【正文】 未進行的占用。 考試申請與取消 用戶可以對自己所教授的課程申請考試教室安排。在用戶選擇考試科目以及考試時間后，系統(tǒng)會首先讀取該門課程，查找選修該門課程的全部班級，然后根據(jù)班級的人數(shù)去查找在所選時間是否存在足夠多的教室來安排考試，查找過程要注意教室的容量應(yīng)該為學(xué)生數(shù)量的兩倍，若存在足夠的教室，則系統(tǒng)以列表的方式顯示一個安排方案，由用戶確定是否進行考試安排，同樣在安排之前要檢查教室是否已被占用；若不存在足夠的教室提示教室數(shù)量不足，用戶可以調(diào)整考試時間再次安排直至成功。安排成功之后頁面跳轉(zhuǎn)至考試歷史查看頁面，該頁面顯示已安排的考試信息。用戶不可以已安排的課程，若想取消需要聯(lián)系管理員。 發(fā)布通知 該模塊功能比較簡單，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，待其他用戶登錄系統(tǒng)之后可以在通知頁面發(fā)現(xiàn)。發(fā)布成功之后頁面跳轉(zhuǎn)至通知顯示頁面，用戶可以查看通知是否發(fā)布成功。修改密碼模塊與學(xué)生密碼修改基本一致，不在贅述。 管理員功能模塊該模塊主要實現(xiàn)系統(tǒng)的管理功能以及排課功能，各個模塊之間存在一定的數(shù)據(jù)耦合，全部耦合數(shù)據(jù)都保存在系統(tǒng)變量數(shù)組中，下面介紹各個子模塊的功能。 教室管理模塊 該模塊包含三個內(nèi)容，教學(xué)樓管理、教室管理以及統(tǒng)計教室報表。教學(xué)樓管理包括教學(xué)樓的添加刪除和查看所屬教學(xué)樓的全部教室。查看結(jié)果以列表形式逐條顯示。教室管理包括教室的刪除、添加、修改以及教室課表查看。教室課表查看與教師課表查看形式基本一致，并且可以進行打印。統(tǒng)計教室報表為系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫按所在校區(qū)教室類型教室座位數(shù)對教室進行分類然后統(tǒng)計各類教室的數(shù)量，以一定格式顯示，并且可以打印輸出。 考試管理模塊 管理員可以通過該模塊查看本學(xué)期已安排的全部的考試信息，也可以根據(jù)課程名查找某一門課程是否已經(jīng)安排考試。對已經(jīng)安排但尚未進行的考試，管理員可以取消考試的安排信息。 占用管理模塊 該模塊也分為兩部分教室占用管理模塊和教室占用模塊，管理員教室占用模塊與教師申請教室占用基本相同。管理員使用教室占用管理功能可以查看本學(xué)期全部的教室占用信息，查找結(jié)果按時間由近至遠(yuǎn)排列，內(nèi)容分頁顯示，管理員可以取消尚未發(fā)生的占用。 課程安排 該模塊屬于系統(tǒng)最主要的功能模塊，用于實現(xiàn)學(xué)期初課程的安排，在課程安排之前應(yīng)該需要將與課程安排相關(guān)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，這部分由學(xué)期初始化模塊完成，因此與其有一定的數(shù)據(jù)相關(guān)性。該模塊分為三個部分，其中自動排課功能最先調(diào)用，根絕課程要求為課程安排合適的教室，安排結(jié)束后頁面跳轉(zhuǎn)至顯示尚未安排課程的模塊。對于自動排課未安排成功的課程再調(diào)用手動課程安排模塊。 數(shù)據(jù)維護模塊 該模塊主要用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護功能，其下又分為兩個子模塊數(shù)據(jù)備份模塊和數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊。數(shù)據(jù)備份需要手動操作，其備份頻率可由管理員自己根據(jù)實際情況自己決定，數(shù)據(jù)備份文件以備份時間作為文件名，儲存路徑為系統(tǒng)根目錄下的backup文件夾。當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時管理員可以調(diào)用數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)至某個狀態(tài)。 本章小結(jié)本章主要介紹系統(tǒng)模塊的劃分以及各個模塊內(nèi)部的設(shè)計。