排课毕业设计需求分析草稿

…

需求分析

1.对功能的规定

作为一个完整的数据库系统，其各种功能也要求比较完善，本系统的主要功能有：

（1）系统登入功能：在系统授权范围内，用户选择各自的用户名，输入密码后登入系统；

（2）基本信息管理：教师、教室、班级、课程、课程申请等数据的增、删、改、查；

（3）数据处理：自动排课、手动排课、教师、教室、班级、课程、课程申请等数据的输入、编辑、修改、删除等功能；

（4）数据输出：查询教师、班级课程表，打印教师、班级课程表，查询教师、班级、教室课程以及课程申请的基本信息；

（5）系统设置：对用户权限的设置和密码的更改。在本系统中，普通用户即教师和学生只能浏览、查询和打印基本信息以及查询课表和打印课表，不能添加、删除、修改基本信息并且无权排课、调课。教师也可根据实际情况提前申请课程日期。

,

2.对性能的规定

(1)一个大学由多少个院系组成(院系类)；

(2)一个院系有多少个专业(专业类)；

(3)一个专业有多少个年级(年级类)；

(4)一个年级有多少个自然班(班别类)；

(5)一个自然班有多少个学生(学生类)；

(6)一个大学有多少个教师(教师类)；

：

(7)一个大学有多少个教室(教室类)；

（8）教师和学生都不能发生课时冲突，即没有教师要同时给两个（或两个以上的）班上课，也没有一个班要同时上两门（或两门以上）不同的课程；

（9）教师和学生合理的不排课时间要求一定要满足；

（10）要求排连堂的课一定要连堂；

（11）主课（大学英语、高等数学、大学物理等）课程排上午，副课（思想道德修养、文献检索等）课程排下午，其它课程在上、下午随机分布；

（12）满足教师教案的周期性，教师备一次课后应在他授课的所有班上都讲授一遍之后才进入到下一阶段的备课和授课；

（13）尽量避免断点，即不出现一天内前、后节次有课，中间无课的现象；

（14）文、理课（如高等数学和大学英语）相间，以使学生智力得到调整，提高学习效率；

—

（15）同一门课一周内在节次上要均匀分布；

（16）排课前考虑老师的时间问题。张教师一周5天共上20节，则尽可能安排每天4节课且4节课不连续安排在如1234或5678节等；

（17）排课时还要充分考虑到课程的均匀性问题。即课程安排尽可能均匀，英语一周3节，若一周上５天的课，尽量每隔一天安排一次课程；

（18）对于数量巨大的信息，系统仍具有较快的响应速度和较小的系统开支。

3、逻辑设计

整个排课的过程分成一下步骤：

（1）管理员通过教师信息，班级信息，教室信息，课程信息，课程申请信息确定所对应的的教师表，班级表，教室表，课程表以及课程申请表。

（2）管理员首先根据教师预先排课申请表手动确定合适部分课程的时间。（3）：

（4）自动排课。从教师表，班级表，教室表，课程表提取相应信息、寻找合适的节次进行合理有序的安排。或者（2）和（3）颠倒进行。

（5）对确定的课表根据反馈适当性修改，最终确定。

4.系统数据结构图

（1）顶级数据流动图

管理员 排课系统 打印课程表

班级和老师

>

（2） 第二级数据流动图

、

数据流动图：

{

5.基本设计概念和处理流程

(

活动者1：用户（管理员），系统的最大使用者，可操作系统的全部功能，即使用系统对全校的班级进行排课，首先获得相应的基本信息（教师信息，班级信息，教室信息，课程信息，课程申请信息，预先课程申请信息），根据基本信

息进行自动排课和手动调课适当性，合理性结合，并对教师的课表和班级的课表进行查询。

活动者2：用户（学生），作为系统的一般使用者，他们能进行查询和打印课表，并能看到教师、班级、教室、课程基本信息。学生可以查询自己班级的课表和自己关注的老师的课表；

活动者2：用户（教师），作为系统的一般使用者，他们能进行查询和打印课表，并能看到教师、班级、教室、课程和课程申请基本信息。老师可以查询自己的课表，也可查询自己所教的班级的课表。

用况说明：

（1）用况名称：主界面

参与者：用户（管理员、教师、学生）

主要事件流：

,

用户在这里根据自己的需要选择需要的操作，其中以管理员身份登入的就可选择此界面上的所有功能操作，而以老师和学生身份登入的就只能浏览各个模块的基本信息并可选择查询这个模块。

