1、北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述毕业设计（论文）文献综述信 息 管 理 与 信 息 系 统经管类实验中心网络排课系统分析与设计第一章 前言本次毕业设计题目是经管实验中心网络排课发布系统分析与设计。目前经管实验中心仍采用手工排课的方式来进行课程编排，任课老师向实验室管理人员上报上课所需教室和时间,如果和另一堂实验课有着时间地点的冲突,则两位任课老师自行商量决定,最后形成一个有效的课程表。这种方法没有客观的规律可言，并且具有很大的盲目性。排课问题实质上是课程、班级、教室、教师、时间这五维关系的冲突问题 1，要合理的解决这个问题就要结合之前提到的一些基本原则以及排课的一些基本要求。由于排课管
2、理员不能完全了解每位教师的实际情况，使安排的上课时间与教师个人在学习上或生活中的时间发生冲突，造成今后频繁的调课操作，又增加了工作量 2。利用计算机 进行自动排课，不但能够是教务人员从繁重的排课任务中解脱出来，提高教务管理工作效率，还能够改善教学质量管理，合理，高效的利用有用的教学资源，是学校的教学活动及教学管理工作有序的进行。为了能够更好地完成设计，我从互联网，学校图书馆资料室以及各高校联网文献库搜集了大量资料，了解了当前领域的研究发展历史，研究现状以及仍尚存在的问题。北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述第二章 正文2.1 校园信息化发展当今社会，计算机技术的迅速，人们对于互联网生活的接
3、受程度越来越高，尤其是大学生这一新兴群体。全球各个高校的利用校园信息化来进行教育工作的水平也在飞速进步与发展，校园信息化的普及是一种潮流趋势更是时代发展的需要。使用信息化的方式进行课程的编排及其管理工作正是校园信息化建设的一步。从全球化的信息大发展的整体来看，各大高校，中小学的信息化建设作用和意义是深刻而重要的，利用校园的数字化建设来缓解学校矛盾，提高教学质量和教学效率，甚至提高学校的竞争力是一个行之有效而又方便易行的现代化方法。有信息教育研究者曾经在研究中指出：从远大的未来的发展战略角度看,各大高校使用信息化的方法进行教学，从一方面来说，有效的缓解招生规模不断扩大与教育经费不断下滑之间的矛盾
4、；从另一方面来说，高校能够通过利用信息化教学方法来开拓尚未开发成熟的远程教育市场从而达到进一步提升高校在全球教育市场上的竞争力与影响力 6。因此,对于高校的信息化建设也获得了广大师生们的强烈支持。对于教师们来说,因为校园信息化大力的发展和极速的建设的给力存在，教学工作就不仅限于校园课堂上，在正常的课堂教学之后，教师们能够将在课堂上没有时间向学生讲述明白的关键点录制成为的网路课程，及一些课外参考资料通过校园信息化建设发布在网络公共教学空间中供向广大学生提供学习和下载，这样做大幅度的节省了各方人员时间资源与学校的教育经费，并且极大的提高了教学工作的效率，使得教师将更多的精力集中于科学研究工作上来
5、7。对于学校的学生来说，校园信息化建设带来的不仅是相当丰富的教学资源，还意味着丰富多彩的校园生活及便利的信息检索方式，来达到灵活的安排自己的学习安排 8。同时，在教育部大力倡导以及总体规划的大前提下，将校园信息化建设变成每一个人都知道它的重要性，每一个人都支持的大环境。只有得到全体师生的理解与支持，并且每个人够亲自投入与校园信息化建设的工作中来，才能够不间断的推进北京化工大学校园的信息化建设工作的步伐，一步一步向世界一流大学的目标前进。 北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述总而言之，校园信息化的成功的建设，必定将会给学校的各个部门、学校的科学研究发展带来十分积极进步的影响，从而达到提高学校
6、各个领域的科学研究水平与全校的教学的水平，管理的品质和工作效率的目的，最终打响学校在各个领域的名声。2.2 原则及目标2.2.1 高校排课原则 7高校的课表编排是一个复杂的工程，涉及专业老师、学生多，因此要合量对课程进行安排，必须采取科学的排课原则，主要原则有：1)课程表要根据教学计划，将授课教师、教室和学生等资源合理起合，遵守时间没有冲突的原则，局部服从全局原则。2)在保证时间没有冲突的条件下，将课程心量安排在上此类课效果最好的时间。例如难度大、关键的课程安排每天上午，如体育课则安排在下午教学。3)根据人的大脑活动规律，课程应该交替编排，理论课与实践课要交替进行；自然学科和人文学科交替进行；
7、同一门课程中间保持合量的时问间隔，不应连排。4)使每个班级一周课程尽量均衡。2.2.2 高校排课目标课表编排是一个充满着冲突的过程，主要冲突包括所开课程、上课时间、上课班级、上课地点、任课教师等多方面争夺某一教学资源，从而出现矛盾，导致教学工作不能正常进行。编排课表日标是依据教学计划，将教室、班级、教师和课程合理地安排在一周内某一个不发生冲突的时间里，保证排课系统正常工作，因此实际是一个多约束条件下的资源分配问题。随着着大学扩招，学生日益增多，课程表是教学工作正常运行指挥图，是组织师生有序教学重要依据，是教学管理人员的核心工作。高校排课程问题足指在教师教室、和时问资源有限的条件下，对课程进行有
8、效调度的组合整体优化问题，涉及冈素多，北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述是一项比较复杂的系统工程。目前，高校排课问题已被证明是一个 NP 完全问题，由于其具有难解性和复杂性，因此一直没有得到很好解决受到研究者的关注。在国外，对于排课系统的研究开始于 20 世纪 50 年代。研究者一开始只是对解的存在性、数学模型以及计算机求解算法等问题进行了探讨。1962 年，Gotlieb 提出了课表编排问题的数学模型 8，从而使之成为计算机软件应用专家和数学家共同研究的课题，但是，研究过程中，由于实际中遇到种种难题，并未既得成功。1976 年，Bondy 提出了将课表问题归结为一个图的边染色问题，并且
