排课系统中的遗传算法设计

文 章 编 号 ： ０ ８ ３ ８ （ ０ １ Ｏ — ０ ５ — ０ １Ｏ — ７ ２２ １ ） １ ０ ６ ５
排 课 系统 中 的 遗 传 算 法 设 计
崔凌 云 彭景 芹 马晓 辉 裴祥 喜。刘春 玲 ， ， ， ，
（． 北 工 程技 术 高 等专 科 学 校 计算 机 系 ， １河 河北 沧 州 ０ １０ ；． 北 工程 技 术 高 等专 科 学 校 教 务 处 ， 北 沧州 ６ ０ １２ 河 河
教师编码互 换 ；
８ 经过杂交 和变异操作 后 ， ） 可能会 产 生冲突 ， 因此要 进行 冲突检测 ， 解决 冲突 。 并
经过 上述反 复迭代 ， 形成 的课表将 逼 近全局最 优解 。
２ 排 课 问题 中的遗传 算 法 设计
２ １ 基 因 编 码 ．
收稿 日期 ： ０ ０ ０ 一 Ｏ ２ １ — ５ ｌ
遗传算 法是从一 组随机产 生的初始解 开 始搜索 的过程 。种群 中的每个 个体是 问题 的一 个解 ， 为“ 称 染色 体” 染色 体是一 串符号 ， ， 比如二进制 ｏ １串。 些染色 体在后 续迭代 中不断进 化 ， 为遗传 。在每一代 中用 适 这 称 应度来 测量染 色体 的好Hale Waihona Puke Baidu 。生成 的下一代 染色 体称 为后 代 。后 代是 由前 一代 染色体 通过交叉 或者变异 运算 形成 的。 新一 代形成 中 ， 根据适 应度 的大小选 择部分后 代 ， 淘汰部分后 代 ， 而保持 种群 大小的稳定性 。 应 从 适 度高的染 色体被 选 中的概 率高 ， 这样 ， 经过 若干代 之后 ， 法 收敛 于最好 的染 色体 ， 算 它很 可能就是 问题 的最 优 解 或次优 解 。遗 传算法包 括三个基 本操作 ： 选择 、 交叉 和变异［ 。 ２ ］
０ １０ ） ６０ １
０ １０ ； ６０ １
３ 河 北 工 程技 术 高等 专 科 学 校 基 础 部 ， ． 河北 沧 州
摘 要 ： 中 针 对 高 校 排 课 系统 的现 状 ． 据 遗 传 算 法 的 特点 设 计 了一 种 基 因编 码 、 个 适 应 度 函 数 、 突 检 测方 法 ， 设 计 了 文 根 几 冲 并 遗 传算 子 ， 改进 了杂 交 方 式 ， 降低 了算 法 的 复 杂性 ， 少 了算 法运 行 时 间 。 减 关键 词 ： 课 ； 排 遗传 算 法 ； 因编 码 ； 突 检 测与 消除 ； 应 度 函数 基 冲 适
作 者 简 介 ： 凌 云 （９ １ ）女 ， 崔 １ ８一 ， 河北 泊 头 ， 士 ， 北 工 程 技术 高等 专 科 学 校讲 师 ， 究方 向 ： 件 技 术 ， 硕 河 研 软 计算 机教 育 。
第 １ 期
崔 凌 云 等 ： 课 系 统 中 的遗 传 算 法 设 计 排
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２ １ １ 扩 展 教 师 编 码 ．．
中 图分 类 号 ： Ｐ １ ． Ｔ ３ １５ 文 献 标 识码 ： Ａ
课表 编排 属于一类 涉及 多种 因素 的组 合 规划 问题 ， 它要保证 课程 安排 中教 师 、 生 、 室 、 程 、 学 教 课 时间不 产 生 冲突 （ 如 ， 同班级在 同一 时间 同一教 室上课 ， 者同一 班级在 同一 时间安 排 了不 同的课 程） 还 要满 例 不 或 ， 足一 些人 为要 求 、 学设备 的要 求 ， 教 并且 使课 程编排 优化 。
１ 总 体 设 计 思 想 概 述
１ 构造 扩展教 师编码作 为本 系统遗 传算 法的“ 因” ） 基 ； ２ 按班级 数产生 一定数量 的初始表 ， ） 构成初 始种 群 ； ３ 对初始 种群 中的各个体表 进行 冲突检测 ， ） 如存 在各类 冲突 ， 确定 冲突 的行 、 ， 则 列 然后 在它 的同一行找
２１ ０ １年 ３ 月 第 ｌ期
河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报 Ｊ ＯＵＲＮ Ｆ ＨＥ Ｅ ＮＧＩ ＥＥ Ｉ ＡＬ Ｏ Ｂ Ｉ Ｅ Ｎ Ｒ ＮＧ ＡＮＤ Ｔ Ｃ Ｅ ＨＮＩ ＡＬ Ｃ Ｌ ＧＥ Ｃ ＯＬ Ｅ
Ｍａ． ０１ ｒ ２ １ Ｎｏ ．１
２ 教 学 班 序 号 ）
图 １ 扩展教师编码结构图
心 的 地 位 。教 师 号 唯 一 标 识 一 位 教 师 ， 免 了 重 名 教 师 带 来 的 麻 烦 。教 师 按 照 学 院 、 研 室 编 号 。 避 教
为 了解决 一名 教师 给不 同班级 上课 的 问题 ， 教师 号后加 上一位 自然 数表 示该 教师 的教学 班序 号 ， 用 在 如 １ 示该 教师 所教 学 的第 一 个班级 ， ２表示 该教 师所 教学 的第 二 个班级 ， 次类 推 。 “ ４ ３ ７ 表 用 依 如 ０ ０ ０ ３＊＊ ＊” 中 的第 四位“ ” 表 示编 号为 ０ ０ ０ ３， ４ ３ ７的教师所 教 学 的第 三个 班级 。
扩 展 教师 编码 的构成规 则 为 ： 教 师 号 一 教 学 班 序 号 ～ 课 程 序 号
～
课 程 类 型 ； 别 对 应 的 位 宽 为 ：＋ １ 分 ６ ＋ １ ３共 １ 位 。如 图 １ 示 。 ＋ １ 所
１ 教 师 号 ）
教 师 在 课 表 的 构 成 元 素 中 占据 核
另一 随机位置 ， 将这两个 位置 的数互换 ， 直至无 冲 突存 在 ； ４ 按照适应 度 函数 计算适应 度值 ； ） ５ 按照适应 度值计 算选择率 和期望 的选择 数 ， 行选择 产生下 一代的群 种 ； ） 进
６ 对 己选 择好 的个体 两两 配对 ， ） 随机 产 生一个 杂交 行 ， 行 即为某个 染色 体 （ 该 即一个 班级 课表 ） 然后 将 ， 父本 中的这两行 分别交换 ， 产生二个 新子代 ； ７ 对 参 与变异 的个体 随机选 一行 ， ） 即某班 课表 ， 在该 行 随机生成 二个 变异 的位 置 ， 后将 这两个 位置 的 然