高校智能排课系统算法设计
高校智能排课系统算法的研究与实现
5 ） 教室容量不小于课程 l i 的授课对象总人数， 即有：
∑CNum（ c ）
j =1
i j
≤ Cap（ l k ） 。
从高校排课的数学模型可知， 其是一个多目标、 有限资 带有约束条件的组合优化问题， 是一个典型的 NP 完全难 源、 题。由于约束条件多， 采用传统排课方法排课效率低， 课程 安排冲突率相当的高。 遗传算法是一种模拟生物界生物进 化机制的启发式智能算法， 在求解组合优化问题中体现出来 的智能性、 并行性和鲁棒性， 不需要太多的领域知识， 操作简 单， 对有约束的、 多目标的排课问题求解是十分适宜， 因此本 文采用自适应遗传算法来进行高校排课系统自动设计 。 根据确立的排课目标和建立的数学模型，把排课问题 求解过程可分为两阶段： 首先采用随机可行排课操作对无序 的原始数据进行求解， 即产生遗传算法的产生初始种群， 然 后利用遗传算法对随机可行排课方案进一步优化， 求得全局 最优排课方案。
第 28 卷
第 12 期
计
算
机
仿
真
2011 年 12 月
文章编号： 1006 － 9348 （ 2011 ） 12 － 0389 － 04
高校智能排课系统算法的研究与实现
宗 薇
（ 外交学院计算机中心， 北京 100037 ） 摘要： 研究高校智能排课优化问题， 由于在资源的有限的条件下满足教学的有序性， 使高校自动排课成为一个多约束、 多目 成功率低， 导致课程之间冲突率高， 无法满足现代高校教务管理要求。为了提高排 标优化问题。传统排课方法排课效率低 、 提出一种自适应遗传算法的智能排课系统 。首先根据教师、 学生、 教室、 课程和课程时间段要求建立 课效率和排课成功率， 一个多约束条件的高校排课数学模型， 采用随机可行排课法操作产生可行排课方案， 然后利用遗传算法在可行方案中寻找 最优排课方案。仿真结果表明， 相对于传统排课方法， 自适应遗传算法不仅提高了排课效率， 而且提高排课的成功率， 有效 降低课程之间冲突率， 并能够解决高校排课难题 。 关键词： 排课问题； 遗传算法； 多重约束； 多目标优化 中图分类号： TP301 文献标识码： A
高校智能排课系统的设计与实现
高校智能排课系统的设计与实现Design and Implementation of Intelligence Schedule CourseSystem in University作者姓名：李斯斯领域（方向）：软件工程指导教师：虞强源副教授类别：在职工程硕士答辩日期：2016年11月19日摘要高校智能排课系统的设计与实现在高校教务管理工作中，教学资源短缺不得不促使高校尽可能地利用其所掌握的教学资源。
由于师资、设备、教学场所等相对短缺，高校排课工作十分困难，而且人工排课工作量大，而且不够智能。
安排教学资源合理充分使用教学资源在教务实际排课中待解决难题。
为了达到优质排课管理，高校亟需制定合理排课工作方案，而教务排课则成为教务管理艰巨任务，多年以来，这是众多高校深入的研究课题，也取得了诸多理论成果。
高校智能排课系统需要实现人机交互操作界面和智能排课问题求解系统两个部分,其中：智能排课问题求解系统涵盖数据库设计模块、智能排课模块两个部分。
数据库设计模块由数据库表结构组成。
智能排课模块涵盖数据表结构设计、智能排课算法详细设计。
根据高校教务工作的实际需求，分析高校智能排课系统的构成要素和排课制约条件，遵循软件设计与开发方法，对智能排课系统进行详细需求分析和功能结构设计，建立排课业务模型。
首先分析排课算法，形成一个改进的排课算法。
