Giải thuật di truyền giải bài toán lập kế hoạch học tập

MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI CAM ĐOAN 5 DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7 DANH MỤC BẢNG 9 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU 15 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 15 1.2. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 15 1.3. PHÁT BIỂU BÀI TOÁN 16 1.3.1. Mô tả quy trình lập kế hoạch học tập của Trường Sĩ quan Tăng thiết giáp. 16 1.3.2. Đầu vào 17 1.3.3. Các ràng buộc 17 1.3.4. Mục tiêu 18 1.3.5. Đầu ra 18 1.4. MÔ HÌNH BÀI TOÁN 19 1.4.1. Các chỉ số 19 1.4.2. Các biến 19 1.4.3. Công thức cho các hàm ràng buộc 20 1.4.4. Công thức cho các hàm mục tiêu 20 1.4.5. Phương pháp giải quyết 21 CHƯƠNG 2. GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 22 2.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN 22 2.1.1. Lịch sử giải thuật di truyền 22 2.1.2. Khái niệm 23 2.2. CÁC THAM SỐ CỦA GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 35 2.3. ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 35 2.4. BÀI TOÁN TỐI ƯU 36 2.4.1. Một số khái niệm 36 2.4.2. Các bài toán tối ưu 37 CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN GIẢI BÀI TOÁN LẬP KẾ HOẠCH HỌC TẬP TẠI TRƯỜNG SĨ QUAN TĂNG THIẾT GIÁP 42 3.1. CÁC ĐỐI TƯỢNG 42 3.2. BIỂU DIỄN MÔ HÌNH CÁ THỂ 43 3.3. KHỞI TẠO QUẦN THỂ 45 3.4. BIỂU DIỄN CÁC RÀNG BUỘC 46 3.5. CÁC TOÁN TỬ DI TRUYỀN 49 3.5.1. Đột biến 49 3.5.2. Lai ghép 50 3.6. TÍNH ĐỘ THÍCH NGHI CỦA CÁ THỂ 52 3.7. THAM SỐ CỦA GIẢI THUẬT 53 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 54 4.1. GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 54 4.1.1. Hệ điều hành 54 4.1.2. Nền tảng, ngôn ngữ lập trình 54 4.1.3. Hệ quản trị CSDL 54 4.1.4. Công cụ phát triển ứng dụng quản lý 55 4.1.5. Giải pháp phân quyền sử dụng và dữ liệu 55 4.1.6. Giải pháp sao lưu phục hồi 56 4.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG 57 4.2.1. Mô hình triển khai 57 4.2.2. Mô hình xây dựng ứng dụng 58 4.3. THỰC NGHIỆM 60 4.3.1. Cơ sở dữ liệu 60 4.3.2. Dữ liệu mẫu 67 4.3.3. Tham số thử nghiệm 68 4.3.4. Kết quả thử nghiệm 68 4.3.5. Giao diện phần mềm 69 4.4. NHẬN XÉT 73 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75 5.1. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 75 5.2. HẠN CHẾ 75 5.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 LỜI CAM ĐOAN Luận văn Thạc sĩ “Giải thuật di truyền giải bài toán lập kế hoạch học tập”, chuyên ngành Công nghệ thông tin là công trình của cá nhân tôi. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực rõ ràng. Các tài liệu tham khảo, nội dung trích dẫn đã ghi rõ nguồn gốc. Ngày 25 tháng 3 năm 2014 Tác giả luận văn Đỗ Ngọc Phục DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Nguyên gốc Chú thích 1. TTG Tăng thiết giáp 2. SQ Sĩ quan 3. TSQTTG Trường sĩ quan Tăng thiết giáp 4. GA Genetic Algorithm Giải thuật di truyền 5. NST Nhiễm sắc thể 6. P Population Quần thể 7. G Generation Thế hệ 8. Thêm Thêm mới bản ghi 9. Sửa Sửa bản ghi 10. Xoá Xoá bản ghi 11. Tải lại Tải lại danh sách dữ liệu 12. In In danh sách bản ghi 13. Xuất Xuất danh sách bản ghi ra excel DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Xác xuất của mỗi NST theo kiểu lựa chọn Roulet 26 Hình 2: Lựa chọn xếp