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        民辦高校排課系統(tǒng)算法的研究與設(shè)計

        2011-06-02 01:33:32西安歐亞學院基礎(chǔ)部仲崇麗
        電子世界 2011年11期
        關(guān)鍵詞:課表命令菜單

        西安歐亞學院基礎(chǔ)部 仲崇麗

        引言

        課程表是學校開展教學活動的指令性文件。在傳統(tǒng)方式下,課表編排主要是靠手工完成的,排課人員需要花費大量的時間和精力,并且容易出錯,同時手工操作也不能滿足資源需求的經(jīng)常變化。利用計算機進行自動排課,不但能使教務(wù)人員從繁雜的排課任務(wù)中解脫出來,提高教務(wù)管理工作效率,而且能改善教學管理質(zhì)量,合理、高效地利用有限的教學資源。

        綜合分析當前的排課系統(tǒng)軟件,大多采用傳統(tǒng)方法進行程序設(shè)計,把程序作為系統(tǒng)核心。系統(tǒng)中所使用的排課數(shù)據(jù)主要考慮了一般性排課原則,對于不同學校的特點考慮不足,并且數(shù)據(jù)與程序結(jié)合過于緊密,程序的修改維護有很大難度,不便于系統(tǒng)擴充和升級,因此限制了系統(tǒng)的通用性,對特殊情形只能依賴于人工調(diào)整。

        民辦高校聘有很多兼職老師,而兼職老師提供的上課時間是固定了的,所以課表編排問題不僅涉及教師、教室、學生、課程,更有教學時間等多種因素的組合規(guī)劃,具有規(guī)模大、約束條件復雜以及不斷變化等特點,是當今計算機科學研究的熱點問題之一。

        1.自動排課的原則描述

        1.1 基本原則

        在課程的編排過程中應(yīng)遵循一定的規(guī)則,只有按照基本規(guī)則來編排,才能夠減少沖突的發(fā)生并滿足各種要求,這些基本原則主要有:

        (1)同一班級的學生在同一時間段(必修課時段),只能安排一門課程。

        (2)同一教師在同一時間段,最多只能安排一門課程。

        (3)同一教室在同一時間段,只能安排一門課程。

        (4)同一時間安排的課程總數(shù),不能大于所能提供的教室總數(shù)。

        (5)某一課程參加學習的總?cè)藬?shù),不能大于所安排教室的座位數(shù)。

        1.2 模糊原則

        結(jié)合實際情況,為了使編排的課表更加優(yōu)化、合理,排課時還應(yīng)該考慮以下模糊原則:

        (1)優(yōu)先安排全校公共基礎(chǔ)課程;

        (2)優(yōu)先安排低年級的課程;

        (3)優(yōu)先安排兼職教師的課程;

        (4)對于一周內(nèi)有兩次或三次課的多學時課程,在時間安排上盡量隔天;

        (5)同一個教學任務(wù)的不同節(jié)次盡量安排在同一個教室;

        (6)同一自然班的課程盡量安排在固定的教室;

        (7)同一教師所上的課程盡量安排在固定的教室;

        (8)同一門課程盡量安排在固定的教室。

        2.基于面向?qū)ο笏枷氲臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析

        在該算法中我們設(shè)立五個操作實體:課程、班級、教師、教室和時間。每個實體都對應(yīng)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),即五種新的類型為:Class Class_Course;Class Class_Class;Class Class_Teacher;Class Class_Room;Class Class_Time。

        (1)課程類型包含7種屬性:課程ID號、課程名稱、上課的班級鏈表、任課教師、單次課時數(shù)、可用教室鏈表、可用時間。由于有的課程一周要上多次,因此在進行排課之前,我們會將這類課程從基本數(shù)據(jù)中篩選出來進行復制,一周要上幾次就存在幾個實例,并分配不同的單次課時數(shù)。這樣的課程將有相同的課程ID號和相同的課程名稱,在排課過程中將盡量將它們安排在同一個教室,并在時間上有一定的間隔。

        (2)班級類型包含3個屬性:班級ID號、班級名稱、可用時間??捎脮r間主要是用來在排課過程中檢驗該班級在上課時間上的沖突,因為,同一個班級上的課程不能排在同一時間段。

        (3)教師類型包含3個屬性:教師ID號、姓名、可用時間。對于排課系統(tǒng)來講,教師情況的多樣性對排課結(jié)果影響也是很大的。例如,兼職教師的上課時間是有限的。因此必須為每位教師建立自己的可用時間,同時和班級的可用時間相同。

        (4)教室類型包含3個屬性:教室ID號、教室名稱、可用時間。同樣,教室作為教學資源也有它的可用時間。至于某一個課程是否適合安排在該教室上課,或該教室是否能容納上課的所有學生的問題,可以通過操作人員在進行基本數(shù)據(jù)錄入的過程中屏蔽掉。

        (5)時間類型是本算法中最重要的一個類型,以上四種類型中的可用時間實際上都是該類型的一個實例。該類型實際上就是一個矩陣,行數(shù)為7,代表一周有7天,列數(shù)由操作人員設(shè)定,為該學期每天上課的總課時數(shù),設(shè)定為Shared類型。當該課時可用時,置為O;不可用時,置為1;在虛擬排課階段,如果該課時被占用,則置為2。其中還包含三個全局變量:上午總課時、下午總課時、晚上總課時。