进行排课系统详细设计，本文智能排课系统基于C/S架构的三层数据处理结构，选用VC6.0与SQL Server2005数据库共同搭建智能排课系统的前端页面显示和后端数据处理工作，通过软件开发环境进行编码实现高校智能排课系统。
排课软件需要站在巨人的肩膀上，在借鉴已存排课软件，并试图将其大幅度的改进排课算法，实现带有约束条件的教务排课系统，为了满足高校实际教务需求其特色如下：1.改进和优化排课算法：本文实现教务排课算法的同时，在软件中加入了优先级参数使得排课变得灵活和动态调整。
2．动态调整课表：针对课表样式和界面实现可拖拉的形式，使得课表打印出来美观。
基于优先级与回溯算法的排课系统的设计与实现
基于优先级与回溯算法的排课系统的设计与
实现
随着教育技术的不断发展，高校课程规划越来越复杂，传统的手工制定课表已经无法满足实际需求。
基于优先级与回溯算法的排课系统应运而生，它可以有效地解决排课时的繁琐问题，减少人力成本，提高排课效率。
该系统的设计思想是基于计算机算法，应用优先级和回溯算法，精准且高效地自动计算并制定教学计划的系统，主要分为三个步骤：首先，列出排课需求和课程资源清单，确定教室数量和教学时间段。
在基本条件确定后，系统根据教学任务和课程性质分析每个课程的重要程度、先修课性质、课时等条件创建关键指标和约束条件。
其次，利用优先级算法对课程进行优先级排序，以保证重要、先修、必修等课程优先排课。
将已安排的课程占用的资源进行标记，方便之后的回溯操作。
最后，基于回溯算法在优先级指导下，对课程进行逐步分配，直到满足所有约束条件。
在回溯过程中，如果发现当前分配不能满足要求，则回溯到前面的状态进行修改，直到找到一种合法安排方案。
通过以上三个步骤的重复运算，系统能够自动计算并生成一份合理科学的课表。
同时，该系统具有易用性，用户操作简单，能够快速制定想要的课表。
基于优先级和回溯算法的排课系统在实践中得到了广泛的应用，尤其是在高校和职业教育领域，具有较高的实际价值。
它可以提升教学的效率，减少人力成本，有效的提高学生的学习效果，为教育的现代化、全面化发展做出了贡献。
基于遗传算法的高校排课系统设计与分析
01 一、引言
目录
02 二、文献综述
03 三、系统设计
04 四、系统分析
05 五、结论
一、引言
随着高校规模的不断扩大和教学管理的日益复杂，高校排课系统成为了教学 活动正常运行的重要环节。遗传算法是一种模拟自然选择和遗传演化的优化算法， 适用于解决复杂的优化问题，将其应用于高校排课系统能够提高课程安排的合理 性和教师资源的利用率。本次演示将介绍遗传算法在高校排课系统中的应用，并 对系统进行详细设计和分析。
（1）能够处理多种约束条件，生成合理的课程表； （2）具有较好的通用 性和扩展性，可以适应不同高校的教学需求； （3）能够提高课程安排的满意度 和资源利用率。
然而，该系统也存在一些缺点：
（1）运算时间较长，需要较长的计算时间和计算资源； （2）可能陷入局 部最优解，无法得到全局最优解； （3）需要手动设定参数，参数的选择会对排 课结果产生影响。
遗传算法具有自适应性和并行性的特点，能够处理大规模的优化问题。在高 校排课系统中，遗传算法能够根据多个约束条件进行优化排课，生成合理的课程 表。然而，遗传算法的运算时间较长，且易陷入局部最优解，因此需要在算法设 计和参数选择上加以改进和完善。
2、优缺点分析
基于遗传算法的高校排课系统具有以下优点：
3、改进空间及研究方向
针对上述缺点和问题，未来的研究方向可以包括：
（1）优化遗传算法的设计和参数选择，减少运算时间和提高搜索效率； （2）研究并行遗传算法，利用多核CPU或分布式计算环境进行加速计算； （3） 结合其他优化算法，如模拟退火、粒子群优化等，进行混合优化策略的研究； （4）加强系统的智能化程度，如引入人工智能技术进行自动化参数设定和优化 建议。