hạng 28 Hình 3: Lai ghép một điểm cắt mã hóa nhị phân 29 Hình 4: Lai ghép một điểm cắt mã hóa nhị phân 29 Hình 5: Lai ghép đồng nhất mã hóa nhị phân 30 Hình 6. Mặt nạ lai ghép đồng nhất 30 Hình 7: Lai ghép số học mã hóa nhị phân 30 Hình 8. Lai ghép một điểm cắt mã hóa hoán vị 31 Hình 9. Phép đảo bit mã hóa nhị phân 31 Hình 10. Hoán vị thứ tự mã hóa hoán vị 32 Hình 11. Thay đổi giá trị trong mã hóa giá trị 32 Hình 12. Sơ đồ chiến lược nạp lại hoàn toàn 33 Hình 13. Sơ đồ chiến lược nạp lại ngẫu nhiên 33 Hình 14. Sơ đồ chiến lược nạp lại theo mô hình cá thể tối ưu 34 Hình 15. Mô hình giải thuật 35 Hình 16. Mạch logic, đầu vào được nhập từ bên trái và đầu ra ở bên phải 38 Hình 17: Các lớp bài toán P, NP và coNP 40 Hình 18: Phân lớp tạm thời các bài toán 41 Hình 19 Biểu diễn mô hình cá thể 43 Hình 20. Mô hình triển khai 58 Hình 21. Mô hình ứng dụng clientserver 59 Hình 22. Kiến trúc ứng dụng 3 lớp 60 Hình 23. Giao diện đăng nhập 69 Hình 24. Giao diện quản lý danh mục 69 Hình 25. Giao diện phân công giáo viên dạy môn và lớp học 70 Hình 26. Giao diện dữ liệu chuẩn bị trước khi giải thuật thực hiện 70 Hình 27. Giao diện kết quả của phần mềm 71 Hình 28. Giao diện cập nhật chương trình đào tạo 71 Hình 29. Thiết lập lớp thuộc chương trình đào tạo 72 Hình 30. Giao diện thiết lập tham số hệ thống 73 Hình 31. Giao diện thiết lập tham số giải thuật 73 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Bảng chỉ số 19 Bảng 2: Mã hóa nhị phân độ dài 20 bit 23 Bảng 3: Mã hóa hoán vị 2 NST AB 24 Bảng 4: Mã hóa giá trị các NST A, B, C 25 Bảng 5. Khởi tạo cá thể 44 Bảng 6. Sao chép cá thể 44 Bảng 7. Khởi tạo dữ liệu vector của cá thể 45 Bảng 8. Khởi tạo quần thể 46 Bảng 9. Biểu diễn ràng buộc giảng viên không dạy 2 lớp cùng thời điểm 46 Bảng 10. Biểu diễn ràng buộc phòng không tồn tại 2 lớp cùng thời điểm 47 Bảng 11. Biểu diễn ràng buộc số học viên không quá số ghế ngồi của phòng 47 Bảng 12. Biểu diễn ràng buộc lớp không học 2 môn cùng thời điểm 48 Bảng 13. Biểu diễn ràng buộc môn thể dục không học tiết 5, 6 48 Bảng 14. Biểu diễn ràng buộc bài học bắt buộc sử dụng phòng thực hành, bãi tập 49 Bảng 15. Đột biến 50 Bảng 16. Chọn điểm lai ghép 51 Bảng 17. Lai ghép 52 Bảng 18. Tính độ thích nghi của cá thể 53 Bảng 19. Danh mục đơn vị 61 Bảng 20. Danh mục hình thức bài học 61 Bảng 21. Danh mục loại phòng học 61 Bảng 22. Danh mục môn học 62 Bảng 23. Danh mục phòng học 62 Bảng 24. Bảng dữ liệu người dùng 63 Bảng 25. Bảng phân quyền người dùng 63 Bảng 26. Bảng nhật ký sử dụng 64 Bảng 27. Bảng dữ liệu chương trình đào tạo 64 Bảng 28. Bảng dữ liệu chương trình đào tạo chi tiết 65 Bảng 29. Bảng dữ liệu chi tiết bài học của môn học trong chương trình đào tạo 66 Bảng 30. Bảng dữ liệu phân công Giảng viên – Lớp học 66 Bảng 31. Bảng dữ liệu phân công Giảng viên – Môn học 66 Bảng 32. Bảng dữ liệu kết quả xếp lịch 67 Bảng 33. Bảng dữ liệu thử nghiệm đơn giản 68 Bảng 34. Bảng dữ liệu thử nghiệm thực tế 68 Bảng 35: Bảng tham số thử nghiệm 68 Bảng 36. Bảng kết quả thử nghiệm đơn giản 69 Bảng 37. Bảng kết quả thử nghiệm thực tế 69 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong cuộc sống ta thường gặp các bài toán liên quan đến xếp lịch như lịch vận hành cho máy móc, lịch thực hiện dự án, lịch làm việc, lịch thi đấu trong thể