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改进遗传算法求解新高考背景下的排课问题

徐向阳 刘文伟 傅蝶 徐刚 金澈清 王祥丰 王江涛

徐向阳, 刘文伟, 傅蝶, 徐刚, 金澈清, 王祥丰, 王江涛. 改进遗传算法求解新高考背景下的排课问题[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (4): 108-123. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201921008
引用本文: 徐向阳, 刘文伟, 傅蝶, 徐刚, 金澈清, 王祥丰, 王江涛. 改进遗传算法求解新高考背景下的排课问题[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (4): 108-123. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201921008
XU Xiangyang, LIU Wenwei, FU Die, XU Gang, JIN Cheqing, WANG Xiangfeng, WANG Jiangtao. An improved genetic algorithm to solve the course scheduling problem in the context of new college entrance examinations[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (4): 108-123. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201921008
Citation: XU Xiangyang, LIU Wenwei, FU Die, XU Gang, JIN Cheqing, WANG Xiangfeng, WANG Jiangtao. An improved genetic algorithm to solve the course scheduling problem in the context of new college entrance examinations[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (4): 108-123. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201921008

改进遗传算法求解新高考背景下的排课问题

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201921008
基金项目: 国家自然科学基金广东联合基金重点支持项目(U1811264); 上海市自然科学基金(19ZR1414200)
详细信息
    通讯作者:

    王江涛, 男, 副教授, 研究方向为嵌入式计算机、智能传感器与云计算、智能制造与工业互联网. E-mail: jtwang@sei.ecnu.edu.cn

  • 中图分类号: TP311

An improved genetic algorithm to solve the course scheduling problem in the context of new college entrance examinations

  • 摘要: 我国提出新高考改革政策后, 越来越多地区和高中开始采用走班制教学模式. 相对于传统的行政班教学模式, 走班制教学模式使排课问题的约束条件进一步增多, 学校教育资源匮乏的现象进一步凸显. 传统的排课算法不适于求解走班制教学模式下的排课问题, 而纯粹的手动编排课表不仅费时费力, 排出的课表还可能存在大量冲突, 难以保证课表的可行性和合理性. 根据走班制教学模式的特点,设计了一种获取优质可行解的方法: 首先针对走班课程提出了一种自动生成教学班组合的方法; 然后运用改进的遗传算法高效合理地求解排课问题. 实验结果表明, 该算法可获得优质的课表安排, 并且已经加入到实际应用中.
  • 图  1  教学班组合示例

    Fig.  1  Examples of mobile teaching class combinations

    图  2  教学班组合的安排示例

    Fig.  2  Examples of teaching arrangements for class combinations

    图  3  基因结构示例图

    Fig.  3  Example diagram of gene structure

    图  4  基因组合方法

    Fig.  4  Method of gene combination

    图  5  类之间的关联关系

    Fig.  5  Association of relationships between classes

    图  6  生成初始种群的流程图

    Fig.  6  Flowchart for generating initial population

    图  7  交叉操作的流程图

    Fig.  7  Flowchart of cross-over operation

    图  8  变异操作示例图

    Fig.  8  Example diagram of mutation operation

    图  9  变异操作的流程图

    Fig.  9  Flowchart of mutation operation

    图  10  遗传算法流程图

    Fig.  10  Flowchart of genetic algorithm

    图  11  两种方法的效果对比

    Fig.  11  Comparison of the effects of the two methods

    图  12  文献[12]中方法的进化效果

    Fig.  12  Evolutionary effect of the method in paper [12]

    图  13  使用本文的适应度函数对图12的数据进行转换

    Fig.  13  Evolutionary effect diagram of transforming the data from Fig. 12 using the fitness function of this paper

    图  14  第一批次班级的课表

    Fig.  14  Schedules of classes for the first batch

    表  1  针对不同参数的实验结果

    Tab.  1  Experimental results for different parameters

    交叉概率变异概率惩罚因子α1惩罚因子α2最佳个体适应度
    0.50.010.800.900.663 27
    0.50.010.880.940.707 42
    0.50.010.960.980.676 61
    0.50.050.800.900.783 58
    0.50.050.880.940.785 00
    0.50.050.960.980.768 70
    0.50.100.800.900.812 35
    0.50.100.880.940.801 39
    0.50.100.960.980.820 73
    0.60.010.800.900.710 95
    0.60.010.880.940.692 25
    0.60.010.960.980.706 95
    0.60.050.800.900.774 28
    0.60.050.880.940.821 56
    0.60.050.960.980.766 33
    0.60.100.800.900.792 31
    0.60.100.880.940.829 27
    0.60.100.960.980.785 96
    0.70.010.800.900.685 24
    0.70.010.880.940.685 08
    0.70.010.960.980.669 02
    0.70.050.800.900.776 15
    0.70.050.880.940.742 72
    0.70.050.960.980.766 42
    0.70.100.800.900.804 59
    0.70.100.880.940.821 31
    0.70.100.960.980.776 53
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    表  2  针对不同规模的实验结果

    Tab.  2  Experimental results for different scales

    教学规模/个班级排课耗时/s最佳个体适应度
    12 391 0.877 65
    24 786 0.826 18
    36 1 172 0.789 17
    48 1 586 0.738 95
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-01
  • 网络出版日期:  2020-07-20
  • 刊出日期:  2020-07-20

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