排课系统智慧管理设计方案
排课系统智慧管理设计方案智慧排课系统是一种基于人工智能技术的学校排课管理工具，可以根据课程要求、教师优势和资源利用情况等一系列因素，自动化地生成最优的排课方案。
本文将针对智慧排课系统的设计方案进行详细阐述。
一、系统需求分析1. 功能需求（1）自动排课功能：根据学校的课程要求和教师的优势，自动生成最优的课程排课方案。
（2）冲突检测功能：检测排课过程中的时间冲突和教室冲突，并及时提醒排课人员进行调整，确保排课的准确性。
（3）课程调整功能：提供对排课结果的修改和调整功能，允许排课人员根据实际情况进行灵活的调整。
（4）资源利用优化功能：根据教室和教师的资源利用情况，优化排课结果，实现资源的最大化利用。
（5）排课统计分析功能：提供排课结果的统计和分析功能，帮助学校了解课程安排情况和资源利用情况。
2. 性能需求（1）稳定性：系统要求能稳定运行，不出现系统崩溃和数据丢失等问题。
（2）高效性：系统需要能够在短时间内生成最优的排课方案，提高排课效率。
（3）安全性：系统要求保护排课数据的安全性，防止非授权人员对数据进行篡改或泄露。
二、系统设计1. 数据设计（1）教师数据：包括教师的姓名、工号、课程授课情况、时间设置等信息。
（2）课程数据：包括课程的名称、学时、上课时间要求等信息。
（3）班级数据：包括班级的名称、人数、教室安排等信息。
（4）时间数据：包括每天的上课时间段、每周的可用上课天数等信息。
（5）教室数据：包括教室的名称、容纳人数、可用时间段等信息。
2. 系统架构设计（1）前后端分离架构：将系统的前端和后端分离，减轻服务器的负担，提高系统的响应速度。
（2）采用智能算法：结合分析教师和课程数据的特点，采用智能算法进行排课，提高排课的效率和质量。
（3）使用数据库存储数据：将教师、课程、班级、时间和教室等数据存储在数据库中，提高数据的存取效率和数据的安全性。
三、系统实现1. 教师和课程数据录入：将教师和课程数据录入系统，包括教师的姓名、工号、课程授课情况、时间设置等信息，以及课程的名称、学时、上课时间要求等信息。
高校自动排课系统核心算法的设计与实现
３ ５
程 、 程标 志 、 闲时 段等 ． 课 空 系统 定义 每位 教 师最 多可 讲授 ４门课 程 ， 且 按 每周 ５个 工作 日， 日 并 每 ５个 授 课 时 段 确 定 每 位 授 课 教 师 的 时 间 空 闲 情 况 ．
４ 教 室 数 据 表 ｃｓｏ ｍ． 属 性 包 括 教 室 名 称 、 位 数 、 别 、 用 时 段 等 ． 据 教 室 座 位 数 即 ） ｌｓ ｏ 其 ａｒ 座 类 可 根
下 面 给 出系 统 基 本 资 料 记 录 数 据 表 的详 细 定 义 ．
１ 班级数据 表 ｃ ｓ 其 属性 包括 班级 名称 、 ） ｌｓ ａ． 人数 、 开设课 程及 相应 课 程 的授课 教 师等 ． 中每个 其 班每学 期最多可允许 开设 ８门课 程．
２ 课 程数据表 ｃｕ ｅ 属性 包括课 程编 号 、 ） ｏｒ ． ｓ其 课程 名 、 周课 时 、 程重要 性 权值 等． 课 我们 按专业必
Ｉ 自动排课 系 统 的数 学建 模 与设 计
１１ 数 据 库 设 计 ．
根 据 排 课 的 实 际 需 要 ， 系 统 数 据 库 中 设 计 了 ２类 基 本 表 …， １类 为 基 本 资 料 记 录 数 据 表 ， 本 第