thao, lịch sửa dụng tài nguyên,… Đối với mỗi loại bài toán này cần tìm ra phương án xếp lịch thoả mãn tất cả các ràng buộc cũng như khai thác hiệu quả các nguồn tài nguyên hiện có, giảm thời gian và chi phí thực hiện. Bài toán lập kế hoạch học tập trong trường học nói chung và trong trường Đại học nói riêng là một trong những bài toán như vậy. Có rất nhiều ràng buộc được đặt ra trong bài toán này như ràng buộc về đối tượng tham gia (giảng viên, học viện, lớp học), ràng buộc về tài nguyên phục vụ giảng dạy (phòng học lý thuyết, phòng học thực hành, máy chiếu, đồ dùng hỗ trợ giảng dạy…), ràng buộc về thời gian (số tiết học, số lần học, số tiết mỗi lần học), ràng buộc về chuyên mồn và nhiều ràng buộc khác phụ thuộc vào từng trường. Vấn đề đặt ra là xây dựng một thời khoá biểu thoả mãn tất cả các ràng buộc trên đồng thời khai thác hiệu quả các nguồn tài nguyên phục vụ giảng dạy. Bài toán lập kế hoạch học tập thuộc lớp các bài toán NPđầy đủ vì vậy có thể không tìm ra lời giải tối ưu. Đây là một bài toán không mới và đã có nhiều giải thuật được đưa ra để giải quyết như giải thuật nhánh cận, giải thuật leo đồi, giải thuật luyện thép, giải thuật tô màu đồ thị, giải thuật xấp xỉ,… Tuy nhiên các giải thuật này thường không có tính tổng quát và chỉ áp dụng hiệu quả đối với các bài toán quy mô nhỏ, ràng buộc ít về mặt dữ liệu. Ở Việt Nam hiện nay, các trường Đại học đang có nhiều hình thức đào tạo khác nhau như đào tạo tín chỉ, đạo tạo niên chế và có cả trường áp dụng cả 2 hình thức. Do vậy việc xếp kế hoạch học tập vẫn là một gánh nặng cho các trường, đặc biệt với những trường có quy mô đào tạo lớn. Mặt khác trên thị trường hiện tại cũng chưa có sản phẩm nào giải quyết hiệu quả bài toán. Trong những năm gần đây, phương pháp tiếp cận di truyền đã thu hút rất nhiều sự chú ý trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau trong đó có khoa học máy tính. Phương pháp này có nhiều đặc điểm nổi trội như không đòi hỏi tri thức, tránh tối ưu cục bộ, thực hiện tốt các bài toán có không gian lời giải lớn và có thể áp dụng cho nhiều loại bài toán tối ưu khác nhau. Trên thế giới hiện nay giải thuật di truyền kết hợp với tin học được ứng dụng để giải quyết những bài toán tối ưu một cách rất hiệu quả. Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng giải thuật di truyền (Genetic Algorithm GA) để giải quyết hiệu quả bài toán lập kế hoạch học tập là việc làm cần thiết. 2. Mục tiêu của đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu và ứng dụng giải thuật di truyền vào bài toán lập kế hoạch học tập cho Trường Sĩ quan Tăng Thiết Giáp (TSQTTG). Đây là trường trong ngành quân đội có một số đặc thù riêng trong quá trình lập kế hoạch học tập với nhiều ràng buộc đặt ra. Để đạt được các mục tiêu trên, đề tài tập trung vào các nhiệm vụ cụ thể sau: Phân tích đặc điểm của bài toán lập kế hoạch học tập tại trường để từ đó đề ra các giải pháp hợp lý trong việc xây dựng và triển khai hệ thống. Tìm hiểu giải thuật di truyền và ứng dụng của nó trong việc giải quyết các bài toán tối ưu. Ứng dụng giải thuật di truyền vào bài toán lập kế hoạch học tập cho trường. Thiết kế hệ thống và xây dựng ứng dụng. Phân tích, đánh giá kết quả đạt được khi thực hiện hệ thống với các bộ dữ liệu thử đơn giản. Triển khai thực nghiệm với bộ dữ liệu của Trường SQTTG. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu các đặc điểm, đặc trưng của giải thuật di truyền, các thành phần cơ bản như khởi tạo quần thể ban đầu, đánh giá độ thích nghi của các cá thể, các toán tử di truyền (chọn lọc, lai ghép, đột biến), điều kiện dừng. Ứng dụng giải thuật di truyền vào bài toán lập kế hoạch học tập tại một trường cấp Đại học trong ngành Quân đội theo học niên chế với những ràng buộc và những yêu cầu cơ bản. 4. Phương pháp nghiên cứu a. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu tài liệu, ngôn ngữ và công nghệ liên quan. Tổng hợp các tài liệu lý thuyết về giải thuật di truyền. Biểu diễn bài toán lập kế hoạch học tập trong trường bằng mô hình giải thuật di truyền.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - GIẢI THUẬT DI TRUYỀN GIẢI BÀI TOÁN LẬP KẾ HOẠCH HỌC TẬP Chuyên ngành : Công Nghệ Thông Tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Công nghệ thông tin NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Huỳnh Thị Thanh Bình Giải thuật di truyền giải tốn lập kế hoạch học tập Hà Nội – Năm 2014 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .6 DANH MỤC THUẬT NGỮ - VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .8 DANH MỤC BẢNG 10 MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG GIỚI THIỆU 16 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 16 1.2.CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN .16 1.3.PHÁT BIỂU BÀI TOÁN .17 1.3.1 Mơ tả quy trình lập kế hoạch học tập Trường Sĩ quan Tăng thiết giáp 17 1.3.2.Đầu vào 18 1.3.3.Các ràng buộc 18 1.3.4.Mục tiêu 19 1.3.5.Đầu 19 1.4.MƠ HÌNH BÀI TỐN 20 1.4.1.Các số 20 1.4.2.Các biến 20 1.4.3.Công thức cho hàm ràng buộc 21 1.4.4.Công thức cho hàm mục tiêu 22 1.4.5.Phương pháp giải 22 CHƯƠNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 23 2.1.KHÁI NIỆM CƠ BẢN 23 2.1.1 Lịch sử giải thuật di truyền 23 2.1.2 Khái niệm .24 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập 2.2.CÁC THAM SỐ CỦA GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 36 2.3.ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 36 2.4.BÀI TOÁN TỐI ƯU 37 2.4.1.Một số khái niệm 37 2.4.2.Các toán tối ưu 38 CHƯƠNG ÁP DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN GIẢI BÀI TOÁN LẬP KẾ HOẠCH HỌC TẬP TẠI TRƯỜNG SĨ QUAN TĂNG THIẾT GIÁP 43 3.1.CÁC ĐỐI TƯỢNG 43 3.2.BIỂU DIỄN MƠ HÌNH CÁ THỂ 44 3.3.KHỞI TẠO QUẦN THỂ .46 3.4.BIỂU DIỄN CÁC RÀNG BUỘC 47 3.5.CÁC TOÁN TỬ DI TRUYỀN 50 3.5.1.Đột biến 50 3.5.2.Lai ghép 51 3.6.TÍNH ĐỘ THÍCH NGHI CỦA CÁ THỂ 53 3.7.THAM SỐ CỦA GIẢI THUẬT .54 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 55 4.1.GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 55 4.1.1.Hệ điều hành 55 4.1.2.Nền tảng, ngơn ngữ lập trình 55 4.1.3.Hệ quản trị CSDL 55 4.1.4.Công cụ phát triển ứng dụng quản lý .56 4.1.5.Giải pháp phân quyền sử dụng liệu 56 4.1.6.Giải pháp lưu phục hồi .57 4.2.MƠ HÌNH HỆ THỐNG 58 4.2.1.Mơ hình triển khai 58 4.2.2.Mơ hình xây dựng ứng dụng 59 4.3.THỰC NGHIỆM 61 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập 4.3.1.Cơ sở liệu 61 4.3.2.Dữ liệu mẫu .70 4.3.3.Tham số thử nghiệm .71 4.3.4.Kết thử nghiệm 71 4.3.5.Giao diện phần mềm .72 4.4.NHẬN XÉT 76 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78 