一種基于權(quán)值的中小學(xué)自動排課方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明屬于計算機信息系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于權(quán)值的中小學(xué)自動排課方法的設(shè)計。【
背景技術(shù)：
】[0002]排課問題早在70年代就證明是一個NP完全問題，即算法的計算時間是呈指數(shù)增長的，目前大家對NP完全問題研究的主要思想是如何降低其計算復(fù)雜度，即利用一個近似算法來代替，力爭使得解決問題的時間從指數(shù)增長化簡到多項式增長。結(jié)合到課表問題就是建立一個合適的現(xiàn)實簡約模型，利用該簡約模型能夠大大降低算法的復(fù)雜度，便于程序?qū)崿F(xiàn)，這是解決排課問題一個很多的思路。[0003]目前，解決課表方法的問題有：模擬手工排課法，圖論方法，拉格朗日法，二次分配型法等多種方法。由于課表約束復(fù)雜，用數(shù)學(xué)方法進行描述時往往導(dǎo)致問題規(guī)模劇烈增大，這已經(jīng)成為應(yīng)用數(shù)學(xué)編程解決課表問題的巨大障礙。國外的研究表明，解決大規(guī)模課表編排問題單純靠數(shù)學(xué)方法是行不通的，而利用運籌學(xué)中分層規(guī)劃的思想將問題分解，將是一個有希望得到成功的辦法。在國內(nèi)，對課表問題的研究開始于80年代初期，具有代表性的有：南京工學(xué)院的UTSS(AUniversityTimetableSchedulingSystem)系統(tǒng)，清華大學(xué)的TISER(TimetableSchedulER)系統(tǒng)，大連理工大學(xué)的智能教學(xué)組織管理與課程調(diào)度等，這些系統(tǒng)大多數(shù)都是模擬手工排課過程，以"班"為單位，運用啟發(fā)式函數(shù)來進行編排的。但是這些系統(tǒng)課表編排系統(tǒng)往往比較依賴于各個學(xué)校的教學(xué)體制，不宜進行大量推廣。[0004]從排課系統(tǒng)的使用范圍和對像來看，目前大多數(shù)排課方法都是針對高校的需求，但在我國，中小學(xué)的排課與高校的排課有很大的差別，因此很多方法不能直接應(yīng)用于中小學(xué)，比如，中小學(xué)的課程有等級差別，即主科和副科，另外中小學(xué)的教室是固定的，不存在教室安排的沖突問題等。【
發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中大多數(shù)排課方法無法滿足中小學(xué)的排課要求的問題，提出了一種基于權(quán)值的中小學(xué)自動排課方法。[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于權(quán)值的中小學(xué)自動排課方法，包括以下步驟：[0007]Sl、初始化排課過程中的相關(guān)參數(shù)；[0008]S2、建立教師權(quán)值序列；[0009]S3、安排教師至節(jié)次矩陣二維表中；[0010]S4、更新教師權(quán)值序列；[0011]S5、判斷教師權(quán)值序列是否為空，若是則排課結(jié)束，否則返回步驟S2。[0012]進一步地，步驟Sl具體為：[0013]設(shè)所有參與排課的課程集合為：C={Cl，(v··cj，課程數(shù)：|C|=n;[0014]設(shè)授課教師集合為：T=It1,t2…tm}，教師數(shù)：|τ|=m;[0015]定義課程權(quán)值函數(shù)：WC(ck)=wck,wcke(〇,1)，ckeC,ke[1，η];[0016]定義教師-課程的映射函數(shù)為TCUi)=ck，t#T,ie[1，m],ckeC,ke[1，η];[0017]設(shè)參與排課的班級集合為：L=Il1,lv··lz}，班級數(shù)量：IL|=z;[0018]定義教師-班級映射函數(shù)為：TL(ti)={1山t#T,ie[l，m],je[1，z]，其反函數(shù)為班級-教師映射數(shù)函數(shù)：LT(Ik)=TL1(Ik)={tj，heT，ie[1，m]，ke[1，z];[0019]定義班級-課程映射函數(shù)：LC(Ik)=ITcai)Kt1GLT(Ik);[0020]定義每個班的節(jié)次矩陣二維表：Mat(Ik)=[0022]其中班級IJilX第y節(jié)表示為：mat(Ik,X，y);[0023]當(dāng)單元格沒有排課時，表示為：mat(lk,x,y)=null;當(dāng)已經(jīng)排上某位教師tp時，表不為：mat(lk,X，y)=tp;[0024]定義節(jié)次權(quán)值函數(shù)為：WJ(x,y)=wjxy,wjxye(〇,I);[0025]定義每位教師在所授班的周節(jié)次數(shù)量為Count(lk,tj，其中t#T,IkeTL(t;)。