高校智能排课系统的研究设计与实现

I摘要现如今，随着我国高校的快速发展，各个大学早已朝着综合大学的发展，所开设的学科、专业以及学院都如迅猛发展，尤其是扩招以来，各个大学的在校学生数量猛增，在这种情况，以前学校的教务排课系统已远远不能满足现在这个快速发展的现状，以前的那种手动排课或者简单的无纸化的系统，已经不能满足现在排课的需求，很容易出现纰漏，导致正常的教学活动不能顺畅进行。本文正是基于目前这种现状，利用目前比较流行的B/S模式，流行的关系型数据库MySql以及应用非常普遍的PHP技术，对本次高校智能排课系统进行设计与实现。本次主要是利用了比较先进的流行的排课算法对本系统高校智能排课进行自动排课。本系统大体的思路是，首先对各种基本资料进行管理，并且对各个用户（教师、教务人员、学生等）进行用户管理，并且对其进行角色管理；然后设置了对所有排课信息进行管理的模块，进一步对所有的排课信息进行详细管理，在这个基础上，利用先进的排课算法对这些信息进行排课操作，最后，可通过课程表信息发布与查询模块对智能排课信息进行查询与下载，并可以以Excel的形式进行下载与保存。本次对以上五个模块从需求分析到系统设计再到系统实现进行了详细的分析与阐述，并且在最后对各个模块进行了详细的测试。通过试用，本次高校智能排课系统达到了预期的目标。II关键字：智能；排课系统；PHP；数据库AbstractNow,withtherapiddevelopmentofChina'scollegesanduniversities,eachuniversityhadtowardsthedevelopmentofuniversities,thecreationofdisciplines,aswellasprofessionalcolleges,suchastherapiddevelopment,especiallysinceenrollment,universitiesinthenumberofschoolstudentssoaredinthiscase,thepreviousschoolcoursesarrangingsystemcannotmeettherapiddevelopmentofthecurrentsituationnow,beforethekindofmanualorsimplyarrangingpaperlesssystemhasbeenunabletomeetthecurrentneedsofarrangingeasilyflaws,leadingtothenormalteachingactivitiescannotbecarriedoutsmoothly.Thisarticleisbasedonthecurrentsituation,theuseofcurrentpopularB/Smode,thepopularrelationaldatabaseMySqlandPHPapplicationverycommontechnique,thisofIntelligentSchedulingSystemDesignandrealization.ThemainadvantageofthemoreadvancedpopularSchedulingAlgorithmofthesystemofIntelligentSchedulingautomaticArrangement.Theideaisthatingeneral,thefirstofallthebasicdatamanagement,andindividualusers(teachers,academicstaff,students,etc.)forusermanagement,anditsroleinmanagement;thensetupallthearranginginformationmanagementmoduletimetableforallfurtherdetailedmanagementinformation,onthisbasis,theuseofadvancedalgorithmsforarrangingthisinformationarrangingoperationFinally,publicationandquerymodulesmartSchedulinginformationthroughcurriculuminformationDiscoveranddownload,andcanbedownloadedasExcelandsave.TheabovefivemodulesfromIIIrequirementsanalysistosystemdesigntosystemimplementationcarriedoutadetailedanalysisandforth,andattheendofeachmoduledetailedtesting.Throughthetrial,thissystemofIntelligentSchedulingtoachievethedesiredobjectives.Keywords:Intelligent;CourseSchedulingSystem;PHP;Database1第一章绪论1.1背景分析随着科学技术的不断发展，各个行业信息化、科学化不断推进。高校该如何才能提高办学的效率。这是每个高校都会面临的，也是每个高校需要迫切解决的问题。而采用信息化手段来代替传统的教学管理模式是一个重要的途径。高校的信息化管理和办公自动化的不断推进，教务工作也逐渐实现办公自动化，新学期课程表的安排工作对指导整个学期日常安排是否妥当、对教学资源的利用是否合理有着至关重要的作用。如果采取传统的人工排课方法容易导致课程冲突、课程重复、课程错漏等各种问题，而且传统的人工排课方法的任务非常重和教务人员的效率非常低下，当课程安排上出现错误要更改的时候，教务人员则需要花费大量的时间协调老师、班级、课程、教室等各种因素。