Программный комплекс составления и корректировки учебного расписания

Сафонов И.С. МП401

научный руководитель доцент

С.А. Рудаков

Описание предметной области

Для заданного набора учебных аудиторий и временых точек распределить преподавателей с их предметами и курсами с учетом их свободного времени

Анализ имеющихся Программных продуктов

• Из бесплатных продуктов составления расписания все были ориентированы на расписания школьного типа. Которые не решали поставленных задач.

• «Составитель расписания» Версия 2007.0.4.0 *

• «Составление школьного расписания» *

Источник http://www.timetabler.narod.ru/Источник http://www.nnvinf.narod.ru/schmore.html

Экспресс-расписание (новая версия 5.0)• Автоматическое составление основного расписания

• Ведение текущего расписания и возможность ежедневной замены занятий, преподавателей, аудиторий;

• Составление расписания для нескольких смен, а также потоков с разными сроками начала и окончания обучения;

• Возможность объединения групп в поток;

• Полный учет выполнения нагрузки;

• Планирование отсутствия и занятости преподавателей, групп, аудиторий;

• Платная

Источник http://psbatishev.narod.ru/oplata.htm#_c

"Ректор-ВУЗ" - программа для составления расписания занятий в системе высшего профессионального образования.

• Основные преимущества - учет особенностей составления расписания занятий в высших учебных заведениях, в том числе: распределение преподавателей по кафедрам и групп по специальностям; планирование распределения нагрузок по неделям; отчеты по распределению нагрузок кафедр и вуза по видам занятий; автоматический и ручной режимы составления расписания занятий. Простая, легкая в освоении и эффективная программа!

• ПлатнаяИсточник http://www.rector.spb.ru/how2buy.html

Теоретико-множественный подход к моделированию расписания

P – множество преподавателей;S – множество занятости преподавателя, содержит

количество часов нагрузки для каждого преподавателя в сессию;

G – множество учебных групп; D – множество дней, на которые составляется расписание;T – множество пар учебных занятий;A– множество аудиторий;L={PхGхDхTхA} – как декартово произведение множеств.

Точка (pi1, gi2, di3, ti4, ai5,) этого множества означает, что преподаватель pi1 проводит занятие с группой gi2 в день di3 пару ti4 в аудитории ai5. Расписание можно рассматривать как множество R таких точек из пространства L.

Пример

• При фиксированном значении p∈P подмножество R(p)={r=( p, ui2, vi3, gi3, a i4, ti5) ∈ R} расписания – это расписание отдельного преподавателя p на период D, причем

• card(R(p)) = ∑{χ R(r):r ∈ R(p)}

• – нагрузка преподавателя p за этот период, измеренная в парах.

Данные

• Учебный план

• Пожелания преподавателей

• Аудиторный фонд

Учебный план

Учебная дисциплина

Трудоемкость дисциплины по учебному плану

(час.)

Аттестация

ФИОпреподавателя

Наименованиелекц

ии

лаб.

практ.

контр.

экз-н

зачет

Иностранный язык 6 1Байчурина А.Ш.

Русский язык и культура речи 10 1Хохловская О.Г.

Философия 8 Пескова А.А.

Математический анализ 14 10 1 1 1Шафранов Д.Е.

Геометрия 4 1 Маковецкий А.Ю.

Алгебра 4 1 Сбродова Е.А.

Информатика 1 1 Янченко А.Н.

Дополнительные разделы алгебры 8 1

Сбродова Е.А.

Дискретная математика 16 Фоминых Е.А.

Дифференциальные уравнения 12 Алеева С.Р.

Практикум на ЭВМ 8 1Крестникова О.Н.

Языки программирования и мет.трансляции 1

Кирюшкин М.А.

Низамеев Х.Р.

Концепции современного естествознания 20 0

Янченко А.Н.

Параллельное программирование 16 1

Рудаков С.А.Интернет -технологии 16 2

Захарова И.В.Корпоративные СУБД 16 3

Киселев В.В.Теория нечетких множеств 14 4

Полей С.В.Финансы корпораций 12 5

Еретнова О.В. Физика 12 6Маковецкий А.Ю. Теория кодов 12 7

Долбеева С.Ф.

Уравнения математической физики 12 8

Алеева С.Р.Методы оптимизации 12 9

Кирюшкин М.А.Практикум на ЭВМ 12 10

Васильева Л.А. Политология 10 11

Шафранов Д.Е.Математический анализ 8 12

Соколинская И.М.Численные методы 8 13

Байчурина А.Ш.Иностранный язык 6 14

Низамеев Х.Р.Теоретическая механика 6 15

Пожелания преподавателейРудаков С.А.