（2）用况名称：教师设置

参与者：用户（管理员、教师、学生）

主要事件流：

管理人员对教师的基本情况如姓名、职称、学位、住所等进行编辑、添加、删除、查询等操作；教师和学生能够浏览和查询基本信息。

（3）用况名称：班级设置

参与者：用户（管理员、教师、学生）

主要事件流：

、

管理员对班级的基本情况如班级名称、班级人数、专业、年级等进行编辑、添加、删除、查询等操作；教师和学生能够浏览和查询基本信息。

（4）用况名称：教室设置

主要事件流：

管理员对教室的基本情况如教室名称、教室容量、教室性质等进行编辑、添加、删除、查询等操作；教师和学生能够浏览和查询基本信息。

（5）用况名称：课程设置

参与者：用户（管理员、教师、学生）

主要事件流：

…

管理员对课程的基本情况如课程名称、课程类别、考核方式、课程性质等进行编辑、添加、删除、查询等操作；教师和学生能够浏览和查询基本信息。

（6）用况名称：课程申请

参与者：用户（管理员、教师、学生）

主要事件流：

管理员对课程的基本情况如课程名称、教师姓名、班级名称、周课数、学分、开始周、周数等进行编辑、添加、删除、查询等操作；教师能够浏览和查询基本信息。

（7）用况名称：自动排课

参与者：用户（管理员）

主要事件流：

!

管理员在输入教师信息、班级信息和教室信息、课程信息后系统就可根据算法和代码自动的安排各班和各老师的课程表。

（8）用况名称：手动排课

参与者：用户（管理员）

主要事件流：

在自动排课后，教务处的管理人员可调整课表的一些冲突问题如场地冲突、时间冲突等进行改正，或是对某些老师由于特殊情况要课程调动的预先课程申请表进行重新安排。

（9）用况名称：高级查询

主要事件流：

，

系统的所有默认用户都可使用这个模块查询他们各自关注的课表信息并且打印课表。用户输入查询的关键字（查询班级课表的可以输入班级名称，查询老师课表的可以输入老师姓名），系统搜索所需的课表，显示课表信息，用户可对课表进行打印。

6. 系统的物理结构图

7. 系统模块图

以下对系统模块进行大致的介绍：

（1）用户接口模块；

（2）数据库管理模块；

#

（3）核心功能模块；

①基本信息管理子模块。该模块包含：教师设置，教室设置，班级设置，课程设置，课程申请设置。

②系统管理子模块。该模块包括：用户界面与系统权限。

③排课管理子模块。该模块包括：手动课程管理、自动排课管理、手动调

节管理、排课异常管理以及班级、教师课表管理5个部分。

8.数据库设计

设计原则

要设计出一个好的管理系统数据库，除满足系统所要求的功能外，还必须遵守下列原则：

{

（1）基本表的个数越少越好。

（2）主键的个数越少越好。键是表间连接的工具，主键越少，表间的连接就越简单。

（3）字段的个数越少越好。

（4）所有基本表的设计均应尽量符合第三范式。

在数据库的设计中，如何处理多对多的关系和如何设计主键，是两个有着较大难度、需要重点考虑的问题。

系统数据库设计

（1）课程信息数据库：记录课程的基本信息

属性：（课程名称，课程代码，课程类型，考核方式，课程性质）其中课程代码唯一标识一门课程，课程类型用来确定课程优先级，而课程性质是课程所需教室条件的信息，如：是否需要多媒体。如表所示：

-

课程信息表

（2）教师信息数据库：记录院系教师的基本信息

属性：（教师姓名，教师代码，职称，学位，住所）其中教师代码唯一标识一位教师，教师职称和学位确定教师优先级，住所判断老师是否在校外居住，排课时给予一定的优先级。如表3-2所示：

表教师表

（3）教室信息数据库：记录教室的基本信息

属性：（教室名称，教师代码，教室容量，教室性质）其中教室代码唯一标识一个教室，教室容量和性质分别判断是否与班级和课程性质的相匹配。如表所示：

教室表

（4）班级信息数据库：记录班级的基本信息

\

属性：（班级号，班级代码，班级人数，所在专业，所属年级）其中班级代码唯一标识一个班级，所属年级用来确定该班级有哪些课程。如表所示：

班级表

（5）课程申请库：记录课程申请的基本信息

属性：（申请代码，班级名称，课程名称，开始周，周学时，教师姓名，学分，开始周，周数）其中申请代码唯一标识一个申请记录。如表所示：

"