随着高校规模的不断扩大，学生人数不断增加，人工排课的难度就呈几何级数增大。而高校通用排课系统正是为了减轻教务人员负担，减少课程安排的出错率，降低修改课程表难度，提高教学资源的合理利用率，从而真正意义上实现教务工作自动化，解决排课这个大难问题的教务办公软件。1.2目前国内发展情况国内多家专业开发教学管理信息系统的企业，如杭州正方公司、湖南强智公司、湖南青果公司等，在其教务管理产品中均实现了自动排课功能，但由于软件设计局限，对合班课程、教师兼课、教室交叉重复使用等复杂的情况应用效果不十分理想。在实际应用中，主要使用其排课冲突检测功能进行计算机辅助排课。国内软件市场上也出现了很多通用型的排课软件，如“51智能排课”，“启智达排课”，“终级排课”等等，这些通用软件可以解决简单的通用排课问题，适合学科门类和课程门数较单一的学校，不适合高校教学管理应用，不能满足高校多学科、专业、以及课程教学的特殊要求，比如完全学分制下课程教学班的排课问题等。通过对国内部分高校的调研和考察，了解到目前高校排课主要是利用人机交互式的计算机软件辅助排课方式，这种方式能够随时检测排课冲突，但在排课效率方面没2有什么优势。也有有少数高校自行研发了自动排课系统，但通常这些排课软件依赖于各院校自身的实际需求和管理模式，不会考虑其他高校的需要，因此它们的数据共享性和扩展性不强，因此没有完全适用于各高校排课的通用系统。1.3课题研究内容本课题在充分了解和熟悉教务排课环节的基础上，通过对排课的要素、制约条件的需求分析，建立基于校园网浏览器端/服务器(B/S)结构自动排课系统的业务模型，对系统进行概要设计、详细设计和数据库设计，结合已知的排课算法，让教务管理系统扩展完善自动排课功能，使教务人员摆脱繁琐、机械的手工排课工作，达到提高排课效率的目的。系统的设计与实现基于微软Windowsserver2000操作系统软件平台，采用MySql6.0数据库系统作为数据库开发平台，前端数据库开发工具采用ThinkPhp程序设计语言。本人的主要工作如下:(1)分析分析了本学校基于完全学分制教学管理模式下排课的要素和制约条件，提出排课问题的难点和目标，通过对排课过程的分析，构建自动排课系统的逻辑模型;(2)以本人所在单位的实际情况为背景，对排课问题进行需求分析，建立系统业务模型，分析排课流程，给出排课系统的功能模块框图;(3)使用已知的排课算法，使排课效率和质量得到提高;(4)进行系统详细设计、数据库设计，编程实现自动排课系统全部功能，完成软件开发。对实际的排课问题进行测试，分析评估排课结果的质量和性能并论述系统的可行性和实用性。通过对以上方面的研究，完成高校自动排课系统的设计与实现。1.4本论文的章节结构本论文立足北京联合大学生物化学工程学院完全学分制教务管理需求特点，通过充分的分析和研究，设计并实现了适合学院需求的自动排课系统。论文章节结构如下:第一章绪论，主要介绍了项目的研究背景、意义和国内外发展、研究和应用现状，同时也对本人的主要工作做了简要介绍。第二章自动排课系统需求分析，讨论了在完全学分制下，学院对排课的业务特点及功能的需求，构建自动排课系统的逻辑模型。3第三章自动排课算法的设计，对多种排课算法进行分析比较，结合实际提出改进并优化的自动排课算法。第四章自动排课系统的设计，对自动排课系统进行总体方案设计、系统详细设计，重点介绍了系统的数据库设计。第五章自动排课系统的实现，对排课系统各功能模块的具体实现过程进行了阐述。对排课系统的实践应用进行测试，验证自动排课系统的应用效果，并对系统满足需求的程度进行分析。结论部分，提出对本系统的评价与展望。4第二章高校智能排课系统的关键技术2.1数据库技术1、数据库的几个原则数据库设计需要遵循以下几个原则：一是，数据不仅要标准，同时还要一致。为了给数据交流及功能的实现提供方便，一方面，数据库的设计不仅要符合国家行业和江苏省地方标准及ITS行业的习惯性事实标准，另一方面，还必须要与数据库设计的软件行业标准相一致。在数据库的设计应考虑以前己建立系统的数据，这主要是由于之前的数据库在与其他系统之间进行数据交换的时候具有一定的优势。二是，数据不仅完整，同时还要实用。在数据库设计中，我们不仅要考虑系统规模和实际需求，同时还要对工作的实际情况和实际应用特点进行全面的考虑和分析，在设计的过程中，为了保证数据的实用性，必须要遵循“先进性与实用性并重”的原则。数据库中的数据只有具备了完整性，才会具有准确性，其中通常情况下完整性是通过约束条件来控制的[15]。另外，在数据的选择中还具有一定的约束条件，约束条件可以检验进入数据库中的数据值，其目的主要是为了避免那些重复或冗余的数据进入数据库。在系统的设计中为了有效保证新建或修改后的数据能够遵循所定义的业务知识，可以对约束条件进行科学、合理的利用。三是，数据必须要具有安全性的特点。对于整个信息系统来说，数据库不仅仅是其基础，同时也是其核心，因此必须要保证设计的安全性才能够为整个信息系统的运转提供条件。在设计的过程中，可以构建一个合理和有效的备份和恢复策略，这样，当数据库由于意外事故，例如人为因素或者天灾等因素而损坏数据库系统时，就可以利用这一恢复策略来在最短的时间内使数据库恢复。除此之外，如果能够很好的完善数据库访问的授权设计，那么我们就还能够有效的保证数据不被非法访问。四是，在数据库的设计中必须要全面考虑空间、属性、设施、模型数据的兼容性。鉴于此，交通事件管理数据库设计分为综合数据库设计、元数据设计和关联数据设计这三种类型。五是，数据库必须要建立和完善分级管理机制[16]。用户根据访问系统的角色的不同可以分为系统管理用户、运行调度用户、运行浏览用户以及领导决策分5析用户这几个类型，不同的角色访问数据的权限要具有差异，并且使用系统的功能也要具有一定的不同，从而实现对角色登陆的严格控制，进而实现数据的分级管理。六是，数据不仅独立，同时还要可扩展。独立性是数据库最基本的特点，只有具有