1 2 3 4 5 6 7 8 9пн 08.06.2009 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1вт 09.06.2009 2 1 1 1 1 1 1 1 1ср 10.06.2009 3 чт 11.06.2009 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1пт 12.06.2009 5 сб 13.06.2009 6 вс 14.06.2009 7 1 1 1 1 1 1 1 1пн 15.06.2009 8 вт 16.06.2009 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1ср 17.06.2009 10 чт 18.06.2009 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1пт 19.06.2009 12 1 1 1 1 1 1 1 1сб 20.06.2009 13 вс 21.06.2009 14 пн 22.06.2009 15 вт 23.06.2009 16 1 1 1 1 1 1 1 1ср 24.06.2009 17 чт 25.06.2009 18 пт 26.06.2009 19 сб 27.06.2009 20 вс 28.06.2009 21

занятость 16 всего 1 = 68

Аудиторный фонд

1 1 2 3 4 5 6 7 8 91 413 413 413 413 413 413 413 413 4132 413 413 413 413 413 413 413 4133 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А174 А17 А17 А17 А17 А175 6 201 201 201 201 201 201 201 2017 201 201 201 201 201 201 201 201 2018 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А179 A21 A21 A21 A21 A21

10 201 201 201 201 201 201 201 201 20111 425 425 425 425 425 425 425 425 42512А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А1713 201 201 201 201 201 201 201 20114А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А1715 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А1716 17 425 425 425 425 425 425 425 42518 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А1719 425 425 425 425 425 425 425 42520А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А1721А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17 А17

Процедуры

• Подготовка данных

• Сбор пожеланий к расписанию

• Конвертация данных

• Составление расписания

• Корректировка

• Вывод расписания

-

Подготовка данных

– Расчет количества пар для проведения зачетов и экзаменов в каждой группе (зачет – 1/4 часа на человека; экзамен – 1/3 часа на человека). Округление в большую сторону.

– Расписание звонков (хранится в памяти по всем семестрам).

– Дни недели сессионного периода.

– Информация по свободным аудиториям на период сессии (информация от учебного отдела).

Подготовка данных

– Информация о преподавателях, участвующих в учебном процессе (телефоны, e-mail и т.д.)

– Пожелания преподавателей (время проведения занятий, аудитории, мультимедиа) по расписанию (сбор информации через интернет или по телефону).

– Переход к векторному представлению информации (линейное упорядочивание по времени).

Подготовка данных

– Формирование ограничений (количество пар в день у одной группы, отсутствие окон в расписании групп и преподавателей, количество пар по одному предмету и т.д.).

– Заполнение вручную части расписания (лабораторные занятия, занятия в спец. аудиториях).

Проведение расчета

перебор вариантов расстановки занятий для отыскания какого-нибудь решения, удовлетворяющего выдвинутым требованиям и ограничениям, включающего следующие этапы:• Расстановка зачетов, консультаций и экзаменов с учетом видов

проводимых занятий (после или до проведения занятий, интервал между идущими по порядку экзаменами 1-3 дня, отсутствие других занятий в день экзамена, консультация не менее чем за день до экзамена).

• Расстановка занятий в группах с минимизацией числа окон в группах, у отдельных преподавателей и выполнением пожеланий преподавателей. Занятия, включая консультации, по две пары по каждой учебной дисциплине в день без окон.

Формирование отчетов

• Расписание по отдельным группам (упорядоченное по дням и парам).

• Выписки из расписания по преподавателям.

• Выписки из расписания по занятым аудиториям.

• Выписки из расписания по неиспользованному аудиторному фонду.

Алгоритм

Оценка качества

• Необходимые условия проведения занятий.

• Структура расписания.

• Формулы оценки качества

Необходимые условия проведения занятия

1.Не происходит «перекрытия» занятий. В случае если оно произошло, то за-нятие не может быть проведено.

2. Аудитория оборудована всем необходимым для проведения занятия, например компьютерами, стендами для проведения экспериментов, проектором и т.д.

3.Количество рабочих мест в аудитории не меньше количества учащихся в группе.

Структура расписания

1.Окна в расписании группы студентов

2.Окна в расписании преподавателя

3.Окна в расписании аудиторий

4.Соответствие мест в аудитории количеству студентов в аудитории

5.Временной фактор расписания

Формулы оценки качестваДля получения оценки качества расположения занятия в

расписании применяется формула вида:

где Ril - качество расположения i-го занятия на l-й позиции в расписании;

kji - значение, полученное по j-му критерию оценки качества расположения занятия на l-й позиции в расписании;

Wj - весовой коэффициент j-го критерия оценки качества;

m - количество критериев оценки качества. После оценки качества всех возможных вариантов расположения занятия в расписании выбирается вариант, при котором достигается максимальное значение оценки качества расположения:

Генетический алгоритмПредлагается использовать в качестве генов настроечные коэффициенты Wj ал-горитма составления расписания. В результате мутаций будут получены новые наборы настроечных коэффициентов и как следствие - результаты работы алгоритма будут различны. При этом оценку качества составленного расписания следует проводить с использованием значений Wj заданных диспетчером. Таким образом, учитывается воз-можность генерации расписания наиболее удовлетворяющего оценкам качества с точки зрения диспетчера, при использовании несколько измененных оценок качества в процессе его генерации.

Текущее состояние

• Реализован сбор пожеланий

• Разработан и протестирован алгоритм составления расписания

• Программа составления расписания

Ожидается реализация

• Экспорт данных из приложения сбора пожеланий и импорт в программу составления расписания.

• Обновить алгоритм составления расписания в программе.

• Формирование срезов расписания по группам, преподавателям.

Интерфейс редактирования пожеланий преподавателя

Интерфейс ручного редактирования расписания

Программа составления расписания