行政班智能排课方法、系统、计算机设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种行政班智能排课方法、系统、计算机设备及存储介质，所述方法包括：读取教学计划；将固定要排的科目、行政课科目依次进行预排课；根据预排课结果，生成多张初始课表；采用遗传算法，计算多张初始课表的种群适应度值，选择种群适应度值最小的初始课表作为最佳课表；判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值；若最佳课表的种群适应度值达到预设期望值，则输出该最佳课表；若最佳课表的种群适应度值未达到预设期望值，则将最佳课表依次进行交叉、变异，重新选择最佳课表，返回判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值，并执行后续操作。本发明专利技术利用计算机强大的计算能力加上智能算法，克服了传统人工编排课表的困难。

【技术实现步骤摘要】
行政班智能排课方法、系统、计算机设备及存储介质
本专利技术涉及一种行政班智能排课方法、系统、计算机设备及存储介质，属于教育中的排课领域。
技术介绍
排课问题是一个多目标、多约束的优化决策问题，是一个NP组合优化问题。由于排课的这些特点，排课是教务管理工作中的一个难点。传统的人工编排课表的方式不仅需要耗费工作人员大量的时间，且排出的课表不宜调整，同时很难满足在教育资源有限的条件下对教师和学生更加人性化的需求。虽然排课问题很早以前就成为众多软件公司的研究课题，但真正成熟的，能解决教师、教室、实验室、体育场地、课程分布、时间分配、分合班、单双周、教师要求等多方面约束且同时可以对多个年级课表进行排课的技术很少。近几年，国内外学者将不同的算法应用在解决排课问题上，如蚁群算法，模拟退火算法，贪婪算法等，但是这些方法一方面都存在一定的缺点，例如：在排课问题的约束条件上考虑的不够充分、难以解决多个年级同时排课问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种行政班智能排课方法、系统、计算机设备及存储介质，其利用计算机解放了人工排课时间，并且利用计算机强大的计算能力加上智能算法，克服了传统人工编排课表的困难，解决了目前的排课难题。本专利技术的第一个目的在于提供一种行政班智能排课方法。本专利技术的第二个目的在于提供一种行政班智能排课系统。本专利技术的第三个目的在于提供一种计算机设备。本专利技术的第四个目的在于提供一种存储介质。本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种行政班智能排课方法，所述方法包括：读取教学计划；根据教学计划，将固定要排的科目、行政课科目依次进行预排课；根据预排课结果，生成多张初始课表；其中，所述初始课表的首列为各个时间段，初始课表的首行为各个班级；采用遗传算法，计算多张初始课表的种群适应度值，选择种群适应度值最小的初始课表作为最佳课表；判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值；若最佳课表的种群适应度值达到预设期望值，则输出该最佳课表；若最佳课表的种群适应度值未达到预设期望值，则将最佳课表依次进行交叉、变异，重新选择最佳课表，返回判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值，并执行后续操作。进一步的，所述根据教学计划，将固定要排的科目、行政课科目依次进行预排课，具体包括：根据教学计划，计算每个班级的每周课程数；将每周划分为多个时间段，并将各个时间段和各个班级分别作为课表的首列和首行；将所有班级固定要排的科目进行排课；从第一个班级开始，将行政课科目从每周的第一个时间段往下排课，完成第一个班级排课；从下一个班级开始，将行政课科目从未排课位置开始，从上往下排课；判断同一行中其他班级是否已经出现相同科任教师的名字，若是，即出现冲突，则跳至未排课的最后位置，从下往上排课；若仍然出现冲突，则往上一个空位排课；若所有空位都出现冲突，则选择已排课位置进行替换，且需满足替换后不出现冲突；判断是否排完所有班级，若是，则结束预排课；否则，返回从下一个班级开始，将行政课科目从未排课位置开始，从上往下排课，并执行后续操作。进一步的，所述种群适应度值采用适应度函数计算，所述适应度函数如下式：其中，ωi为每个适应度函数的权重，其大小由用户需求的优先级决定，fi为每个用户需求的适应度评价函数，如下式：其中，Ni为在课表中违反用户需求i的冲突数量，为惩罚因子。进一步的，所述用户需求包括物理约束、固排、禁排、优排、周内分散和天内集中；所述物理约束是指：教师在同一个时间段只能上一门课程；所述固排是指：在固定时间段安排固定科目；所述禁排是指：禁止在不该排课的时间段安排教师上课；所述优排是指：在指定的时间段安排指定科目；所述周内分散是指：在一周内均匀安排课程；所述天内集中是指：将教师的课程集中安排在一天的上午或下午的某个时间段。进一步的，将最佳课表进行交叉，具体包括：随机选取最佳课表中某一列的两个位置的课程进行交换；当两个位置的课程交换后，判断是否产生违反物理约束的冲突，若是，则取消本次交叉操作。进一步的，将交叉后的最佳课表进行变异，具体包括：若交叉后的最佳课表为单个年级的课表，则将单个年级的课表的两行进行互换；若交叉后的最佳课表为多个年级的课表，则将多个年级的课表分为不同年级，随机对某个年级的两行进行互换；当某个年级的两行进行互换后，判断是否产生违反物理约束的冲突，若是，则取消本次变异操作。本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种行政班智能排课系统，所述系统包括：读取模块，用于读取教学计划；预排课模块，用于根据教学计划，将固定要排的科目、行政课科目依次进行预排课；生成模块，用于根据预排课结果，生成多张初始课表；其中，所述初始课表的首列为各个时间段，初始课表的首行为各个班级；选择模块，用于采用遗传算法，计算多张初始课表的种群适应度值，选择种群适应度值最小的初始课表作为最佳课表；判断模块，用于判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值；输出模块，用于若最佳课表的种群适应度值达到预设期望值，则输出该最佳课表；交叉变异模块，用于若最佳课表的种群适应度值未达到预设期望值，则将最佳课表依次进行交叉、变异，重新选择最佳课表，返回判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值，并执行后续操作。进一步的，所述预排课模块，具体包括：计算单元，用于根据教学计划，计算每个班级的每周课程数；划分单元，用于将每周划分为多个时间段，并将各个时间段和各个班级分别作为课表的首列和首行；第一排课单元，用于将所有班级固定要排的科目进行排课；第二排课单元，用于从第一个班级开始，将行政课科目从每周的第一个时间段往下排课，完成第一个班级排课；第三排课单元，用于从下一个班级开始，将行政课科目从未排课位置开始，从上往下排课；第一判断单元，用于判断同一行中其他班级是否已经出现相同科任教师的名字，若是，即出现冲突，则跳至未排课的最后位置，从下往上排课；若仍然出现冲突，则往上一个空位排课；若所有空位都出现冲突，则选择已排课位置进行替换，且需满足替换后不出现冲突；第二判断单元，用于判断是否排完所有班级，若是，则结束预排课；否则，返回从下一个班级开始，将行政课科目从未排课位置开始，从上往下排课，并执行后续操作。本专利技术的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的行政班智能排课方法。本专利技术的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的行政班智能排课方法。本专利技术相对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种行政班智能排课方法，其特征在于，所述方法包括：/n读取教学计划；/n根据教学计划，将固定要排的科目、行政课科目依次进行预排课；/n根据预排课结果，生成多张初始课表；其中，所述初始课表的首列为各个时间段，初始课表的首行为各个班级；/n采用遗传算法，计算多张初始课表的种群适应度值，选择种群适应度值最小的初始课表作为最佳课表；/n判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值；/n若最佳课表的种群适应度值达到预设期望值，则输出该最佳课表；/n若最佳课表的种群适应度值未达到预设期望值，则将最佳课表依次进行交叉、变异，重新选择最佳课表，返回判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值，并执行后续操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种行政班智能排课方法，其特征在于，所述方法包括：
读取教学计划；
根据教学计划，将固定要排的科目、行政课科目依次进行预排课；
根据预排课结果，生成多张初始课表；其中，所述初始课表的首列为各个时间段，初始课表的首行为各个班级；
采用遗传算法，计算多张初始课表的种群适应度值，选择种群适应度值最小的初始课表作为最佳课表；
判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值；
若最佳课表的种群适应度值达到预设期望值，则输出该最佳课表；
若最佳课表的种群适应度值未达到预设期望值，则将最佳课表依次进行交叉、变异，重新选择最佳课表，返回判断最佳课表的种群适应度值是否达到预设期望值，并执行后续操作。


