高校排课系统的设计与实现

论文总字数：22657字

摘 要

随着时代的发展，科技的增强，大学的扩招使得不同专业的学生的排课变得更加复杂。传统的人力排课方式不仅耗费大量的人力、物力，而且所达到的效果不佳，还会产生很多问题。随着全球信息技术趋势的巨大冲击，信息技术的高速发展，以教育管理信息化促进教育现代化，用网络信息技术来改变传统的教学管理模式，是教学管理发展的必经之路也是必然趋势。

本课题即是对高校的排课系统进行研究设计与实现。首先对现有的国内外排课系统进行调查分析，再结合我校对课程的安排管理模式，对本课题的排课系统进行功能需求分析。其次，设计系统的基础架构和逻辑架构，利用对数据库的逻辑操作完成课表的编排工作，然后采用类图、交互顺序图等对系统的模块进行详细设计，以此完成系统的总体设计。最后，搭建一定的测试环境，保证本系统能够正确无误的完整运行。

通过本课题的研究，对优化算法例如遗传算法、回溯法等有了进一步的理解，对于如何设计与实现一个完整的系统有了实践层面上的认识，将理论与实践结合能够有助于对软件工程的理解。

关键词：全球信息技术；交互顺序；排课系统；遗传算法

Design and Implementation of College Course Scheduling System

ABSTRACT

With the development of the times, the enhancement of science and technology, the expansion of the university has made the scheduling of students of different majors more complicated. The traditional method of manpower scheduling not only consumes a lot of manpower and material resources, but also achieves poor results and causes many problems. With the huge impact of the global information technology trend, the rapid development of information technology, the use of network information technology to change the traditional teaching management mode, that is, using the system to generate the curriculum and adjust the curriculum, is the only way for the development of teaching management is an inevitable trend.
This topic is to study and design and implement the course scheduling system in colleges and universities. Firstly, the existing domestic and international course scheduling system will be investigated and analyzed, and then the school"s arrangement management mode will be combined to analyze the functional requirements of the course scheduling system. Secondly, design the system"s infrastructure and logical architecture, use the logical operation of the database to complete the scheduling of the curriculum, and then use the class diagram, interactive sequence diagram, etc. to design the module of the system in detail, so as to complete the overall design of the system. Finally, build a certain test environment to ensure that the system can run correctly and correctly.

Through the research of this subject, we have further understanding of optimization algorithms such as genetic algorithm and backtracking method. We have a practical understanding of how to design and implement a complete system. Combining theory with practice can help software engineering understanding.

Keywords: global information technology; interaction order; course scheduling system; Genetic algorithm

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 1

1.3 主要研究内容 2

1.4 论文的组织结构 3

1.5 本章小结 3

第二章 高校排课相关技术 4

2.1 基于浏览器与服务器的B/S架构 4

2.2 CSS与HTML 4

2.3 遗传算法 4

2.4 回溯法 5

2.5 禁忌搜索算法 5

第三章 需求分析与系统概要设计 6

3.1 需求分析 6

3.1.1 功能需求分析 6

3.1.2 性能需求分析 6

3.2 面向对象分析 7

3.3.1 建立用例模型 7

3.3.2 系统业务流程分析 7

3.3 整体架构设计 8

3.4 本章小结 9

第四章 详细设计与实现 10

4.1 功能结构与模块设计 10

4.2 系统类图设计 15

4.3 对象交互设计 18

4.4 数据库设计 20

4.4.1 数据库的概念设计 20

4.4.2 数据库的逻辑结构设计 22

4.4.3 数据库的物理设计 22

4.5 界面设计 24

4.6 功能设计 26

4.7 本章小结 31

第五章 系统测试 32

5.1 测试方案 32

5.1.1 测试目的 32

5.1.2 测试环境 32

5.1.3 测试方法 32

5.2 测试内容 32

5.3 本章小结 36

第六章 结论与展望 37

6.1 本文工作总结 37

6.2 研究工作展望 37

谢辞 38

参考文献 39

1. 绪论
2. 研究背景及意义

随着我国教育体制的不断改革和教育水平的不断提升，学生人数越来越多，排课这项教学工作变的比较麻烦和棘手^[1]。不同年级、专业的学生的课程表如何更加合理的安排，就变成了目前高校急需解决的问题。传统的人力排课方式已经完全落伍，它不仅耗费大量的人力、物力，而且所达到的效果不佳，并会串联产生很多问题。随着高校的扩张，办学规模日益庞大，为满足教学需要以及新型教学模式的探索，人们将更多的注意力放到了如何更好的利用网络上^[2]，我们可以利用计算机信息技术及高效的算法代替人力来进行排课。这样使得高校排课不仅简单方便、效率高、错误少，并且把教务人员从原始的手工排课中解放了出来^[3]。

高校排课工作作为教学管理中一个很重要的环节,影响因素较多,是一种典型的组合优化问题^[4]。在实际排课过程中，如果课程的安排不能被完全执行，及上课出现问题，发生调课，或者出现特殊的活动打断了正常的教学进行，则必须重新调整课程的设置。正确的课表必须遵循很多硬约束条件^[5]。并且由于课程表中教师的教学安排、学生的课程安排、教室的上课安排都相互关联，所以每调整一门课程都会使得排课系统乃至整个课程表都要发生变化，这样大的变化是传统人力很难在短时间内轻易解决的。所以，以教育管理信息化促进教育现代化，用网络信息技术来改变传统的教学管理模式，是教学管理发展的必经之路也是必然趋势^[6]。

1. 国内外研究现状
2. 国外研究现状

在对于课程表编排方面，国外展开得研究较早。在20世纪60年代，Gotlieb教授对排课问题得数学模型就进行了研究，并邀请众多的计算机科学家和数学家参与相应的研究，这为排课系统的数学模型的建立打下了初步的基础。70年代中期，S.Even等人就论证了课程表的编排问题即是NP完全类问题^[7]，这将该问题理论化起来，同时也说明课表问题有其自身的理论化模型，即课表编排问题存在满足要求的解，并且能够找到此解。到了70年代末期，Schmit和Strohein就列出了300多篇已发表的文献。自此之后，人们对排课问题有了更加深入的了解，随之产生了一些优秀的排课方法。比如：二次分配型法、图论方法、模拟排课法、拉格朗日松弛法等。这些排课方法都可以快速高效地解决约束多、条件复杂的排课问题。

1. 国内研究现状

关于国内对于排课问题的研究，大约从20世纪80年代开始。大体上说这些排课系统软件可分为两大类：第一类是班——教员模型，它是在Cotlieb.C.C工作的基础上发展起来的。此模型主要是讨论定义的扩充，解的特性及分析，以及不断提出新的猜测和推论。基本模型变化不大，并且这类模型仅适合课程长度一致、无合班教室的情况，其实并不适合一般院校的实际情况。第二类则是所谓的课程调度问题，这个模型与多个图的节点的着色问题有关，模型一旦产生，变量往往涉及太多、规模太大。此外，根据具体的校情对提出的各种各样的要求，对模型的影响也很大，有的要求甚至没有具体的模型可匹配。

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