一种双温控制的排课方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种双温控制的排课方法及装置，包括：获取初始解，所述初始解为满足所有硬约束条件的方案；获取邻域结构，所述邻域结构为软约束条件对应的方案；根据所述初始解和所述邻域结构进行双温控制的模拟退火处理获得可行解，分析所述可行解是否是当前全局最优解，若是，则更新全局最优解；判断是否达到终止条件，若是，则输出所述全局最优解。在模拟退火阶段利用双温控制智能调控，增大解空间的搜索范围并避免早熟。基于约束特征的邻域结构设计提高了算法的搜索精度，加快了全局收敛速度，能够快速获得满足更多个体要求、综合效果最佳的排课方案。

A Double Temperature Control Method and Device for Course Scheduling

The present invention provides a two-temperature controlled course scheduling method and device, which includes: obtaining an initial solution, the initial solution is a scheme satisfying all hard constraints; obtaining a neighborhood structure, the neighborhood structure is a scheme corresponding to soft constraints; obtaining a feasible solution by simulated annealing based on the initial solution and the neighborhood structure, and analyzing whether the feasible solution is a feasible solution or not. The current global optimal solution, if it is, updates the global optimal solution; determines whether the termination condition is met, and if so, outputs the global optimal solution. In the simulated annealing stage, the intelligent control of two-temperature control is used to increase the search range of solution space and avoid prematurity. Neighborhood structure design based on constraint features improves the search accuracy of the algorithm, speeds up the global convergence speed, and can quickly obtain the best schedules that meet more individual requirements and have the best comprehensive effect.

【技术实现步骤摘要】
一种双温控制的排课方法及装置
本专利技术涉及教学管理
，具体而言，涉及一种双温控制的排课方法及装置。
技术介绍
排课工作是各类学校教学管理中一项重要的基本工作，传统的人工排课占用大量的时间和精力。随着学校招生数量的迅速增加，以及高中新高考改革的推进，更大的问题规模和更灵活的排课要求，对学校的教师、教室、教学设备等资源的高效调配提出了新的挑战。依靠人工排课已无法适应实际需要，设计自动化算法解决排课问题成为必然的选择。但是，现有的排课方法随着排课要求越来越复杂，难以找到最优方案甚至错过最优方案。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种双温控制的排课方法及装置，以解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例所提供的技术方案如下所示：第一方面，本专利技术实施例提供一种双温控制的排课方法，包括：获取初始解，所述初始解为满足所有硬约束条件的方案；获取邻域结构，所述邻域结构为软约束条件对应的方案；根据所述初始解和所述邻域结构进行双温控制的模拟退火处理获得可行解，分析所述可行解是否是当前全局最优解，若是，则更新全局最优解；判断是否达到终止条件，若是，则输出所述全局最优解。可选地，所述判断是否达到终止条件的步骤，还包括：若否，则对所述当前全局最优解进行重新升温，再次进行所述双温控制的模拟退火处理。可选地，所述方法还包括：根据所述硬约束条件建立初始解，所述硬约束条件包括教室、时间、学生冲突、教师冲突；根据所述软约束条件建立邻域结构，所述软约束条件为排课过程中的预设要求。可选地，所述邻域结构包括：教室移动，随机交换一个课程到另一教室；教室容量移动，从所有教室容量小于学生数的课程中，随机选择一个课程移动到另一个教室；教室稳定性移动，从所有安排到多个教室的课程中，随机选择一个课程，将其所有课次移动到同一个房间；时段移动，随机交换一个课程到另一时段；最小工作日移动，从所有每周工作日小于最小工作日要求的课程中，随机选择一个课程，将同一工作日内超过一次的课程移动到另一个未安排该课程的工作日内；课程移动，随机交换一个课程到另一随机房间和随机时段；课程连接性移动，随机选择一个违反课程连接性约束的课程，将其移动到符合该约束的时段。可选地，所述根据所述硬约束条件建立初始解的步骤，包括：根据所有课程携带的硬约束条件得到每个课程对应的硬约束难度系数；根据所述硬约束难度系数对所有课程进行排序，优先把硬约束难度系数最高的课程排进课程表；当完成一个课程的安排后，更新剩余课程的难度及排序；判断是否所有课程已安排，若是，则输出初始解；若否，则继续把剩余课程中硬约束难度系数最高的排进课程表。可选地，根据所述初始解和所述邻域结构进行双温控制的模拟退火处理获得可行解，分析所述可行解是否是当前全局最优解，若是，则更新所述全局最优解的步骤包括：获取第一初始温度和第二初始温度；根据所述第一初始温度和所述第二初始温度在所述初始解的邻域中随机移动；若任一一种温度下获得更优的解，则接受移动；根据预设的方式更新温度，在更新后的温度下继续进行所述双温控制的模拟退火处理；判断是否满足退出条件，若是，则将当前解作为局部最优解输出。可选地，所述根据预设的方式更新温度，在更新后的温度下继续进行所述双温控制的模拟退火处理的步骤采取以下方式实现：T1＝1/((1/T1)+0.2)T2＝1/((1/T2)+0.09)其中T1代表第一初始温度，T2代表第二初始温度。可选地，所述根据所述初始解和所述初始温度在所述初始解的邻域中随机移动；若获取到更优的解，则接受移动的步骤还包括：若获取更差的解，则根据概率决定是否接受此差解。可选地，所述若获取更差的解，则根据概率决定是否接受此差解的步骤采取以下方式实现：(exp(dE1/T1)>random(0,1)∨(exp(dE2/T2)>random(0,1))；其中，dE1表示指在T1温度条件下当前解和新的可行解之间的差值，dE2表示指在T2温度条件下当前解和新的可行解之间的差值。第二方面，本专利技术实施例提供一种双温控制的排课装置，包括：获取模块，用于获取初始解和邻域结构。分析模块，用于根据所述初始解和所述邻域结构进行双温控制的模拟退火处理获得可行解，分析所述可行解是否是当前全局最优解，若是，则更新所述全局最优解。判断模块，用于判断是否达到终止条件，若是，则输出所述全局最优解。所述分析模块还用于若没有达到终止条件，对所述当前全局最优解进行重新升温，再次进行所述双温控制的模拟退火处理。第三方面，本专利技术还提供一种与所述双温控制的排课方法及装置所对应的电子设备，包括存储器、存储控制器、处理器、显示器。其中所述存储器用于存储所述排课方法对应的程序和处理器对应的控制程序；所述存储控制器用于控制存储器；所述处理器用于控制执行所述存储器中的程序；所述显示器用于显示最终得到的排课方案对应的课表。本专利技术提供的一种双温控制的排课方法及装置，首先根据硬约束条件建立一个满足所有硬约束条件的初始解(即初始排课方案)，并根据软约束条件建立对应的邻域结构，再使用模拟退火算法进行处理，获得可行解(即可行的排课方案)。在模拟退火阶段利用双温控制智能调控，增大解空间的搜索范围并避免早熟。基于约束特征的邻域结构设计提高了算法的搜索精度，加快了全局收敛速度，能够快速获得满足更多个体要求、综合效果最佳的排课方案。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本专利技术实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的双温控制的排课方法总体流程图；图2为本专利技术实施例提供的初始解的建立过程示意图；图3为本专利技术实施例提供的双温控制的模拟退火处理过程示意图；图4为本专利技术实施例提供的排课装置组成结构框图；图5为本专利技术实施例提供的电子设备结构示意图。图标：100-排课装置；110-获取模块；120-分析模块；130-判断模块；200-电子设备；210-存储器；220-存储控制器；230-处理器；240-外设接口；250-显示器；260-输入键盘。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。下面结合附图，对本专利技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。经申请人研究发现，实践领域中，早期常用贪婪算法、回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双温控制的排课方法，其特征在于，包括：获取初始解，所述初始解为满足所有硬约束条件的方案；获取邻域结构，所述邻域结构为软约束条件对应的方案；根据所述初始解和所述邻域结构进行双温控制的模拟退火处理获得可行解，分析所述可行解是否是当前全局最优解，若是，则更新全局最优解；判断是否达到终止条件，若是，则输出所述全局最优解。