模塊劃分主要考慮模塊之間低耦合模塊內(nèi)部高內(nèi)聚，先將系統(tǒng)劃分為四個大模塊，然后繼續(xù)劃分為若干個小模塊，并以系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖的方式介紹本系統(tǒng)所有的功能模塊以及功能模塊之間的關(guān)系。之后對所有小模塊各自需要實現(xiàn)的功能進行了具體的介紹。第6章 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計 第6章 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計經(jīng)過上一章對系統(tǒng)總體設(shè)計的介紹，已經(jīng)對系統(tǒng)進行了功能劃分和設(shè)計，但是由于其中涉及到的模塊較多且大部分比較簡單，內(nèi)容基本都為頁面前臺設(shè)計以及讀數(shù)據(jù)庫的查找、刪除等基本操作，因此就不對這些模塊的詳細(xì)設(shè)計進行一一介紹，這些部分的詳細(xì)設(shè)計可見程序源代碼。在本章將主要論述一些公共模塊的詳細(xì)設(shè)計和排課算法的詳細(xì)設(shè)計，并將排課算法的源代碼已附加文件的方式給出。 公共模塊設(shè)計其他公共模塊是指在程序中并未以獨立模塊存在但在程序中卻多次出現(xiàn)的部分，在這里做統(tǒng)一的介紹。（1）輸入模塊設(shè)計 程序中多出涉及輸入功能，輸入時用戶可能因為種種原因造成輸入錯誤，表單提交之后會彈出錯誤提示，在提交表單同時將表單內(nèi)容保存至系統(tǒng)的Session數(shù)組中，這樣在表單提交頁面刷新之后可以保存用戶的輸入歷史，方便用戶的使用。（2）用戶驗證模塊設(shè)計 在用戶登陸成功之后將用戶名、用戶密碼和用戶身份保存至系統(tǒng)Session數(shù)組中。在每個頁面調(diào)用之前先讀取系統(tǒng)的Session信息并將該信息與數(shù)據(jù)庫中的用戶信息以及頁面所屬的模塊進行比對，若比對結(jié)果正確則加載該頁面，若比對結(jié)果出現(xiàn)錯誤則彈出提示信息系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)至登陸頁面。（3）分頁顯示模塊設(shè)計 對于需要分頁顯示的數(shù)據(jù)，首先讀取數(shù)據(jù)庫確定所有數(shù)據(jù)條數(shù)nums，然后確定該頁面可顯示的條數(shù)this_nums，將兩者相除得出分頁總頁數(shù)pages。然后對數(shù)據(jù)再次查找并將結(jié)果按一定方式排序，讀取前this_nums條作為首頁顯示內(nèi)容，當(dāng)訪問第n頁時，從查詢結(jié)果的第（n1）*this_nums開始讀取this_nums條數(shù)據(jù)記錄顯示。（4）表單提交后響應(yīng)方式的設(shè)計 程序中大部分頁面都存在表單提交，基本所有表單提交都通過本頁面中的處理程序處理，處理代碼存于一個是否存在$_POST的邏輯判斷中。本頁面處理的好處是將條件與查詢結(jié)果在同一頁面進行顯示，表達更直觀并且便于用戶修改查詢條件。 排課算法的詳細(xì)設(shè)計排課問題可以認(rèn)為是一個NP問題[9]，即一個可以在多項式時間內(nèi)求解的問題，而啟發(fā)式方法是解決這一類問題的之中方法，與隨機搜索方法不同，該方法應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)驗或規(guī)則來重新排列問題表中節(jié)點的順序，搜索沿著某個被認(rèn)為是最優(yōu)希望的前沿區(qū)段擴展。因此在開發(fā)過程中借用啟發(fā)式解決NP完全問題的思想，利用在排課領(lǐng)域內(nèi)的經(jīng)驗，改進啟發(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)計一個適用于大學(xué)自動排課的混合式算法[10]。從排課流程上來說現(xiàn)在已有的排課算法有兩種[11]，一種是先對課程進行時間安排，完全不考慮教室因素，時間安排完成之后再進行教室分配，這樣做的好處是可以將時間分配問題和空間分配問題分別獨立進行考慮，簡化問題復(fù)雜度，但也有一個缺點就是時間分配時有一個前提是教室資源足夠多，就現(xiàn)在大學(xué)教室使用緊張的情況而言基本不可能。因此在這里采用第二種方案，課程的時間安排與空間安排同時進行。首先考慮排課中的時間沖突問題。