第 ２ 为 自动 排课过 程 中用到 的 临时 队列数 据表 ． 类 自动排课 时 ， 系统 首先 扫 描第 １ 数据表 ， 符 类 将 合 条 件 的数 据 记 录 扫 描 筛 选 到 第 ２类 临 时 队 列 数 据 表 中 ； 后 ， 这 些 临 时 队 列 表 中 进 行 资 源 匹 然 在 配操作 ， 即将班级 、 亦 课程 、 教师及 教室 ４种资源 间的条件 匹配查 询操作 集 中在 临时 队列表 中进行．
智能排课系统的设计与实现
LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计题目智能排课系统的设计与实现学生姓名***学号082402*＊专业班级计算机科学与技术08级2班指导教师＊＊*学院计算机与通信学院答辩日期**＊智能排课系统的设计与实现Intelligence class arrangement system design and implementation*＊＊(**＊）082402**前言1958年美国首先提出了“管理信息系统”(即MIS：Management Information Systems），从而也引出了另外一个概念—-“管理信息系统”.综合其多种定义以及根据在实际中的应用,管理信息系统可以定义为是一个由人、计算机系统等组成的,能进行信息处理的人机系统,它反映企业的生产经营情况，利用过去、当前的数据预测未来，从企业全局出发辅助企业进行管理与决策。
它具有以下特征:（1)现代管理信息系统是一个以计算机为基础的一个人机系统。
（2)管理信息系统是一个集成化的系统。
（3）管理信息系统是一个以数据库为中心的系统。
(4）管理信息系统是一个网络化的系统。
（5)管理信息系统不同于一般的数据处理系统.由于企业类型不同，企业的战略计划不同，企业的管理模式不尽相同等因素,实际的管理信息系统的动能会不同。
但是从抽象意义上来说,无论什么企业,其管理信息系统的功能相同。
一般分为数据处理、辅助管理决策两大功能.管理信息系统的数据处理功能以完成企业相关数据的收集、存储、加工、传输和输出，提供信息服务。
它是管理信息系统的基本功能;辅助管理决策功能即指对企业生产经营中的结构化决策问题，采用管理信息系统相关学科中提出的定量方法，建立问题的模型，求解问题,获得解决问题的方法.斯隆认为用户对管理信息系统的需求分为四类:（1）事务型:是一种例行处理要求，辅助日常事务。
例如商业企业的商品进销存的管理。
（2)异常型：其处理要求是当某状态超出事先设置的阈值,则系统能够发出警报.例如财务中对某些科目设置报警值，一旦超值则对该科目的开支进行控制。
智能排课系统(参考文档)
智能排课系统设计与实现摘要排课，是给学校各专业的教学计划中设置的课程安排合适的时间和地点，也就是给每个班的课程安排时间和地点。
排课工作在教学管理中很重要也很繁琐，计算机智能排课系统，可以降低排课人员的工作量，减少排课中的人为因素[1-2]。
但排课问题属于NP问题，即无法直接得到答案，只能通过猜测获取可能结果。
通常NP问题虽无答案，却有算法，算法不能直接告诉答案，但可以用来判断可能的结果是否正确可行。
因此，要做好排课工作，提高排课效率，实现智能排课是必不可少的。
本文在查阅大量相关文献的基础上，对高校的排课问题进行了分析，设计和实现了该功能，此系统主要被分为三个部分：界面的设计、排课算法的设计、以及报表的自动生成。
本系统是采用Microsoft Visual Studio 2005作为前台开发工具，SQL Server2005作为后台数据库平台的管理系统。
关键词：智能排课、贪心、分治、Visual Studio 2005、SQL Server 2005。
目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................... 错误!未定义书签。