课程表

（6）班级和教室课表库：记录班级和教室的课表信息，按班级和教室生成相应的课表

（7）密码表库：记录用户信息和用户相对应的密码，根据用户的身份设置系统的权限，如表所示：

{

密码表

^

E-R 图数据库设计

实体和属性的定义：

班级（班级号，学院名，专业名，班级人数）

课程（课程代码，课程名称，学时，学分，所属专业，任课教师编号） 教师（教师编号，姓名，职称，所属系别） 时间（上课时间，教学日，教学周，学期）

教室（地点，容纳人数，是否为多媒体教室 ）

#

、

|

9. 关系数据库的逻辑设计

（1）导出初始关系模式

(

（2）产生子模式

;

子模式是用户所用到的那部分数据的描述。除了指出用户用到的数据外，还应指出数据与概念模式中相应数据的联系，即指出概念模式与子模式之间的对应性。如表所示：

数据结构和程序（模块）关系

本系统中，各个模块使用到相应的数据库中的表的关系，如表所示：

其中●表示该数据表和相对应的模块间的对应关系。

10.算法设计

1）排课细节及需求

排课细节需求大体上就是系统开发者需要进一步和用户进行协商，甚至要进入用户的单位深入了解情况，使得开发出来的系统在任何一个环节都能满足用户的要求，甚至比用户想象的更加完美。

。

由于排课算法以及冲突检测在细节上有很多限制，在设计之前我们做了详细的讨论和分析，得到排课系统有以下细节需求：

（1）“公共基础课和公选课优先固定”，由于这两种课一般由教务处制订

课程计划，因此应该在自动排课之前将它们优先固定。

（2）“一师多课”冲突情况，即一位教师在同一时间内排了一门以上的课。

（3）“一室多课”冲突情况，即一个教室在同一时间内排了一门以上的课。

（4）“一班多课”冲突情况，即一个班级在同一时间内排了一门以上的课。

（5）“教室容量匹配”情况，即上课班级人数应该与所在教室的人数匹配。

（6）“合班和分班课程”情况，即在排课时要考虑像英语这样的分班课和政治这样的合班课如何排课。

（7）“课程单双周”情况，即某些总课时较少的课程，可以考虑在单周或双周排课。

：

（8）“同一课程间隔”情况，尽量让同一课程在一周内课时内的排课分布均匀。

（9）“课程优先级”情况，尽量让学分值高的和重要的课程排在黄金时间，课程优先级低的排在其他时间。

（10）“课程扩充”情况，如果正常情况下无法满足课程的需要，就要在晚上或者周六日进行课时的扩充。

（11）“课程与教室匹配”情况，课程要求的条件必须与教室设备条件相匹配，是否需要多媒体授课等。

2）算法说明

（1）变量定义及初始化

获取申请课程数量（appNum）及教室数量（roomNum），定义排课数组arr[weekday][time][roomNum][1]，其中排课数组中的各维数含义表示如下：Weekday：表示一周的天数，取值为0－5；

~

Time：每天的上课时间，取值为0－4，分别为（1和2，3和4，5和6，7和8，9和10）；

roomNum：教室的编号；

最后一维表示课程的码值，码值是课程的唯一标识，排课数组的这一维记录了某天某个时候某个教室所上的课程，是冲突检测的唯一根据；

定义申请课程数组app（appNum），数组的下标表示申请码，数组值表示申请课程的内容，包括教师姓名，班级名称，周课数，课程名称。遍历申请数组，计算总的周课数totalCourseNum。

（2）排课算法

①判断周课数totalCourseNum是否为0，为0则排课结束，否则进行②；

②循环遍历申请数组app，如果app[i].courseNum=0，即当前课程的周课数totalCourseNum为0，则跳出循环，否则安排当前课程；

③安排课程：检测排课数组arr[weekday][time][roomNum][0]是否为0（为0表示还未排课）并且教室合适而且没有冲突则排课成功，将当前申请数组app[i].courseNum-1，总的周课数totalCourseNum -1，否则进行相应的调整。调整过程如下：

\

首先对roomNum进行查找，看是否有合适的教室；

其次看是否是非周末，并且是上下午第一节课，如果是则推迟到下一节继续查找；

接着看是否是周1至周4并且为上下午最后一节，如果是则推迟到第二天并且提前到前一节课继续查找；

然后看是否是周五并且是上下午最后一节，如果是则推迟到周一并且推迟到下一节课继续查找；再看是否是周一至周四并且时间是晚上，如果是则推迟到第二天的上午第一节课继续查找再看是否是周五并且时间是晚上，如果是则推迟到周六是上午第一节；