【技术特征摘要】
1.一种双温控制的排课方法，其特征在于，包括：获取初始解，所述初始解为满足所有硬约束条件的方案；获取邻域结构，所述邻域结构为软约束条件对应的方案；根据所述初始解和所述邻域结构进行双温控制的模拟退火处理获得可行解，分析所述可行解是否是当前全局最优解，若是，则更新全局最优解；判断是否达到终止条件，若是，则输出所述全局最优解。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断是否达到终止条件的步骤，还包括：若否，则对所述当前全局最优解进行重新升温，再次进行所述双温控制的模拟退火处理。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述硬约束条件建立初始解，所述硬约束条件包括教室、时间、学生冲突、教师冲突；根据所述软约束条件建立邻域结构，所述软约束条件为排课过程中的预设要求。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述邻域结构包括：教室移动，随机交换一个课程到另一教室；教室容量移动，从所有教室容量小于学生数的课程中，随机选择一个课程移动到另一个教室；教室稳定性移动，从所有安排到多个教室的课程中，随机选择一个课程，将其所有课次移动到同一个房间；时段移动，随机交换一个课程到另一时段；最小工作日移动，从所有每周工作日小于最小工作日要求的课程中，随机选择一个课程，将同一工作日内超过一次的课程移动到另一个未安排该课程的工作日内；课程移动，随机交换一个课程到另一随机房间和随机时段；课程连接性移动，随机选择一个违反课程连接性约束的课程，将其移动到符合该约束的时段。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述硬约束条件建立初始解的步骤，包括：根据所有课程携带的硬约束条件得到每个课程对应的硬约束难度系数；根据所述硬约束难度系数对所有课程进行排序，优先把硬约束难度系数最高的课程排进课程表；当完成一个课程的安排后，更新剩余课程的难度及排序；判断是否所有课程已安排，若是，则输出初始解；若否，则继续把剩余课程中硬约束难度系数最高的排进课程表。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宗凯，刘三女牙，陈矛，宋婷，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42