1绪论. (4)1.1系统开发背景 (4)1.2系统开发环境及方法 (4)1.2.1.开发环境 (4)1.2.2开发方法 (6)2 可行性分析 (7)2.1技术可行性 (7)2.2经济可行性 (7)2.3操作可行性 (8)2.4法律可行性 (8)3 系统需求分析 (9)3.1系统功能需求 (9)3.2系统非功能需求 (9)3.2.1排课中的基本原则 (9)3.2.2排课的基本要求 (10)4 总体设计 (11)4.1系统总体构架 (11)4.2系统功能结构 (11)4.3排课算法 (12)4.3.1目前常用算法 (12)4.3.2 排课问题描述 (13)4.3.3 排课问题的数学表示 (14)4.3.4排课问题的优先级问题 (14)4.3.5算法思想 (15)4.3.6 算法分析 (16)5 数据库设计 (17)5.1系统数据表 (17)5.2UML建模图 (17)5.3数据字典 (18)5.4数据库关系图 (21)6 详细设计与实现 (22)6.1数据库访问模块 (22)6.2条件设置模块 (25)6.3教学计划模块 (28)6.4排课模块 (29)6.5课程表查询模块 (47)结束语........................................... 错误!未定义书签。
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高校智能排课系统的算法设计
摘要：以教学任务为基本单位，在计算教学任务排课优先级的基
础上，对教学任务的时间和教室的安排均采用优化资源查找的算
法，对课程变法的算法进行了设计，降低了排课过程中产生错误的
几率。
关键词：课程编排；优先；算法
中图分类号：tp301 文献标识码：a 文章编号：1001-828x（2013）
03-0-01
一、引言
课程编排在高等学校教务管理中是一项非常重要并且繁重的工
作，通常来说，其主要实质就是对下学期开设的各门课程合理地分
配时间和教室资源的过程。涉及到教室、教师、学生和时间等各方
面因素，其中人为要求的因素也比较多。由于近多年的高校扩招直
接导致教室的（包含多媒体教室、机房等）资源非常紧张，上述诸
多的因素增加了课程编排工作的难度。若编排课表完全由人工来
做，不仅费时费力，而且其科学性、准确性、方便性更是难以保证，
所以利用计算机程序进行自动排课非常快捷方便。
二、问题的描述
排课最大的难点是对时间的安排，另外受到教学场地的要求、教
师时间的冲突、特殊教师（机房、多媒体教室、实验室）等因素的
制约，并且学校的近几年扩招，导致师资力量薄弱，一位教师要带
多个班级的课程，造成教师上课的时间冲突，上述原因导致总的排
课任务量很大。手工编排方法一直是限制学院教务系统发展的一大
难题，虽然市面上也有众多的排课软件能解决排课问题，但是从实
施的角度看，采购软件成本与自行开发的成本几乎持平。因为在实
际应用中，若没有软件的核心源代码，很难适应学院教学工作的高
速发展与变化的需要。
（1）自然班与教学班。综合考虑到我国高等院校普遍存在合班
上课的情况，及仅仅依赖自然班进行教学存在的诸多缺陷，本系统
同时引入教学班和自然班的概念，自然班定义为传统意义上的班
级，教学班定义为多个班级一起上大课的班级，一个教学班可以包
含一个系部或多个系部的一个甚至多个自然班。例如，机电工程系
班级分别为1125786班和1125787班的两个自然班合上计算机基础
课程，则称1125786班和1125787班共同组成了计算机基础的一个
教学班，此教学班号被定义为计算机基础教学1班。
（2）教学任务、时空片与时间片。某一门课程所对应的每个教
学班则称为一个教学任务，每个周次编排课程的每个节次称为一个
时间片，时间片是个三元组（星期几、周次、节次）。课程的任务