最后看是否是周六并且时间是白天，如果是则推迟到下一节如果都不成功则本次不对其进行排课；

④第二次排课，对第一次排课不成功的课程进行再一次的排课；

⑤最后将排课结果写入数据库中。

接口设计

@

用户接口

（1）用户：用户输入需要登入系统的用户名和密码；

系统：识别密码，根据用户的选择进行相应的操作。

（2）用户：用户在主界面这个模块中，可以选择单击“教师设置”、“班级设置”、“教室设置”、“课程设置”等进行相关操作。

系统：根据用户的选择进行超链接。

（3）用户：在教师设置、班级设置、教室设置、课程设置、课程申请设置中都会分别设置编辑、删除、修改、查询的超链接，在按钮下面会有以表格形式出现的教师、班级、教室、课程和课程的总体情况的一览表，用户可以分别浏览所有的教师、班级、教室、课程的信息，同时用户还可通过链接对信息进行编辑、修改、删除、查询。

①单击“编辑”后，系统会自动跳到编辑页面，用户可在页面显示的表单中输入要编辑的信息，输入后按“确认”，在一览表中将会看到此信息；

②在单击“修改”按钮后，系统会自动跳到修改页面，页面会显示要修改的记录的所有信息，用户可在表单中选择要修改的信息，输入后按“确认”，在一览表中将会看到修改后的信息；

￥

③在单击“删除”按钮后，系统会自动跳到删除页面，页面会显示要删除的记录的所有信息，用户可直接按“确认”，在一览表中将会看不到此信息；

④在下拉框中选择以何种查询的关键字进行查询，在查询的文本框中输入要查询的信息，并按“确认”，比如，要查询02信管2班的基本信息，可在“班级设置”中选择班级，在文本框中输入“02信管2班”，“确认”后，在一览表中就可出现该班级的所有信息。

系统：根据用户选择的按钮进行页面的超链接和后台数据库的导入。

（5）用户：在自动排课这个模块中，用户可点击“自动排课”按钮，系统在导入数据后会自动进行排课。在自动排课过程中由于排课设置的等因素，有些课未排，或是某些老师要求上课要调整的，用户就可在这个模块中进行课程的二次编排，即用户可点击“手动调课”按钮，在原有的课表上可根据需要调课。调好课后，还可点击“检测冲突”按钮，检测调好的课程是否有冲突，如果提示有冲突，则继续调课，直到没有冲突为止。对排好的课表，如果有必要还可以点击“保存”按钮，将课表保存在数据库中。

系统：自动导入后台数据库，根据算法和代码，生成课表。

（6）用户：在高级查询这个模块中，在出现的界面的上边有写着“请输入关键字”，在“字段”中选择“班级名称”或“教师姓名”，点“提交”，在页面的下边就会出现该班或老师的课表。同时在这个模块中，用户在查询到需要的课表后，可对此课表进行打印，只要点击“打印”按钮。

系统：自动导入数据库，在页面中显示出要查询的课表并连接打印机进行打印。

（7）用户：在系统权限这个模块中，用户如想修改密码，可在页面出现的表单中进行修改，该页面上会显示“请输入旧密码：”、“请输入新密码：”、“请再次输入新密码：”这三排字，用户只要在对应的方框中分别输入旧密码和新密码后，点“确认”，密码就可修改成功，用户下次登入时就可输入新密码了。

…

系统：系统在此就可验证旧密码，进行修改操作。

（8）用户：用户在登入每个模块后，如想中止操作，都可返回到主界面，然后退出系统，因为在每个模块中都有“返回”的按钮。

系统：根据用户的选择进行超链接。

11. 内部接口

根据模块结构图和数据流程图，可得出模块关系图，反应各模块内部的关系，箭头方向表示调用关系，如图所示：

》

设置设置设置设置设置排课查询权限

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12. 运行设计

1）运行模块组合

（1）系统登入功能：系统登入界面模块，系统主功能界面模块。

（2）基本信息管理功能：教师设置模块，班级设置模块，教室设置模块，课程设置模块，课程申请设置模块。

（3）数据处理功能：教师设置模块，班级设置模块，教室设置模块，课程设置模块，课程申请模块，自动排课模块。

（4）数据输出功能：高级查询模块，班级设置模块，教师设置模块，班级设置模块，教室设置模块，课程设置模块，课程申请设置模块。

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（5）系统权限功能：系统权限模块。

本系统中，系统功能所对应的各个模块的关系如表所示：

其中●表示该项功能对应模块的主要功能。

2) 网页与模块关系

（1）本系统是以网页排课的方式和广大师生见面，在制作过程中，就需要对整个排课系统的网站架构进行设计，如图所示：

一级网页二级网页

（2）模块与网页的关系说明

①系统登入模块

与系统登入模块相关的页面就是主页，关系如下所示：

②主界面模块

此模块涉及到的就是主界面这个页面，如图所示：