)庫中已有的課程信息和實驗室信息，自動分配課程時間生成課表。

學(xué)生用戶和教師用戶：可以查看到個人課表。

③實驗室信息管理模塊

管理員：可以查看到當(dāng)前系統(tǒng)中的所有的實驗室信息并對這些實驗室的相關(guān)心急進(jìn)行管理，即添加或刪除某個實驗室，根據(jù)實驗室名稱、座位數(shù)等信息作為條件進(jìn)行查詢，以及逐條對某個實驗室的各項信息進(jìn)行修改。

④課程信息管理模塊

管理員：可以查看到當(dāng)前系統(tǒng)中所有的課程信息并對這些信息進(jìn)行管理，即添加或刪除某門課程，根據(jù)課程名稱、學(xué)時數(shù)、任課教師等課程詳細(xì)信息作為條件進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，以及逐條對某門課程的各項信息進(jìn)行修改。

2 算法

遺傳算法是基于自然選擇和基因遺傳、進(jìn)化機(jī)制基礎(chǔ)上一種高度并行、自適應(yīng)的優(yōu)化算法，具有以下優(yōu)點：

①將搜索過程作用在編碼后的字符串上，不直接作用在優(yōu)化問題的具體變量上，在搜索的時候采用啟發(fā)式搜索，而不是盲目的窮舉，因而具有更高的效率。

②現(xiàn)行的大多數(shù)優(yōu)化算法都是基于線性、可微性等要求，而遺傳算法只需要適應(yīng)度信息，不需要導(dǎo)數(shù)等其他輔助信息，對問題的依賴性較小，因而具有高度的非線性，適用范圍更廣，

③遺傳算法從一組初始點開始搜索，而不是從某一個單一的初始點開始搜索。而且給出的是一組優(yōu)化解，而不是一個優(yōu)化解，這樣可以給設(shè)計者更大的選擇余地。

④具有很強(qiáng)的易修改性。

⑤很強(qiáng)的可并行性，可通過并行計算來提高計算速度，因而更適用于大規(guī)模復(fù)雜問題的優(yōu)化。

因此，選用遺傳算法來設(shè)計實驗室排課功能。

在本系統(tǒng)中，我們首先初始化種群，將種群大小設(shè)置為50個個體，進(jìn)化代數(shù)設(shè)置為100代，種群中每個個體包含了所有課程完整的排課信息，包括教師，學(xué)生，硬約束，軟約束等，然后設(shè)置適應(yīng)度函數(shù)，根據(jù)硬約束軟約束等條件，例如，根據(jù)星期和節(jié)次不同就不可能出現(xiàn)時間交疊情況，同一實驗室同一時間不能安排多門課程，學(xué)生數(shù)不能大于教室座位數(shù)，每學(xué)期只有20周，相鄰兩天不安排同一門課程等約束條件，計算個體適應(yīng)度，進(jìn)而實現(xiàn)個體的選擇，雜交及變異操作。

選擇：計算得到每一代中適應(yīng)值最高的個體參與下一代的進(jìn)化。

雜交：從種群中隨機(jī)選取5個個體計算其適應(yīng)值，將其中適應(yīng)值最高的個體選為父親，同理選出母親，父親母親雜交得到新的個體進(jìn)入下一代；

變異：設(shè)置突變概率為0.015，隨機(jī)改變個體中部分基因，得到新的個體參與進(jìn)化。

3實現(xiàn)過程

通過自動能排課功能可以實現(xiàn)實驗室信息管理，智能排課考試安排 查詢課表等功能，實現(xiàn)界面如下圖所示

3.1賬號管理功能的實現(xiàn)

賬號管理的主頁面如下圖2所示，該頁面中可以對用戶信息進(jìn)行添加、刪除、按條件查找及修改操作。其操作界面與實驗室課程信息的相應(yīng)操作界面類似，在此亦不再贅述。

3.2 自動排課功能的實現(xiàn)

當(dāng)相關(guān)信息輸入完畢后，點擊自動排課按鈕，系統(tǒng)即會采用自動排課算法進(jìn)行排課。排課的效果圖如圖3所示：

3.3 實驗室信息管理功能的實現(xiàn)

實驗室管理的主頁面如圖4所示，在該頁面中可以對實驗室信息進(jìn)行添加、刪除、按條件查找及修改操作。

其各操作界面與實驗室課程信息的相應(yīng)操作界面類似，在此不再贅述。

3.4 查詢課表功能的實現(xiàn)

老師和學(xué)生用戶查詢課表功能的效果圖如圖5所示。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)共有四大功能模塊組成，即課表管理模塊、實驗室信息管理模塊、課程信息管理模塊、賬號管理模塊，每個系統(tǒng)模塊均實現(xiàn)了一項基本功能需求，相應(yīng)的會有若干子模塊實現(xiàn)這些需求。該系統(tǒng)主要向高校學(xué)生、教師用戶和實驗室管理員提供一個便捷高效的實驗室排課系統(tǒng)。為了簡化數(shù)據(jù)庫操作，我還將Hibernate與Spring整合進(jìn)行開發(fā)，顯著減小了代碼量，提高了開發(fā)效率。另外，為了增強(qiáng)用戶主觀體驗，前端使用了EasyUI庫，使得界面美觀大方，操作簡便。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂敬堂.建設(shè)開放實驗室，適應(yīng)21 世紀(jì)人才培養(yǎng)需要[J].實驗技術(shù)與管理， 2005（1）.

[2] 周琪鋒.高校開放式實驗室建設(shè)的探討與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備， 2008（6）.

[3] 肖鵬博，盧艷青.高校開放實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].實驗科學(xué)與技術(shù)， 2011（10）.

[4] Even S， Ltai A， Shamif，On the ComPlexity of Timetable and Multi-Colnmodity Flow Problems[J].SIAM Joumal on ComPut-ing，1976，5（4）：691-703.