[发明专利]基于进化算法的走班制高中排课方法

说明书

本发明提供了一种基于进化算法的走班制高中排课方法，具体包括以下步骤：构建一个高中年级的课时表，作为进化算法的一条染色体；设定与课程、教师和教师相关的多种硬约束条件，以及课程连堂和课时均匀分布的软约束条件；基于约束条件，使用进化算法排课得到最优的排课方案。本发明对比传统的高中排课方法，基于进化算法的“走班制”高中排课方法同时考虑现实中中学课程、教师和教室的多种约束，更加符合实际需求。

技术领域

本发明涉及一种基于进化算法的走班制高中排课方法。

背景技术

随着新高考改革在各个省份的推行，高中阶段的学生所上课程将不再分成文理两个课程系列。每个学生需要根据自身能力水平和兴趣选择符合自身发展的班级上课。“走班制”的教学模式指学生根据自己的选课要求到不同的教学班进行学习。“走班制”模式以行政班为单位，大部分课程在行政班上课，例如语文、数学、英语、美术、音乐、体育和班会等，还有一部分课程要求学生去其他教学班上课，例如政治、历史、地理、物理、化学和生物等。在该种教学模式下，排课涉及到的限制显著性增加，亟需一种智能、高效的自动排课方法来获取合理的排课方案。

“走班制”排课问题旨在对课程，老师，教室等教学资源进行组合优化从而排布出每个班的课程表。传统的教学模式下学生只需要在行政班上课，不存在学生“走班”上课的情况，因此传统教学模式下的排课问题对应的排课方法并不能解决“走班制”排课问题。现有的“走班制”排课算法通常应用于高校排课中，其教师、教室资源要远远多于高中，因此并不符合高中排课的实际情况。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于进化算法的走班制高中排课方法，对比传统的高中排课方法，基于进化算法的“走班制”高中排课方法同时考虑现实中中学课程、教师和教室的多种约束，更加符合实际需求。

为了达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于进化算法的走班制高中排课方法，具体包括以下步骤：

S1，构建一个高中年级的课时表，作为进化算法的一条染色体X；

S101，基因编码：设基因x表示排课任务中的课时，其具体组成包括但不限于课程信息x¹、教室编号x²、是否有课标志x³；

S102，构造染色体：构建以全年级班级为列，班级/授课时间段为行的课程表X，基因x作为元素放入课程表X中，课程表X为一条染色体；

S2，设定与课程、教师和教师相关的多种硬约束条件，以及课程连堂和课时均匀分布的软约束条件；

S3，基于约束条件，使用进化算法排课得到最优的排课方案；

S301，初始化大小为P的父代种群；

S302，为每条染色体对应的课表安排教室并计算父代种群中每一条染色体对应的目标函数值；

S303，对父代种群实施选择操作产生交配池种群；

S304，对交配池种群实施交叉操作产生子代种群，假设从交配池种群中不放回地选择两条染色体为X₁和X₂，依次将X₁和X₂的对应行进行交配，首先将染色体进行划分；然后每天产生一个随机数r，如果r小于交叉概率p_c，将X₁和X₂的对应行基因x¹进行交配产生子代染色体的对应行，否则，设置子代染色体对应位置基因x¹与父代相同；重复上述操作P/2次，得到的所有子代染色体组成子代种群；

S305，对子代种群中的染色体实施变异操作，包括行政班变异操作和教学班变异操作；