Використання генетичних алгоритмів для складання розкладу (стр. 2 из 3)
Під час створення програми були використані наступні основні методи. Оскільки задача складання оптимального розкладу є представником класу NP-повних задач, для знаходження близького до оптимуму розв’язку було використано один із сучасних методів розв’язування подібних задач - метод генетичних алгоритмів. Цей метод показує непогану ефективність, коли звичайні методи перебору малоефективні.
Також були використані методи нечіткої (розмитої) логіки, а саме для опису деяких типів частково невизначених початкових даних. Наприклад, бажаність проведення заняття у певний день тижня для викладача або придатність певного приміщення для даного заняття - ці величини можна описати дійсним числом, яке знаходиться у визначеному діапазоні.
Крім описаних вище були реалізовані стандартні методи мовної локалізації та побудови інтерфейсу програми, зберігання та зчитування параметрів і налаштувань, а також зв’язку з іншими програмами.
З точки зору моделі прецедентів структура програми виглядає наступним чином. Користувачеві надається можливість виконувати основні дії, передбачені в програмі, а саме: а) генерувати розклад; б) генерувати та оптимізувати розклад; в) змінити розклад в ручному режимі; г) завантажити розклад з файлу; д) змінити або додати початкові дані. Існують додаткові дії, які залежать від основних, а саме: а) зберегти розклад у файл; б) експортувати розклад у Microsoft Excel; в) експортувати часткові розклади у Microsoft Word.
UML-діаграма прецедентів програми зображена на рис.3.6.
Рис. 3.6. Діаграма прецедентів програми
Зв’язки програми з іншими програмами.
Програма "Schedule" тісно пов’язана з таким програмним продуктом фірми Microsoft, як Microsoft Office. Так, готовий розклад, створений за допомогою програми "Schedule", за допомогою відповідної команди експортується в Microsoft Excel з форматуванням, необхідним для його подальшого друку та використання. Програма "Schedule" також надає користувачеві можливість експортувати в Microsoft Word часткові розклади для будь-якої групи або викладача. Часткові розклади експортуються у вигляді таблиць, оптимізованих для друку або редагування.
Використовувані технічні засоби
Для розробки програмного продукту було використано комп’ютер наступної конфігурації:
Центральний процесор - Pentium IV, 3.0 GHz (1 MB L2-Cache, 800 MHz FSB, PGA-478 Pkg);
Материнська плата - Gigabyte GA-8IPE1000-G;
Оперативна пам’ять - 512 MB;
Жорсткий диск - Seagate Barracuda ST3200822AS SATA 200 GB;
Графічний адаптер - ATI Radeon 9600 Pro (Sapphire).
Виклик і завантаження
Програма "Schedule" може бути викликана стандартними методами, прийнятими в операційній системі Microsoft Windows, а саме: подвійним натисканням лівої кнопки маніпулятора "миша" в момент перебування його вказівника на значкові програми або ярлика до неї; натисканням на клавіатурі клавіші "Enter" або "Return" після активування значка або ярлика (підсвічування синім кольором). Для цієї мети доцільно використовувати можливості багаточисленних файлових менеджерів (напр., Far Manager або Total Commander). Після коректного інсталювання програми ярлик для її виклику додається в меню "Пуск". Також існує можливість виклику програми з одним параметром з командного рядка. В ролі параметру необхідно вказати ім’я файлу з розкладом, який буде негайно відкрито програмою. Під час інсталювання програми "Schedule" виконавчий модуль дистрибутива створює асоціацію програми з файлами типу ". bsc" - від "Binary Schedule" - бінарний файл з розкладом. Тому при спробі завантаження такого файлу також викликається програма "Schedule", за допомогою якої даний файл негайно відкривається для подальшої роботи з ним (по аналогії з документами Microsoft Word).
Вхідні дані
Вхідними даними для програми "Schedule" є дані, що зберігаються в базі даних (Рис.6.16) і параметри розкладу (Рис.6.13), програми (Рис.6.14) та бази даних (Рис.6.15), які зберігаються в системному реєстрі. При наявності файлів із збереженим розкладом вони також можуть виступати в ролі вхідних даних. База даних працює під керуванням СКБД FireBird 1.5, встановленої на серверній машині, що має зв’язок по мережі з клієнтською машиною, на якій знаходиться програма. Остання надає можливість змінювати, додавати та видаляти будь-які з вказаних даних за допомогою відповідної кількості непов’язаних між собою екранних форм, що дозволяє користувачеві порівнювати та оцінювати одночасно декілька блоків даних.