        3.數(shù)據(jù)庫設(shè)計

        3.1 范式模型

        排課系統(tǒng)需要應(yīng)用課程、教室、教師、班級等信息,為用戶輸出求解結(jié)論即排好的課表。數(shù)據(jù)庫即為上述信息的載體。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計是以規(guī)范化理論為基礎(chǔ)進行的,要想設(shè)計一個好的關(guān)系,必須使關(guān)系滿足一定約束條件,此約束已經(jīng)形成了規(guī)范,分成幾個等級,一級比一級要求得嚴格。這使得在今后的應(yīng)用開發(fā)中便于進行選擇、投影、連接等運算;在方便用戶方面,也避免了冗余及數(shù)據(jù)庫管理維護方面可能發(fā)生的一些異?,F(xiàn)象。

        ·第一范式(1NF):如果關(guān)系R的所有屬性都是不可再分的數(shù)據(jù)項,則稱R屬于第一范式,記作R∈1NF。

        ·第二范式(2NF):如果關(guān)系R∈1NF,且它的每一非主屬性都完全依賴于主鍵,則稱R屬于第二范式,記作R∈2NF。

        ·第三范式(3NF):如果關(guān)系R∈2NF,且它的每一非主屬性都不傳遞依賴于關(guān)鍵字,則稱R屬于第三范式。

        圖4-1 排課系統(tǒng)的E-R模型

        圖5-1 系統(tǒng)登錄窗口

        3.2 概念模型

        在使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)時,首先進行概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計,概念結(jié)構(gòu)可以充分反映現(xiàn)實世界中實體之間的聯(lián)系。排課系統(tǒng)的E-R模型如圖4-1所示。

        其中各實體類型的屬性如下:

        教師(教師編號,姓名,教研室編號,所授課程編號,教師類別)

        課程(課程編號,課程名稱,總學時,課程類別,需用教室類別)

        班級(班級編號,學生人數(shù),所在院系,專用教室)

        教室(教室編號,教學樓號,座位數(shù),教室類別)

        4.用戶界面設(shè)計

        4.1 建立程序主界面——菜單

        排課系統(tǒng)的各個功能是通過選擇主窗口中的菜單命令來完成的,每個功能模塊有一個或多個菜單命令與其相對應(yīng),并以對話框方式展現(xiàn)其功能。

        本系統(tǒng)在主窗口上放置了7個菜單,其分別用來完成不同的模塊功能,下面是幾個主要菜單所完成的功能:

        1)系統(tǒng)登錄

        該菜單包括的菜單命令有“登錄”、“修改口令”、“退出”。登錄命令能夠讓用戶以合法的身份登錄系統(tǒng),完成不同權(quán)限的操作。退出命令能夠讓用戶退出當前的用戶狀態(tài),從而避免數(shù)據(jù)被他人竊取。修改口令命令能夠讓用戶在合法登錄狀態(tài)下,確保提供自己的原口令后才能修改自己當前的密碼。

        2)基本信息維護

        該菜單中包括“授課任務(wù)”、“教室信息”、“教師信息”、“班級信息”、“課程信息”等命令,以完成基本信息的維護。授課任務(wù)菜單命令打開授課任務(wù)信息表管理模塊,對排課系統(tǒng)算法所用的數(shù)據(jù)進行管理,包括課程號,教師號,班級號,房間號,每周課時等。

        3)排課管理

        該菜單包括“排課”、“瀏覽課表”兩項命令。排課菜單命令運行排課算法,對后臺數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行分析,排課,最后以相應(yīng)的格式輸出一個可行的課程表。瀏覽課表菜單命令對當前已經(jīng)完成好的授課表進行瀏覽,但在瀏覽狀態(tài)下不能修改編輯課程表。

        4.2 登錄窗口的設(shè)計

        由于此應(yīng)用程序采用的是基于單文檔的開發(fā),因此用戶可通過主窗口的菜單來調(diào)用各個相應(yīng)的功能窗體。其中用戶單擊系統(tǒng)登錄菜單中的登錄命令,可以打開用戶登錄對話框,如圖5-1所示。

        輸入正確的用戶名和密碼后,菜單中所有功能都變?yōu)橛行?,用戶可以進行相應(yīng)的操作。

        結(jié)束語

        面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法是現(xiàn)代軟件工程的一個新興也是很有發(fā)展前途的方法,本文采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)對排課系統(tǒng)進行分析、設(shè)計,并應(yīng)用建模語言對需求做出全面分析,最終得到面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)模型,成功的解決了需求提出的問題。

        [1]陸峰,李新.自動排課系統(tǒng)算法的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微機發(fā)展,2005,15(11):61-63.

        [2]許潔.基于信息管理的高校排課系統(tǒng)[J].江蘇科技大學學報(社會科學版),2006,6(2).

        [3]袁鵬飛,孫軍安.SQL Sever 2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理[M].北京:人民郵電出版社,2001.

        [4]傅清祥,王曉東.算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(第2版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.

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