【正文】 第 1 頁 共 33 頁 1 引言 開發(fā)背景 隨著信息技術的飛速發(fā)展，各個行業(yè)的信息化勢在必行?？萍嫉倪M步大大地提高了生產率。作為高校，如何才能提高辦學效率，更好地完成教學任務，跟上社會發(fā)展步伐，這是一個擺在教學工作者面前的一個迫切的問題。應用信息化來改造傳統的教學管理模式是一個重要途徑 ?1?。 近幾年來，隨著各高校辦公自動化工作的推進，教務管理自動化也被擺上了日程。在教務工作中占有很大比重的一項就是每學期的課程表排定工作。由于教工、教室和設備的相對緊張，如何進行合理地安排和分配，從而充分利用教學資源是我們不得不面對的問 題 ?2?。而人工進行排課不僅任務重，效率低，而且易出錯，難于維護，想要排出一張各方面都滿意的課表非常困難。并且隨著高校規(guī)模的擴大手工排課的難度和工作量呈幾何級數增長 ?3?。 在實際的應用中，很多研究者都提出了各種解決排課問題的方法，由于排課問題的復雜性，還沒有找到有效的算法能獲得 NP 完全問題的最優(yōu)解。因此，如何運用近似算法和新的軟件技術來降低排課問題的計算復雜度，仍然是頗具挑戰(zhàn)性的研究方向 ?4?。 排課管理系統是利用數據庫管理系統開發(fā)的一種應用系統 ,其開發(fā)主要包括數據庫的建立，充分滿足正常的題庫管理的前提下 ，提供了多角度的題庫信息查詢和題庫信息分析報表，使學校管理人員可以隨時掌握學校的排課情況，進一步指導學校的教學。真正實現了業(yè)務一體化，為學校全方位的信息化管理奠定了基礎 ?5?。 傳統的人工排課使用手工操作存在許多弊端，如重復勞動嚴重、效率低下、且不能達到資源的最優(yōu)化配置等，將產生大量的文件和數據，這對于查找、更新和維護都帶來了不少的困難。最令人擔心的問題就是 —— 出現教室資源沖突或教師資源沖突的情況，而且工作繁瑣，工作量巨大 ,尤其是在給大學校園進行排課時出現的問題更多 ?6?。當前高校教務管理所涉及到的信息資料 數量大、類型多，還可能帶有大量的統計輸出，同時學校規(guī)模的不斷擴大和招生人數的逐年攀升導致傳統的排棵手段已無法滿足現代化管理的要求 ?7?。 在教學計劃的不斷完善和各高校校園網建立的大背景下，設計滿足高校教務要 第 2 頁 共 33 頁 求的排課系統顯得十分必要。而據了解，排課管理是高校教務處重復性比較強且急需得到解決的工作， 且排課系統有安全性要求高、交互性強、處理數據量大等人工難以實現的特點 ?8?。 因此設計一個基于校園網絡的人工智能化且操作簡便的排課系統是高校教務管理信息系統實現的首要條件，同時也是一大難點，因為排課管理要求綜合考慮 教師、課程、班級、教室、時間等諸方面的因素，統籌兼顧，使課表既符合教學規(guī)律，又能夠充分利用現有資源使其最大限度地發(fā)揮作用 ?9?。 國內外研究現狀 早在 20世紀 50 年代末，國外就有人開始研究課表編排問題。 1963 年， Gotlieb曾提出一個課表問題的數學模型，但由于排課問題易受實際問題的影響，求解結果也不理想 ?10?。 20 世紀 70 年代，美國人 等就證明了排課問題是一個 NP 完全問題，其算法的時間復雜度呈指數增長。 的論證正式確立了排課問題的學術地位，把人們對排課問題的認識提高到了理 論高度 ?11?。此外，有些文獻試圖從圖論的角度來求解課表問題，但是圖的染色體問題也是 NP 完全問題，只有在極為簡單的情況下才可以將課表編排轉化為二部圖匹配問題 ?12?。 在國內，在 20 世紀 80年代初期，國內學者開始用從模擬手工排課，也有人工智能構建的專家系統等等，具有代表性的有：南京工學院的 UTSS(A University Timetable Seheduling System)系統，大連理工大學的智能教學組織管理與課程調度系統等。這些系統大都是模擬手工排課過程，以“班”為單位，運用啟發(fā)式函數來進行編排的。 但是這些課表編排系統往往依賴于各個學校的教學體制，不宜于進行大量推廣 ?13?。 第 3 頁 共 33 頁 2 相關技術介紹 JSP 簡介 JSP 應用程序不同于其他語言開發(fā)的單一性程序。使用 Jsp 編程時，必須首先確定應用程序如何與用戶交互，如鼠標單擊，用戶必須編寫代碼控制這些事件的響應方法。 