9、给出了一个算法 9。但是，由于实际教学活动中存在着多种复杂的约束条件，从而使这种算法无能为力。进入 20世纪 90 年代以后，国外研究人员对课表问题的研究仍然坚持不懈，研究出了一些排课的算法，常用的一些排课算法有：遗传算法遗传算法通过整合当下教学资源，以交叉、变异以及选择等方式进行遗传和变异，解决高校排课系统中存在的问题。遗传算法的演示过程和基因演化的过程差不多，大体如下 10：1，以随机的方式构成数量相当的初始种群 ；2，评测和估算个体的适应度，符合优化标准的可以输出其最优解，完成计算过程，不符合者继续下一步 ；3，以适应度为根据对再生个体进行重新选取 ；4，根据相应的交叉方法和概率重新生成
10、个体 ；5，根据相应的变异方法和概率重新生成个体 ； 6，以变异和交叉的方式构成新的种群，然后返回第 2 步 。传算法拟自然界生物进化过程的随机搜索、优化算法，具有自适应全局寻优和智能搜索等优点，且收敛性好，其缺陷是交叉和变异概率不能进行自适应调整导致排课时产生早熟现象、收敛速度慢等缺陷，排课冲突宰相当的高 11。贪心算法：所谓贪心算法是指，在对问题求解时，总是做出在当前看来是最好的选择。也就是说，不从整体最优上加以考虑，它所做出的仅是在某种意义上的局部最优解。贪心北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述算法不是对所有问题都能得到整体最优解，但对范围相当广泛的许多问题它能产生整体最优解或者是整
11、体最优解的近似解。在本系统中，做出局部最优的选择，是基于某时间段可能产生冲突的概率最小的原则。这只是一种可能，不能保证一定是在全局层次上这个选择也是最优的 12。模拟退火模拟退火算法(Simulated annealing SA)是针对组合优化问题，采用迭代求解的思路，随机进行寻优的一种通用概率启发式算法，适用于较大空间的搜索问题，在多项式时间内期望找到全局最优解或最优近似解排课算法是典型的大空间组合优化问题，因此可以在排课算法中采用模拟退火 SA 算法 13。排课算法其实质是一个周期时间内，关键属性(教师、班级、课程、教室、课时段)满足一定的约束条件、使得排课时间分布合理，并一定程度上达到近
12、似最优解14。在排课过程中为了避免属性之间冲突，同时兼顾教学过程的合理性和师生的上课效率，还需要根据教务实际情况设置一些排课附加条件 15。但是模拟退火算法退火实施温度难以确定，以及降温的方式多样，并且有时没有考虑到实际应用中会出现的所有排课要求，容易产生局部最优解，得到的结果无法满足大规模排课要求 16。专家算法 17其重要特色是实现了知识与程序的分离，专家系统中知识集中在知识库中，事实数据集中存放在综合数据库中，程序则构成推理机。引入专家系统的方法，排课的数据、原则与程序正好对应了专家系统的综合数据库、知识库和推理机，排课数据、排课原则从推理程序中分离出来，便于进行修订和补充，排课程序重点
13、解决逻辑推理，程序结构更加简练清晰，便于维护。模糊性算法 18主要针对大中专院校的资源特点而定的算法，最大特性就是基础数据模糊(如某课程既可分班上也可合班上，这就导致教室占用情况及所需教师人数均为不确定数据)；其次就是排课推理原则及推理过程的模糊性；再次，排课结果的模糊性，这个特性决定了排课系统在知识表达和排课推理的实现上需采用合适有效的方法。北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述大量文献设计并开发出相应的通用排课系统。但从实际使用情况来看，实用性上仍不尽如人意。由于国外软件未考虑教室的约束因素，普遍没有考虑教室资源不足的情况，而我国近几年高校扩招，教室资源普遍紧张，不符合我国的实际，不适用
14、于我国高校教室紧张的情况 19-20。我国对这一课题的研究起步比较晚，所用方法从模拟手工排课到运用人工智能构建专家系统或决策系统都有。国内一些高校也进行了很多相关软件的开发研制工作，但是不同的高校有自身的特殊情况，某一高校的排课系统并不一定适应别校的具体情况 21。考虑到各个高校的特殊情况，不可以简单的调用已有的排课系统，而是要进行具体的设计。北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述第三章 结论课程表是高等学校教学工作指挥表，传统排课方法效率低下，而且课程冲突率高，影响高等学校教学效率。本文从校园信息化开始分析，对于排课的目标和原则进行了研究，并且搜集了大量的国内外的算法文献，研究了该领域的最
15、新研究成果，对于我即将要进行的毕业设计来说，有很大的启发，让我明白了前进的方向。针对北京化工大学经管实验室的特点，设计一个小巧简易的排课系统来减轻实验室管理人员的工作量，提高学校的教学效率，方便教务处的教学管理工作。随着实验室课程的越来越丰富，教学内容的增多，教师、学生及教室数目的增加，为原来的人工干预带来了巨大的难题，由此可以预见，实验室自动排课系统可以给实验室带来教学管理效率的提高，降低了教学成本。未来的教学管理系统必然是需要使用先进的计算机技术来实现。北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述参考文献1 赵国栋,王婷婷,阎妍等.校园信息化应用与发展状况分析2010 年高校信息化调研报告J.
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