时间片和其对应上课的地点统称为时空片。在现实情况下，高等学
校每个学期各门课程的起止周并不完全一样，所以要把时间片直接
精确到某一周，例如1125786班2—9周需上“计算机基础”课程，
10—18周需上“高等数学”课程，假如这两门课的其它上课条件的
要求全部相同，那么可以将这两门课都安排在一周内的同一时间
段，例前8周上“计算机基础”课程，后8周上“高等数学”课程。
假如时间片没有直接精确到周次，仅仅是个二元组 （星期几、节
次），就无法做到这一点，则无法充分利用时间资源。另外，在课
程编排的过程中的基本单位为教学任务。
排课系统必须要满足下面几个基本条件：①在每个教学场中的同
一个时间片段只能有一个教学任务。②每位任课教师在同一个时间
片段中只能有唯一的教学任务。③每个班级在同一个时间片段只能
有唯一的教学任务。④同一天不能安排属于同一门课程的不同课
元。⑤若课元教学对教学场地大小及其功能有特殊要求的，必须要
满足其最低需求。⑥同一班级相近的两个课元所选择的教学场地距
离应该足够近，以确保学生能在下个课元上课开始之前到达教学场
地。⑦同一教师连续的两个课元所选择教学场地的距离应该足够
近，以确保教师能在下个课元上课开始之前到达教学场地。
在满足上述基本条件的前提下，该系统应该尽量满足教学任务的
优化安排需要，以便课程的安排尽可能的科学、合理。对于同一课
程的多个课元时间要间隔均匀，而教学场地要尽可能相同。
三、课程编排的算法设计
我院每学期的教学任务约为700多个，为减少课程编排的复杂性，
因此在排课过程中设计规范、合理的顺序尤为重要。故需要先设置
教学任务的优先级别，而教学任务的优先级与教学任务的属性是相
同的所以是静态的。智能排课根据各系部教学秘书的积累的排课方
式，设计出教学任务的优先级表达方式如下：
排课优先级=年级优先度（1位）+ 指定教学楼（0或1）+指定教
室（0或1） +指定教室类型（0或1）+指定时间（0或1） +核心
课程（0或1） +考试课（0或1）+必修课（0/1） +任务复杂度（4
位）。
说明：
（1）所列的7个因素其后后括号的数值为该因素的取值，若“否”，
则取“0”， 若“是”，则取“1”，（2）年级优先度=年级号（依据
模糊原则）。（3）任务复杂度=该教师完成的教学任务总数*该教学
任务的自然班总数*周学时。（4）教学任务的排课优先级的表达式
中“+”号不是算术中的直接相加，而是上述九个因素值的连接。
然后最终计算出的优先级一共为12位。例如一个教学任务的排课
优先级情况为：指定教学楼、指定教室、未指定教室类型、指定时
间、不为核心课程、考察课、必修课、一年级、任务的复杂度为30，
根据公式所得出的教学任务的排课优先级则为“110100140030”。
根据上述公式计算完教学任务的排课优先级后，再将教学任务以
优先级降序排列进行排序，然后，根据此顺序进行课程的编排。
因为每个教学任务可用的教室与时间片都不可能唯一，所以为了
尽可能避免出现死锁，则通过动态计算教室的优先级与等待分配的
时间片进行合理分配资源。在选择时间时，从教学记录中查找包含
任课教师和自然班的在一周内最空闲的一天。在选择教室时，在教
学记录中查找符合要求的最小容纳量，且时间最空闲的教室。这样
可以保证对每个教学任务分配的教室和时间片都是相对于当前可
用的资源集合中最优化的，从而使整个排课结果都是优化的。
四、结束语
排课系统具有相当特殊的复杂性，如何进一步对算法进行丰富、
修正，充分利用计算机最新发展技术，设计出更适合我国高校实际
情况的算法，是本人日后将要开展的进一步工作。
作者简介：胡静静（1982-），女，安徽淮南人，现任淮北职业技
术学院计算机系讲师。