使用 JSP開發(fā)數據庫應用程序的一般步驟如下所示： （ 1） 建立數據庫 （ 2） 建立用戶界面 （ 3） 編寫代碼 （ 4） 調試運行 （ 5） 編譯應用程序 （ 6） 發(fā)布應用程序 界面設計 （ 1） 控件的位置 （ 2） 界面元素的一致性 （ 3） 保持界面的簡明 （ 4） 使用顏色和圖像：增加視覺的感染力 （ 5） 圖像和圖標：增加應用 程序的視覺上的趣味 （ 6） 選取字體 JSP應用程序的結構： 由于 JSP應用程序是基于對象的，所以應用程序的代碼結構就是該程序在屏幕上物理表示的模型。根據定義，對象包含數據和代碼。在屏幕上看到的窗體代表屬性，這些屬性定義了窗體的外觀和內在特性 ?14?。 SQL Server 2020 簡介 本系統所用 SQL Server 2020 的特性包括： 集成 ； 數據庫功能 ； 、部署和使用。 同時本系統使用 SQL Server 2020 個人版 。 其特性為： (1)高性能 設計，可充分利用 Windows NT 的優(yōu)勢。 第 4 頁 共 33 頁 (2)系統管理先進，支持 Windows 圖形化管理工具，支持本地和遠程的系統管理和配置。 (3)強壯的事務處理功能，采用各種方法保證數據的完整性。 (4)支持對稱多處理器結構、存儲過程、 ODBC，并具有自主的 SQL 語言。SQL Server 以其內置的數據復制功能、強大的管理工具、與 Inter 的緊密集成和開放的系統結構為廣大的用戶、開發(fā)人員和系統集成商提供了一個出眾的數據庫平臺 ?15?。 Tomcat 簡介 Tomcat 很受廣大程序員的喜歡，因 為它運行時占用的系統資源小，擴展性好，支持負載平衡與郵件服務等開發(fā)應用系統常用的功能；而且它還在不斷的 Tomcat 是一個小型的輕量級應用服務器， 在本系統中 當在一臺機器上配置好 Apache 服務器，可利用它響應對 HTML 頁面的訪問請求。實際上 Tomcat 部分是 Apache 服務器的擴展，但它是獨立運行的，所以當你運行 tomcat 時，它實際上作為一個與 Apache 獨立的進程單獨運行的。 當配置正確時， Apache 為 HTML 頁面服務，而 Tomcat 實際上運行 JSP 頁面和 Servlet。另外， Tomcat 具有處理 HTML 頁面的功能， 同時 它還是一個Servlet 和 JSP 容器，獨立的 Servlet 容器是 Tomcat 的默認模式 ?16?。 第 5 頁 共 33 頁 3 需求分析 系統的主要功能 1 掌握學校所有的課程和教師的信息。包括每門課程的時間、班級以及任課老師的姓名等。 2 針對不同的人員授予不同的權限。提供靈活的瀏覽、查詢功能?？梢圆榭茨硞€系、某個班級所有課程的信息。 3 可以對一個或多個班級進入課程管理與排課表管理，可以不限次的生成該班級課程表。 4 可以對課程進行變動管理。既可以手工排課，又可以實現自 動排序功能。 5 幫助系統維護可以實現：操作日志、重新登錄、打印設置（包括統計各種報表及打印等）、退出等操作。 6 提供一種或多種課程表輸出功能，并使用活動的模板輸出功能，輸出樣式可以由用戶自定義。 7 實現功能全面化，由于每個學校或班級的每天課程數目或時間都不太一樣，實現智能計算總課程數目和管理對應的時間段，并且根據每門課程的獨立分布式來進行排列（例如：大學語文自動排列的分布方式可以是周一至周六，那么系統就會自動將其平均分布在周一至周六這些天里） 。 8 用戶管理：設置兩個級別用戶：管理員和普通用戶，管理員有 權限操作系統中的所有數據，普通用戶只能以執(zhí)行查詢，輸出之類的功能，無法對系統進行實質性的操作，用戶使用本系統之前必須先通過身份認證（用戶級別、用戶名和密碼，密碼輸入有次數限制，連續(xù)三次輸入錯誤密碼則鎖定該用戶） 。 排課的約束條件 在我的排課系統，主要對不同類型課程進行等級劃分，排列出課程的排課優(yōu)先級別，通過優(yōu)先次序對不同類型的課程使用不同的算法進行排課，能夠非常方便地處理各種排課約束條件的限制。 例如教師和教室沖突、班級沖突、教師上課時間和地點選擇、分層次教學、單雙周排課、一課多教師教學 和 課程連上 等各種各樣的約束。同時該系統還能夠非常迅速地得到排課結果，例如排一千門課只需幾分鐘時間等一系列問題 。 第 6 頁 共 33 頁 系統所需 硬件環(huán)境 （ 1）處理器 ： 建議使用酷睿 2 （ 2）內 存： 1G 以上 系統所需 軟件平臺 （ 1）操作系統： Windows XP （ 2）數據庫： Access 2020 （ 3） Web 服務器 ： IIS （ 4）瀏覽器： IE ， 推薦使用 360 安全瀏覽器 第 7 頁 共 33 頁 4 系統總