В базі даних міститься наступна інформація:
Викладачі (Рис.6.1).
Прізвище.
Ім’я.
По-батькові.
Посада.
Науковий ступінь.
Коротка інформація.
Зайнятість (відсутність можливості проводити певні пари в певні дні).
Групи (Рис.6.2).
Номер групи.
Курс.
Спеціальність.
Кількість студентів.
Кількість підгруп.
Приміщення (Рис.6.3).
Номер.
Назва.
Вид.
Кількість робочих місць.
Навчальний корпус.
Спеціальності (Рис.6.4).
Назва.
Дисципліни (Рис.6.5).
Назва.
Види занять (Рис.6.6).
Назва.
Навчальне навантаження (Рис.6.7).
Порядковий номер.
Група.
Дисципліна.
Вид заняття.
Кількість підгруп.
Номер підгрупи.
Кількість годин за семестр
Викладач.
Придатність приміщень (Рис.6.8).
Дисципліна.
Вид заняття.
Максимально придатні приміщення.
Придатні приміщення.
Непридатні приміщення.
Види приміщень (Рис.6.9).
Вид приміщення.
Вид заняття, якому відповідає вид приміщення.
Посади (Рис.6.10).
Назва посади.
Скорочена назва посади.
Наукові ступені (Рис.6.11).
Назва.
Навчальні корпуси (Рис.6.12).
Назва.
Номер.
Параметрами розкладу та програми є наступні величини.
Параметри розкладу (Рис.6.13):
Кількість робочих днів у тижні.
Кількість пар у день.
Параметри програми (Рис.6.14):
Параметри початкової генерації.
Кількість спроб вставки потоку.
Кількість спроб вставки групи.
Кількість спроб вставки підгрупи.
Кількість спроб генерування розкладу.
Параметри генетичного алгоритму.
Максимальна кількість поколінь.
Максимальний час процесу оптимізації.
Імовірність мутації.
Процент мутацій в хромосомі.
Кількість спроб кросоверу потоків.
Кількість спроб кросоверу груп.
Кількість спроб кросоверу підгруп.
Рис. 6.1 Форма "Викладачі"
Рис. 6.2. Форма "Групи"
Рис. 6.3. Форма "Приміщення"
Рис. 6.4. Форма "Спеціальності"
Рис. 6.5. Форма "Дисципліни"
Рис. 6.6. Форма "Види занять"
Рис. 6.7. Форма "Навчальне навантаження"
Рис. 6.8. Форма "Придатність приміщень"
Рис. 6.9. Форма "Види приміщень"
Рис. 6.10. Форма "Посади"
Рис. 6.11. Форма "Наукові ступені"
Рис. 6.12. Форма "Навчальні корпуси"
Рис. 6.13. Форма "Параметри розкладу"
Рис. 6.14. Форма "Параметри програми"
Рис. 6.15. Форма "База даних"
Усі вхідні дані можуть бути змінені користувачем, а параметри програми - відновлені до своїх значень за замовчуванням.
Оскільки розроблена програма є клієнт-серверною системою, існує можливість одночасного редагування даних декількома клієнтами, тобто, за допомогою декількох копій програми, запущених на різних машинах, що мають зв’язок по мережі з сервером баз даних. В цьому випадку, так само, як і в усіх інших, керувати даними (доступом, зміною, розв’язанням накладок та ін) буде СКБД FireBird, що виключає виникнення колізій, наприклад, при спробі зміни одних даних різними користувачами. Така архітектура забезпечує додаткові можливості програми, такі, як: незалежне внесення даних різними кафедрами; можливість перегляду/експорту розкладу або часткових розкладів на кафедрах; створення певної кількості користувачів та надання їм різних рівнів та привілеїв доступу до даних.
Рис. 6.16. Спрощена структура таблиць бази даних
Вихідні дані
Основними вихідними даними програми "Schedule" є розклад занять для факультету вищого навчального закладу (рис.7.1). Розклад може бути або експортований в Microsoft Excel, або збережений у спеціальний бінарний файл з розширенням ". bsc". Файл складається з блоків розміром по 80 bit, де кожен з них містить вичерпну інформацію щодо однієї комірки розкладу. Блок складається з 5-ти цілих чисел по 16 bit, що означають наступне: