【正文】 8周9—12周13—16周17—18周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱文獻(xiàn)，進(jìn)行需求分析和總體設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)教室管理系統(tǒng)的基本功能 研究教室自動(dòng)分配的算法 實(shí)現(xiàn)教室自動(dòng)分配功能，整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試撰寫(xiě)論文、準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：焦移山職稱：講師 2011年3 月 5 日系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要摘要在信息化的今天，使用信息管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理已經(jīng)代替了手工管理的方式，該論文研究的高校教室管理作為教務(wù)信息管理系統(tǒng)的一部分，旨在設(shè)計(jì)一個(gè)基于B/S模式的具有管理系統(tǒng)基本功能和自動(dòng)排課功能的教室管理系統(tǒng)。題目類型（ √ ） （ ）題目來(lái)源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ √ ） 主要內(nèi)容搭建Apache + PHP + MySQL集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理?；疽箝_(kāi)發(fā)環(huán)境：Apache + PHP + MySQL集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。 For system discussed again, the overall design system is determined by the function module and all to a database design。管理的難度主要體現(xiàn)在對(duì)教室排課問(wèn)題上。如果手工安排所有課程的話大概需要花費(fèi)一個(gè)月左右的時(shí)間，而且手工排課不能從全局考慮教室分配的平均性。直到如今仍然有許多人在研究遺傳算法，比較有代表性的有印度的Vastapur大學(xué)管理學(xué)院的Arabinda Tripathy、加拿大Montreal大學(xué)的Jean Aubin和Jacques Fe rland等。（8）二次分配型法等多種方法。而就其他用戶而言，該系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化教師申請(qǐng)使用教室的流程，同時(shí)方便了學(xué)生對(duì)教室信息的查看。然后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的特性對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。它可以運(yùn)行在幾乎所有廣泛使用的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上。與其他數(shù)據(jù)庫(kù)相比，MySQL是一個(gè)開(kāi)源的軟件，因此用戶可以免費(fèi)使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。頁(yè)面內(nèi)容存放在HTML文檔中，而用于定義表現(xiàn)形式的CSS規(guī)則存放在另一個(gè)文件中或HTML文檔的某一部分，通常為文件頭部分。Dreamweaver具有靈活編寫(xiě)網(wǎng)頁(yè)的特點(diǎn)，不但將“設(shè)計(jì)”和“代碼”編輯器合二為一，而且在設(shè)計(jì)窗口中還精化了源代碼，能幫助用戶按工作需要定制自己的用戶界面[4]。它常能發(fā)現(xiàn)很不錯(cuò)的解，因此將啟發(fā)式搜索方法用于課程的初次安排中，這樣可以降低初次安排課程的時(shí)間。計(jì)算機(jī)的軟件的開(kāi)發(fā)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言以及相關(guān)軟件的支持，所以首先確定了開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)環(huán)境，然后對(duì)其特性和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，說(shuō)明選擇Apache + PHP + MySQL作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的理由是其良好的兼容性以及代碼開(kāi)源性。（6）學(xué)生可以更改自己的系統(tǒng)登錄密碼。（7）教師可以更改自己的系統(tǒng)登錄密碼。（8）管理員可以對(duì)本學(xué)期課程安排等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入。（2）操作可行性分析 該系統(tǒng)性質(zhì)上屬于信息管理系統(tǒng)，因此開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以參照其他成功的基于B/S模式的管理系統(tǒng)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行操作界面的設(shè)計(jì)，由于開(kāi)發(fā)語(yǔ)言與所選數(shù)據(jù)庫(kù)具有很好的兼容性，所以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作基本也可以全都在系統(tǒng)功能界面實(shí)現(xiàn)。（4）同一個(gè)班級(jí)的不同課程不可以安排在同一個(gè)時(shí)間。硬性要求是排課過(guò)程中必須遵循的要求，每門(mén)課程安排過(guò)程中都必須遵循以上要求，如果不能滿足應(yīng)該做相應(yīng)的調(diào)整。對(duì)于可以由用戶輸入內(nèi)容的模塊，要對(duì)用戶輸入內(nèi)容進(jìn)行核實(shí)，以免因?yàn)橛脩舨僮魇д`或者好奇輸入非法內(nèi)容而使系統(tǒng)產(chǎn)生不可預(yù)知的錯(cuò)誤。（2）排課之前教務(wù)人員需要手工做的工作有：確定本學(xué)期所有需要安排的課程；確定每門(mén)課程需要出席的班級(jí)；確定每門(mén)課程的任課教師；確定每門(mén)課程上課所需教室的類型；確定每門(mén)課程開(kāi)課的學(xué)周；確定每門(mén)課程的總學(xué)時(shí)數(shù)。第4章 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 第4章 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)階段，教室管理系統(tǒng)屬于一個(gè)信息管理系統(tǒng)，而信息管理系統(tǒng)的本質(zhì)就是一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的工具，因此數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系著管理的復(fù)雜程度。最終確定數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)如圖41所示。表46 課程信息表字段類型長(zhǎng)度備注名稱*subject_idint16課程編號(hào)subject_namevarchar20課程名稱subject_sweekint8課程起始學(xué)周subject_academyint8開(kāi)課學(xué)院subject_eweekint8課程結(jié)束學(xué)周subject_teacher_idvarchar12任課教師工號(hào)subject_axeamint8課程是否安排考試subject_time_numint8課程學(xué)時(shí)總數(shù)subject_room_typeint8課程所學(xué)教室類型subject_areavarchar5課程上課校區(qū)subject_arrint16課程是否被安排表47為課程安排信息表，用于保存安排成功的課程的安排信息。綜合考慮通知面向?qū)ο蟮膹V度和通知的重要性，確定優(yōu)先級(jí)為教師發(fā)布通知的優(yōu)先級(jí)低于管理員發(fā)布的優(yōu)先級(jí)。然后詳細(xì)介紹了14個(gè)數(shù)據(jù)表的具體內(nèi)容以及表中的數(shù)據(jù)項(xiàng)與各項(xiàng)數(shù)據(jù)的格式，對(duì)部分不容易理解的數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。 通知顯示模塊 該模塊為系統(tǒng)主頁(yè)面主要顯示內(nèi)容，同時(shí)也是各種身份用戶登陸成功頁(yè)面顯示的主要內(nèi)容，該模塊與其他模塊無(wú)數(shù)據(jù)耦合，屬于獨(dú)立模塊，模塊顯示為系統(tǒng)通知的標(biāo)題、發(fā)布者和發(fā)布日期，通知按發(fā)布者優(yōu)先級(jí)和發(fā)布時(shí)間排序，其排序優(yōu)先級(jí)為管理員高于普通教師，同一優(yōu)先級(jí)之間按信息按發(fā)布日期由近至遠(yuǎn)排列。模塊提供課表打印功能。查詢結(jié)果可以分頁(yè)顯示。與學(xué)生課表查看模塊一樣，也能夠提供課表打印功能。 發(fā)布通知 該模塊功能比較簡(jiǎn)單，有系統(tǒng)提供可以輸入通知標(biāo)題和通知內(nèi)容的表單，用戶輸入相應(yīng)內(nèi)容之后確定發(fā)布通知，系統(tǒng)將通知存入數(shù)據(jù)庫(kù)，待其他用戶登錄系統(tǒng)之后可以在通知頁(yè)面發(fā)現(xiàn)。教室課表查看與教師課表查看形式基本一致，并且可以進(jìn)行打印。對(duì)于自動(dòng)排課未安排成功的課程再調(diào)用手動(dòng)課程安排模塊。在本章將主要論述一些公共模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)和排課算法的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并將排課算法的源代碼已附加文件的方式給出。本頁(yè)面處理的好處是將條件與查詢結(jié)果在同一頁(yè)面進(jìn)行顯示，表達(dá)更直觀并且便于用戶修改查詢條件。在程序設(shè)計(jì)中使用無(wú)向圖的方式來(lái)表示課程之間的沖突關(guān)系[12]，圖中的頂點(diǎn)作為課程實(shí)體，若課程之間存在沖突，則將兩個(gè)沖突的實(shí)體連起來(lái)?，F(xiàn)在再返回上一步考慮時(shí)間沖突問(wèn)題。若遍歷之后不能將課程的全部課節(jié)安排成功，則重新選擇教室，重復(fù)上述過(guò)程。解決辦法是課程安排成功時(shí)對(duì)其他課程資源數(shù)組的修改不再是置1，而改為加1，在取消時(shí)將其減1，這樣可以確保不會(huì)丟失沖突信息。下面對(duì)排課算法做簡(jiǎn)要的描述[17]（具體算法見(jiàn)代碼部分）：（1）創(chuàng)建課程類和教師類，讀取全部教室和課程的信息并創(chuàng)建相應(yīng)的對(duì)象，教室按類型、校區(qū)和座位數(shù)分別存于不同的教室數(shù)組中，將課程分別存于上面提到的三個(gè)數(shù)組中。若該門(mén)課程尚未安排結(jié)束，則繼續(xù)執(zhí)行該步驟，若該步驟執(zhí)行完畢仍未安排結(jié)束則調(diào)至步驟4重選教室再次進(jìn)行安排，若反復(fù)執(zhí)行10次之后仍未全部安排結(jié)束則執(zhí)行步驟6進(jìn)行回溯。（3）分別遍歷三個(gè)儲(chǔ)存課程的數(shù)組long_subjects、short_subjects1和short_subjects2，若全部課程都已安排結(jié)束則調(diào)至步驟（7），否則對(duì)每門(mén)課程Si做如下操作：（4）調(diào)用查找教室的函數(shù)，開(kāi)始遍歷教室類型數(shù)組。其中課時(shí)數(shù)大于48的為長(zhǎng)課，安排時(shí)間貫穿本學(xué)期，其中課時(shí)大于64的每周安排三次，其他每周安排兩次；課時(shí)不大于48的設(shè)為短課，將其安排在上半學(xué)期或下半學(xué)期，其中課時(shí)大于32的每周安排三次，其他每周安排兩次。因此在這里可將回溯搜索與禁忌搜索相結(jié)合，回溯過(guò)程不是回溯到上一門(mén)安排的課程，而是對(duì)沖突圖中與該門(mén)課有聯(lián)系的課程（若該門(mén)課程已經(jīng)安排）進(jìn)行回溯，并且回溯過(guò)程不再是反向遍歷安排過(guò)程，而改為遍歷沖突圖與其相關(guān)的所有課程，為保證回溯過(guò)程不會(huì)耗費(fèi)過(guò)多時(shí)間，為回溯過(guò)程設(shè)置回溯半徑。解決方案如下：每當(dāng)成功安排一門(mén)課程s，設(shè)安排時(shí)間為t，開(kāi)始遍歷無(wú)向沖突圖，找到所有與課程s沖突的課程集合S，對(duì)于S中的每門(mén)課程Si，將Si的時(shí)間片資源數(shù)組中與t對(duì)應(yīng)的時(shí)間向量At（α1,t,…，αm,t）內(nèi)的全部元素置1。接下來(lái)考慮空間沖突問(wèn)題，空間沖突問(wèn)題主要是指任意兩門(mén)課程在同一時(shí)間不能安排在同間教室。因此在開(kāi)發(fā)過(guò)程中借用啟發(fā)式解決NP完全問(wèn)題的思想，利用在排課領(lǐng)域內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)啟發(fā)式算法，將啟發(fā)式算法與回溯算法、禁忌搜索等算法相結(jié)合，設(shè)計(jì)一個(gè)適用于大學(xué)自動(dòng)排課的混合式算法[10]。（1）輸入模塊設(shè)計(jì) 程序中多出涉及輸入功能，輸入時(shí)用戶可能因?yàn)榉N種原因造成輸入錯(cuò)誤，表單提交之后會(huì)彈出錯(cuò)誤提示，在提交表單同時(shí)將表單內(nèi)容保存至系統(tǒng)的Session數(shù)組中，這樣在表單提交頁(yè)面刷新之后可以保存用戶的輸入歷史，方便用戶的使用。數(shù)據(jù)備份需要手動(dòng)操作，其備份頻率可由管理員自己根據(jù)實(shí)際情況自己決定，數(shù)據(jù)備份文件以備份時(shí)間作為文件名，儲(chǔ)存路徑為系統(tǒng)根目錄下的backup文件夾。 考試管理模塊 管理員可以通過(guò)該模塊查看本學(xué)期已安排的全部的考試信息，也可以根據(jù)課程名查找某一門(mén)課程是否已經(jīng)安排考試。修改密碼模塊與學(xué)生密碼修改基本一致，不在贅述。在占用過(guò)程中必須考慮一個(gè)問(wèn)題，已選教室是否在查找之后和申請(qǐng)使用之前的時(shí)間段內(nèi)被占用。所有用戶初始密碼均為123456，用戶使用該模塊可以修改自己的密碼。由用戶選擇上自習(xí)的校區(qū)、學(xué)周、星期和課節(jié)，所選擇的時(shí)間應(yīng)該在用戶訪問(wèn)系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間之后，也就是不能對(duì)查找已過(guò)去時(shí)間進(jìn)行查找。圖51 教室管理系統(tǒng)功能模塊圖 身份驗(yàn)證模塊 該模塊屬于系統(tǒng)中的一個(gè)公共模塊，任何頁(yè)面都可以調(diào)用該方法，因此與其他頁(yè)面之間存在數(shù)據(jù)耦合。 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)存在三種不同身份的用戶，每一種身份的用戶登錄后都可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，因此在使用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之前需要先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初步的模塊劃分。表410 通知信息表字段類型長(zhǎng)度備注名稱*n_idint16通知編號(hào)n_titlevarchar50通知標(biāo)題n_massagetext通知內(nèi)容n_authorvarchar20發(fā)布者n_vipint8通知優(yōu)先級(jí)n_datedate發(fā)布日期表411為教室占用信息表，用于保存本學(xué)期教室占用的全部信息。表中每一條信息代表編號(hào)為a_class_id的班級(jí)需要出席編號(hào)為a_subject_id的課程。表41為學(xué)院數(shù)據(jù)表，用于保存本校全部的學(xué)院信息。（2）根據(jù)系統(tǒng)的需求首先對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中涉及到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類聚合和概括，最終對(duì)教室、教師、學(xué)生、班級(jí)和課程等主體建立了抽象的數(shù)據(jù)模型。圖31 教室管理系統(tǒng)管理員模塊數(shù)據(jù)流程圖 （3）管理員使用系統(tǒng)將上步中提交的Excel文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)。其具體內(nèi)容見(jiàn)下一章數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)部分。 安全性與完整性需求由于該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)基于B/S模式，就B/S模式的管理系統(tǒng)的工作模式而言，對(duì)軟件進(jìn)行安全性和完整性進(jìn)行考慮是系統(tǒng)中必不可少的一步，這直接關(guān)系到軟件使用是否可靠和安全，關(guān)系到系統(tǒng)使用過(guò)程中是否會(huì)出現(xiàn)重大問(wèn)題而造成其他重大損失[7]。（6）上課的教室類型符合課程的需求。（3）經(jīng)濟(jì)可行性分析 由于軟件開(kāi)發(fā)所使用的環(huán)境基本都屬于開(kāi)源軟件，都可以通過(guò)正當(dāng)途徑免費(fèi)獲得其使用權(quán)限，因此從經(jīng)濟(jì)角度上說(shuō)開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)是可行的。（10）管理員在學(xué)期初可以通過(guò)系統(tǒng)對(duì)所有課程的上課時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行安排。（2）管理員可以對(duì)教室的基本信息進(jìn)行管理，包括教學(xué)樓的查找添加和刪除、教學(xué)樓中教室的查找添加修改刪除。 教師使用系統(tǒng)的功能要求（1）每個(gè)在職教師都可以訪問(wèn)該系統(tǒng)，教師離職之后不可以再使用該系統(tǒng)。第3章 需求分析 第3章 需求分析 問(wèn)題定義 本系統(tǒng)是一個(gè)基于B/S模式的多用戶系統(tǒng)，最終面向的是所有在校的教師、學(xué)生和系統(tǒng)管理人員，下面分別從這三個(gè)角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定義。為了避免陷入局部最優(yōu)解，TS搜索中采用了一種靈活的“記憶”技術(shù)，對(duì)已經(jīng)進(jìn)行的優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行記錄和選擇，指導(dǎo)下一步的搜索方向，這就是所謂的禁忌表。（2）軟件支持Frame框架、JavaScript腳本、CSS樣式表以及DIV模塊的可視化開(kāi)發(fā)，可以系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的功能滿足需求。JavaScript是一種基于對(duì)象和事件驅(qū)動(dòng)并具有相對(duì)安全性的客戶端腳本語(yǔ)言。（2）三個(gè)軟件全部是開(kāi)源軟件，使用它們能在不侵犯版權(quán)的情況下降低開(kāi)發(fā)成本。PHP是一個(gè)嵌套的縮寫(xiě)名稱，它是英文超文本預(yù)處理語(yǔ)言（Hypertext Preprocessor）的縮寫(xiě)，只要用途是處理動(dòng)態(tài)頁(yè)面。（6）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 該部分主要以運(yùn)行界面截圖的方式講述各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)方式以及系統(tǒng)如何操作。 課題研究主要內(nèi)容該課題主要研究主要內(nèi)容有：（1）確定系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和平臺(tái)，選取適當(dāng)?shù)拈_(kāi)發(fā)工具。外國(guó)的研究表明，解決大規(guī)模課表編排問(wèn)題單純靠數(shù)學(xué)方法是行不通的，而利用運(yùn)籌學(xué)中分層規(guī)劃的思想將問(wèn)題分解，將是一個(gè)有望成功的辦法。（2）基于時(shí)間位圖迭加匹配的算法。一個(gè)教室管理系統(tǒng)不僅能方便工作人員對(duì)教室資源的管理和安排，大大減輕他們的工作量，還更能為學(xué)生和老師查詢自身與教室的相關(guān)信息提供方便，并且還可以提供給教師部分教室占用權(quán)限，分擔(dān)管理人員的一部分工作。分配過(guò)程不僅要考慮教室本身是否會(huì)發(fā)生使用上的空間沖突（同一教室同一時(shí)間安排了兩門(mén)或兩門(mén)以上課程）