張慧寧

（廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名525000）

0 引言

實(shí)驗(yàn)室排課一直就是實(shí)驗(yàn)室管理者的一項(xiàng)經(jīng)常性工作，然而大學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備種類繁多，用途和性質(zhì)都各有不同給資源調(diào)度帶來(lái)了一定的困難。 各學(xué)科又都面臨著諸如實(shí)驗(yàn)室資源使用緊張等問(wèn)題。 所以，如何利用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室排課工作有效、合理的管理，是實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的建設(shè)者和實(shí)驗(yàn)管理職能部門(mén)需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。

1 現(xiàn)狀以及問(wèn)題

各高校目前都有自己的排課系統(tǒng)，但各系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都沒(méi)有考慮到各學(xué)科實(shí)驗(yàn)室性質(zhì)不同、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備使用狀態(tài)的差異、大型設(shè)備與小型設(shè)備能支持同時(shí)參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)不同等情況，而是將實(shí)驗(yàn)課以一個(gè)一個(gè)的課室為單位實(shí)行課程排列，與多媒體課室做同樣的排課處理，這樣必然會(huì)導(dǎo)致資源使用不合理，約束性大；同時(shí)沒(méi)有專門(mén)的實(shí)驗(yàn)排課系統(tǒng)，也更加凸顯了實(shí)驗(yàn)室資源無(wú)法統(tǒng)一調(diào)度、易用性較差等矛盾。

合理的資源安排同時(shí)也反映在排課的模式上， 然而傳統(tǒng)意義上的排課模式單一， 沒(méi)有根據(jù)實(shí)際情況彈性排課， 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)人員工作量過(guò)大，造成人力資源的浪費(fèi)，排課需要花費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法應(yīng)對(duì)突發(fā)情況而重新對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行排課，這些都是實(shí)驗(yàn)室管理人員需要面對(duì)的問(wèn)題。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)多數(shù)基于整數(shù)單目標(biāo)規(guī)劃求近似最優(yōu)解的方法，并逐漸朝著多目標(biāo)規(guī)劃和啟發(fā)式算法框架下前進(jìn)，傳統(tǒng)意義上的排課主要缺點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）全校實(shí)行統(tǒng)一的排課方法，模式單一，實(shí)驗(yàn)課與理論課沒(méi)有辦法做到分開(kāi)排列，無(wú)法兼顧實(shí)驗(yàn)需求，靈活性差。

2）沒(méi)有按照專業(yè)、班級(jí)的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)集中的時(shí)間彈性排課，因工作量過(guò)大而影響實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作效率，加大了工作人員的心理排斥力。

3）傳統(tǒng)的功能制模式已不能適應(yīng)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變的需要，跟不上實(shí)驗(yàn)課程的各種變化。

4）沒(méi)有考慮到班級(jí)學(xué)生人數(shù)與實(shí)驗(yàn)室可用儀器設(shè)備數(shù)量匹配度，無(wú)法彈性操作。

5）排課需要花費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，傳統(tǒng)的排課算法決定了硬件資源的占用量大，占用率高，直接導(dǎo)致的問(wèn)題就是無(wú)法應(yīng)對(duì)突發(fā)情況而重新對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行排課，以適應(yīng)實(shí)際需要。

目前的實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)仍然存在不少的技術(shù)缺陷，需要苛刻的環(huán)境、昂貴的設(shè)備、漫長(zhǎng)的時(shí)間等代價(jià)作為彌補(bǔ)，不能很好滿足當(dāng)前高校需求。 目前排課系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)正朝著高實(shí)時(shí)性、高準(zhǔn)確性以及高抗干擾性等方面發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，人工智能算法也被用來(lái)解決實(shí)驗(yàn)人員排課問(wèn)題。

2 實(shí)時(shí)排課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文探討設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)智能排課系統(tǒng)，前端頁(yè)面設(shè)計(jì)采用php+html 動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)， 服務(wù)器端采用wampserver， 運(yùn)行于windows server 2008 服務(wù)器系統(tǒng)。 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)由用戶自主輸入信息的同時(shí)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取已有的存儲(chǔ)信息：包括班級(jí)數(shù)量、每個(gè)實(shí)驗(yàn)課的各種請(qǐng)求、班級(jí)人數(shù)、課程覆蓋要求、課程分配情況以及分配的時(shí)間長(zhǎng)度下，根據(jù)不同的使用情況，結(jié)合算法分析計(jì)算出最優(yōu)方案進(jìn)行智能排課，同時(shí)給出約束性滿足情況以及排課需要的各項(xiàng)性能指標(biāo)，最后返回實(shí)驗(yàn)室排課序列。系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠有效地改善以往排課系統(tǒng)軟件中諸多弊端，是實(shí)驗(yàn)室專用排課系統(tǒng)，節(jié)省時(shí)間、人力資源和物力資源。

2.1 系統(tǒng)功能建模

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候使用了功能建模。功能建模是指在業(yè)務(wù)建模的基礎(chǔ)上，梳理出業(yè)務(wù)體系所在的問(wèn)題域的層次關(guān)系，確定系統(tǒng)邊界，明確關(guān)系接口，劃分不同的子系統(tǒng)，確定各個(gè)子系統(tǒng)之間的功能，按照“系統(tǒng)—子系統(tǒng)—功能—程序”的思路編排，且需說(shuō)明解決哪部分業(yè)務(wù)以及功能間的關(guān)系。

系統(tǒng)采用功能建模的好處：

1）可靠性高、易用性強(qiáng)、準(zhǔn)確率高無(wú)沖突；

2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)，計(jì)算時(shí)間短，信息回饋速度快；

3）求解的質(zhì)量高，能滿足大多數(shù)約束性請(qǐng)求；

4）能應(yīng)付各種突發(fā)狀況，彈性適應(yīng)能力強(qiáng)；

5）系統(tǒng)可維護(hù)性強(qiáng)，擴(kuò)展性好，瀏覽方便。

2.2 關(guān)鍵算法合理化探討

系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中快速提取配套資源信息，使用帶約束性的機(jī)制從新生成初始解值，以達(dá)到最佳的初始值效果，為下一步算法處理作好準(zhǔn)備。 讀取完數(shù)據(jù)后采用混合型算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 混合型算法通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)解空間的分離，然后分別進(jìn)行搜索，得到各個(gè)解空間的局部最優(yōu)解后，再對(duì)各個(gè)解進(jìn)行綜合匹配，使最終結(jié)果臨近最優(yōu)解。該方法兼顧了時(shí)間效率以及結(jié)果質(zhì)量，同時(shí)結(jié)合啟發(fā)式算法框架對(duì)系統(tǒng)開(kāi)展進(jìn)一步優(yōu)化處理。 通過(guò)結(jié)合這些算法設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)彈性適應(yīng)能力強(qiáng)，能從容應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的突發(fā)請(qǐng)求以及課時(shí)變更，而對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)室排課列表只造成很小的影響。

3 結(jié)論

本文從實(shí)驗(yàn)室排課這一角度出發(fā)， 提出了一個(gè)智能排課系統(tǒng)，應(yīng)用主流的web 技術(shù)，通過(guò)使用人工智能算法，在系統(tǒng)使用時(shí)智能地分析計(jì)算出最優(yōu)解，使系統(tǒng)在使用時(shí)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性都比較高，不僅在一定程度上規(guī)范了實(shí)驗(yàn)室管理員和教師的排課工作， 提高排課效率，同時(shí)也為本單位教學(xué)實(shí)驗(yàn)部實(shí)施課程調(diào)度管理提供依據(jù)。

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