排課中的時間沖突問題主要前面提到的硬性要求中的第三條和第四條教師和學(xué)生的沖突。由實際問題可知并不是所有課程之間安排時都可能會發(fā)生時間沖突問題，只有當(dāng)兩門課程的出席班級存在交集或者任課教師相同時，兩門課程在安排時才需考慮時間沖突問題，因此只要確定所有課程之間的相關(guān)關(guān)系，就可以在排課時對時間沖突進行考慮。在程序設(shè)計中使用無向圖的方式來表示課程之間的沖突關(guān)系[12]，圖中的頂點作為課程實體，若課程之間存在沖突，則將兩個沖突的實體連起來。在排課算法開始時遍歷所有課程創(chuàng)建沖突圖，如何使用沖突圖在下面講述。接下來考慮空間沖突問題，空間沖突問題主要是指任意兩門課程在同一時間不能安排在同間教室?？臻g沖突問題在所有的課程安排時都需要考慮，在這里使用資源數(shù)組的方式解決空間問題[13]。為每一門待排課程創(chuàng)建教室，時間二維時間片資源數(shù)組，如圖51所示：數(shù)組橫向共有20個元素，其含義為每學(xué)周周一至周五每天的四個課節(jié)，圖 61 時間片資源數(shù)組縱向為m行，m值為教室總數(shù)。排課開始之前每門課程的資源數(shù)組中的所有元素的值均為0。設(shè)待檢測的課程安排方案為K(r,t)，r為安排的教室對應(yīng)的m值，t為安排的課節(jié)取值范圍為(1,20)。每安排成功一門課程就將所有課程的資源數(shù)組中相應(yīng)的時間片元素的值置1，這樣每安排一門課程之前只要檢查該門課程的時間片資源數(shù)組中元素αr,t值是否為0，就能確定該安排方案是否會與其他課程發(fā)生空間沖突?，F(xiàn)在再返回上一步考慮時間沖突問題。由于解決空間沖突問題中也涉及到時間，因此時間片資源數(shù)組從縱向上可以看做是只有20個元素的時間向量數(shù)組（A1，…，A20），這樣我們也可以借助時間片資源數(shù)組來解決時間沖突問題。解決方案如下：每當(dāng)成功安排一門課程s，設(shè)安排時間為t，開始遍歷無向沖突圖，找到所有與課程s沖突的課程集合S，對于S中的每門課程Si，將Si的時間片資源數(shù)組中與t對應(yīng)的時間向量At（α1,t,…，αm,t）內(nèi)的全部元素置1。這樣在課程安排之前只要讀取資源數(shù)組中與安排方案K(r,t)相對應(yīng)的元素αr,t的值，就可以判斷該安排方案是否會發(fā)生時間或空間沖突。在初步解決了課表安排過程中的時間與空間沖突問題后，接下來考慮排課過程中的其他問題。（1）如何確定課程的安排方案 本系統(tǒng)使用啟發(fā)式方式為課程查找安排方案，將隨機搜索和局部搜索相結(jié)合，首先選擇局部最優(yōu)教室，判斷是否為最優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)為[14]：該教室滿足課程對教室的類型和所在校區(qū)的要求；該教室座位數(shù)不小于課程出席人數(shù)；在滿足前兩條的基礎(chǔ)上教室座位數(shù)最接近課程出席人數(shù)；在滿足前三條的基礎(chǔ)上教室被安排課程的次數(shù)最少。找到最優(yōu)教室后，從20個課節(jié)時間片中隨機選出一個組成預(yù)選安排方案K(r,t)，根據(jù)時間片資源數(shù)組判斷該方案是否可行，若可行繼續(xù)進行安排，如不可行重新選擇時間片進行再次判斷。（2）如何對同一門課程的不同課節(jié)進行安排 由于課程要求同一門課程的不同課節(jié)盡量安排在同一教室，而且上一步也涉及到時間片重選，因此可將20個時間片隨機排序，順序遍歷所有時間片，設(shè)置一個禁止數(shù)組，每當(dāng)課程成功安排一節(jié)之后，將與該時間片在同一天中的其他時間片加入到禁止數(shù)組，繼續(xù)遍歷時間片，安排下一課節(jié)，對課節(jié)安排時不僅要考慮時間片資源數(shù)組還要確保該時間片不在禁止數(shù)組中。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)上述過程。（3）若課程安排失敗如何處理 若課程安排失敗，應(yīng)該對安排過程進行回溯，但課程安排問題如果僅僅是回溯到上一個剛剛安排好的課程是不行的，因為連續(xù)安排的兩門課程之間也許沒有任何約束關(guān)系，這樣做很可能回溯很多步之后仍不能找到可用的時間片資源[15]。