[0026]進一步地，步驟S2具體為：[0027]按照課程權(quán)值函數(shù)建立教師權(quán)值序列：TQ=[ktytj;[0028]其中WC(TCajD)^WC(TCaj))》WC(TC(tj+1))，je(l，m)。[0029]進一步地，步驟S3包括以下分步驟：[0030]S31、取出TQ的第1位教師L，并得到^所授班級集合：TLai)={1山j(luò)e[l，z];[0031]S32、遍歷TLai)和所有對應(yīng)班級的節(jié)次矩陣二維表，即對于▽7,.e丨)，Vxe[丨，5]，V:>'e[1，8]，且保證matQj，X，y)=nul1;[0032]計算權(quán)值=Wj=WT(tD(x，y)+λ，其中WTU1)是L的權(quán)值，初始情況下WT(tD=WC(TCai)),λe(〇，1)為調(diào)節(jié)參數(shù)；[0033]最終得到權(quán)值集合W=IffjI;[0034]S33、計算集合W的最大值:max(W)=Wk，找到Wk所對應(yīng)的班級Ik和周次X及節(jié)次y，將ti安排到該班級的該位置，即賦值:mat(lk,X，y)=t1;[0035]S34、重新設(shè)置^權(quán)值：WTU1)·α，其中ae(〇,1)是權(quán)值調(diào)節(jié)參數(shù)。[0036]進一步地，步驟S4包括以下分步驟：[0037]S41、檢查h是否已經(jīng)完成排課，若是則ti不再插入到TQ中，TQ中的教師數(shù)量量減1，否則更新得到^的新權(quán)值WT(tJnew，并根據(jù)該值重新插入到TQ中；[0038]S42、將TQ的序號按照Ι-m的順序重新排列。[0039]本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對中小學(xué)的課程有等級差別以及中小學(xué)的教室是固定的，不存在教室安排的沖突問題等排課要求，通過定義課程和節(jié)次的權(quán)值，并計算出最優(yōu)排課結(jié)果，快速、高效地實現(xiàn)面向中小學(xué)的排課方法。【附圖說明】[0040]圖1為本發(fā)明提供的一種基于權(quán)值的中小學(xué)自動排課方法。【具體實施方式】[0041]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的說明。[0042]本發(fā)明主要面向中國的大部分中小學(xué)的排課需求，本方法的前置條件和相關(guān)定義包括：[0043](1)-位教師只教一門課。這符合目前我國大部分中小學(xué)的實際情況，對于少數(shù)偏遠(yuǎn)地區(qū)存在的一位教師任多門課的情況，本發(fā)明不適用。[0044](2)每個班有固定教室，即不存在教室的沖突。[0045](3)不同課程有不同的等級（權(quán)值），如一般學(xué)校的語、數(shù)、外課程優(yōu)先級會高于其它學(xué)科。[0046](4)不同的節(jié)次有不同的等級（權(quán)值），如早上1-3節(jié)就比下午5、6節(jié)效果更好，因此等級更高。[0047](5)每個班的節(jié)次安排是一致的。[0048]本發(fā)明提供了一種基于權(quán)值的中小學(xué)自動排課方法，如圖1所示，包括以下步驟：[0049]S1、初始化排課過程中的相關(guān)參數(shù)。[0050]設(shè)所有參與排課的課程集合為：C={Cl，(v··cj，課程數(shù)：|C|=η。[0051]設(shè)授課教師集合為：T=It1,t2…tm}，教師數(shù)：|τ|=m。[0052]定義課程權(quán)值函數(shù)：WC(ck)=wck,wcke(〇,1)，ckeC,ke[1，η]。wc亦值可根據(jù)各個學(xué)校的不同情況靈活設(shè)置，如某學(xué)校重點是外語，則外語課的權(quán)值可能更高，而其它學(xué)科的權(quán)值稍低。[0053]定義教師-課程的映射函數(shù)為TCUi)=ck，t#Τ,ie[1，m],ckeC,ke[1，η]。課程與教師是"一對多"的關(guān)系，即一位教師只教一門課，而一門課有多位教師教。[0054]設(shè)參與排課的班級集合為：L=Il1,V··IJ，班級數(shù)量：IL|=ζ。班級與任課教師的關(guān)系為"多對多"，即一個班級有多位任課教師（多門課程），一位任課教師也會教多個班級。[0055]定義教師-班級映射函數(shù)為：TL(ti)={1山t#T,ie[l，m],je[1，z]，其反函數(shù)為班級-教師映射數(shù)函數(shù)：LT(Ik)=TL當(dāng)前第1頁1 2