2.根据权利要求1所述的行政班智能排课方法，其特征在于，所述根据教学计划，将固定要排的科目、行政课科目依次进行预排课，具体包括：
根据教学计划，计算每个班级的每周课程数；
将每周划分为多个时间段，并将各个时间段和各个班级分别作为课表的首列和首行；
将所有班级固定要排的科目进行排课；
从第一个班级开始，将行政课科目从每周的第一个时间段往下排课，完成第一个班级排课；
从下一个班级开始，将行政课科目从未排课位置开始，从上往下排课；
判断同一行中其他班级是否已经出现相同科任教师的名字，若是，即出现冲突，则跳至未排课的最后位置，从下往上排课；若仍然出现冲突，则往上一个空位排课；若所有空位都出现冲突，则选择已排课位置进行替换，且需满足替换后不出现冲突；
判断是否排完所有班级，若是，则结束预排课；否则，返回从下一个班级开始，将行政课科目从未排课位置开始，从上往下排课，并执行后续操作。


3.根据权利要求1所述的行政班智能排课方法，其特征在于，所述种群适应度值采用适应度函数计算，所述适应度函数如下式：



其中，ωi为每个适应度函数的权重，其大小由用户需求的优先级决定，fi为每个用户需求的适应度评价函数，如下式：



其中，Ni为在课表中违反用户需求i的冲突数量，为惩罚因子。


4.根据权利要求3所述的行政班智能排课方法，其特征在于，所述用户需求包括物理约束、固排、禁排、优排、周内分散和天内集中；
所述物理约束是指：教师在同一个时间段只能上一门课程；
所述固排是指：在固定时间段安排固定科目；
所述禁排是指：禁止在不该排课的时间段安排教师上课；
所述优排是指：在指定的时间段安排指定科目；
所述周内分散是指：在一周内均匀安排课程；
所述天内集中是指：将教师的课程集中安排在一天的上午或下午的某个时间段。


5.根据权利要求1-4任一项所述的行政班智能排课方法，其特征在于，将最佳课表进行交叉，具体包括：
随机选取最佳课表中某一列的两个位置的课程进行交...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜振锋，
申请(专利权)人：广东宜教通教育有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44