因此在這里可將回溯搜索與禁忌搜索相結(jié)合，回溯過程不是回溯到上一門安排的課程，而是對沖突圖中與該門課有聯(lián)系的課程（若該門課程已經(jīng)安排）進行回溯，并且回溯過程不再是反向遍歷安排過程，而改為遍歷沖突圖與其相關(guān)的所有課程，為保證回溯過程不會耗費過多時間，為回溯過程設(shè)置回溯半徑。若回溯遍歷該半徑內(nèi)全部課程仍未能將該門課程安排成功，則取消該門課已安排課節(jié)的安排信息。在回溯過程中對課程進行重新安排時也要取消該門課程的安排信息，并對其他課程的時間片資源數(shù)組做適當(dāng)?shù)男薷?。在全部課程安排結(jié)束之后，對于所有未安排成功的課程進行再次安排，若仍未安排成功，則確定安排失敗，最后保存并返回所有安排失敗的課程信息。在取消某門課程的安排信息時，修改其他課程時間片資源數(shù)組因該是課程安排成功之后重置其他課程資源數(shù)組過程的逆過程，由于該過程涉及安排成功的安排方案，因此對每門課程設(shè)置一個儲存成功安排方案的數(shù)組，以便取消課程安排時使用。在修改其他課程S的資源數(shù)組時涉及一個問題，假設(shè)課程S尚未安排并且課程S被修改的資源數(shù)組的元素αr,t不僅僅與該門課程發(fā)生沖突，還與一門或多門課程S1發(fā)生沖突，那么僅僅將αr,t置0會對安排課程S時造成影響，使安排信息出錯。解決辦法是課程安排成功時對其他課程資源數(shù)組的修改不再是置1，而改為加1，在取消時將其減1，這樣可以確保不會丟失沖突信息。（4）如何對課時不同的課程進行安排 為了盡量高效率的利用教室資源，將課程分為兩部分[16]：長課和短課。其中課時數(shù)大于48的為長課，安排時間貫穿本學(xué)期，其中課時大于64的每周安排三次，其他每周安排兩次；課時不大于48的設(shè)為短課，將其安排在上半學(xué)期或下半學(xué)期，其中課時大于32的每周安排三次，其他每周安排兩次。課程的起始學(xué)周由教務(wù)工作者手工分配，在并隨課程導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。程序在安排全部課程之前先讀取全部課程，讀取時將課程分別存在三個數(shù)組中，三個數(shù)組分別為保存長課數(shù)組long_subjects、儲存需要上半學(xué)期安排的課程的數(shù)組short_subjects1和需要在下半學(xué)期安排的課程數(shù)組short_subject2。由于short_subjects1中的課程與short_subject2中的課程不會發(fā)生沖突，因此在初始化沖突無向圖時對于分別存于兩數(shù)組中的課程不做判斷。（5）如何實現(xiàn)沖突圖 由于程序中不存在圖的結(jié)構(gòu)，因此采用鏈表的方式實現(xiàn)。程序中使用的類和對象的概念，將沖突圖中與某一門課程沖突的課程全部存于一個沖突數(shù)組中，該數(shù)組作為課程對象的一個屬性存在，數(shù)組中保存的是指向沖突課程對象的指針，這樣方便對沖突課程的訪問。下面對排課算法做簡要的描述[17]（具體算法見代碼部分）：（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數(shù)組中。（2）遍歷全部課程，初始化所有課程的沖突數(shù)組和時間片資源數(shù)組。（3）分別遍歷三個儲存課程的數(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），否則對每門課程Si做如下操作：（4）調(diào)用查找教室的函數(shù)，開始遍歷教室類型數(shù)組。根據(jù)啟發(fā)式前三個條件找到最合適的教室類型數(shù)組。從該數(shù)組中隨機選擇三個教室（若不足三個則全部選?。x擇三個教室對象中占用次數(shù)最少的教室，若該教室剩余時間片足夠安排該門課程返回該教室對象，否則遍歷該數(shù)組中全部課程對象，找到占用次數(shù)最少的教室，若該教室剩余時間片足夠安排該門課程返回該教室對象，否則繼續(xù)進行遍歷。（5）對所有20個時間片隨機排序，順序遍歷時間片，通過訪問時間片資源數(shù)組和禁止數(shù)組判斷方案K(r,t)是否可行，若可行保存該安排并重置其他課程的時間片資源數(shù)組[18]，將被占用的教室的占用次數(shù)加1。將沖突時間片加入禁止數(shù)組。判斷該門課程全部課時是否都已安排，若安排結(jié)束則調(diào)至步驟3對課程Si+1進行安排。若該門課程尚未安排結(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進行回溯。（6）回溯之前