5.1.CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .78 5.2.HẠN CHẾ 78 5.3.HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập LỜI CAM ĐOAN Luận văn Thạc sĩ “Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập”, chuyên ngành Công nghệ thông tin cơng trình cá nhân tơi Các nội dung nghiên cứu kết trình bày luận văn trung thực rõ ràng Các tài liệu tham khảo, nội dung trích dẫn ghi rõ nguồn gốc Ngày 25 tháng năm 2014 Tác giả luận văn Đỗ Ngọc Phục Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập DANH MỤC THUẬT NGỮ - VIẾT TẮT STT Viết tắt TTG SQ Nguyên gốc Chú thích Tăng thiết giáp Sĩ quan TSQTTG Trường sĩ quan Tăng thiết giáp GA Genetic Algorithm Giải thuật di truyền NST Nhiễm sắc thể P Population Quần thể G Generation Thế hệ Thêm Sửa Sửa ghi 10 Xoá Xoá ghi 11 Tải lại 12 In 13 Xuất Thêm ghi Tải lại danh sách liệu In danh sách ghi Xuất danh sách ghi excel Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Xác xuất NST theo kiểu lựa chọn Roulet .27 Hình 2: Lựa chọn xếp hạng 29 Hình 3: Lai ghép điểm cắt mã hóa nhị phân .30 Hình 4: Lai ghép điểm cắt mã hóa nhị phân .30 Hình 5: Lai ghép đồng mã hóa nhị phân 31 Hình Mặt nạ lai ghép đồng 31 Hình 7: Lai ghép số học mã hóa nhị phân 31 Hình Lai ghép điểm cắt mã hóa hốn vị .32 Hình Phép đảo bit mã hóa nhị phân .32 Hình 10 Hốn vị thứ tự mã hóa hốn vị 33 Hình 11 Thay đổi giá trị mã hóa giá trị 33 Hình 12 Sơ đồ chiến lược nạp lại hoàn toàn 34 Hình 13 Sơ đồ chiến lược nạp lại ngẫu nhiên 34 Hình 14 Sơ đồ chiến lược nạp lại theo mơ hình cá thể tối ưu 35 Hình 15 Mơ hình giải thuật .36 Hình 16 Mạch logic, đầu vào nhập từ bên trái đầu bên phải .39 Hình 17: Các lớp tốn P, NP co-NP 40 Hình 18: Phân lớp tạm thời toán 41 Hình 19 Biểu diễn mơ hình cá thể 44 Hình 20 Mơ hình triển khai .59 Hình 21 Mơ hình ứng dụng client/server 60 Hình 22 Kiến trúc ứng dụng lớp 61 Hình 23 Giao diện đăng nhập 72 Hình 24 Giao diện quản lý danh mục 72 Hình 25 Giao diện phân cơng giáo viên dạy mơn lớp học 73 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập Hình 26 Giao diện liệu chuẩn bị trước giải thuật thực 73 Hình 27 Giao diện kết phần mềm 74 Hình 28 Giao diện cập nhật chương trình đào tạo 74 Hình 29 Thiết lập lớp thuộc chương trình đào tạo 75 Hình 30 Giao diện thiết lập tham số hệ thống 76 Hình 31 Giao diện thiết lập tham số giải thuật .76 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng số 20 Bảng 2: Mã hóa nhị phân độ dài 20 bit 24 Bảng 3: Mã hóa hốn vị NST A&B 25 Bảng 4: Mã hóa giá trị NST A, B, C 26 Bảng Khởi tạo cá thể 45 Bảng Sao chép cá thể 45 Bảng Khởi tạo liệu vector cá thể 46 Bảng Khởi tạo quần thể 47 Bảng Biểu diễn ràng buộc giảng viên không dạy lớp thời điểm .47 Bảng 10 Biểu diễn ràng buộc phịng khơng tồn lớp thời điểm 48 Bảng 11 Biểu diễn ràng buộc số học viên khơng q số ghế ngồi phịng .48 Bảng 12 Biểu diễn ràng buộc lớp không học môn thời điểm .49 Bảng 13 Biểu diễn ràng buộc môn thể dục không học tiết 5, 49 Bảng 14 Biểu diễn ràng buộc học bắt buộc sử dụng phòng thực hành, bãi tập 50 Bảng 15 Đột biến .51 Bảng 16 Chọn điểm lai ghép 51 Bảng 17 Lai ghép .52 Bảng 18 Tính độ thích nghi cá thể 54 Bảng 19 Danh mục đơn vị .62 Bảng 20 Danh mục hình thức học .62 Bảng 21 Danh mục loại phòng học 63 Bảng 22 Danh mục môn học 63 Bảng 23 Danh mục phòng học 64 Bảng 24 Bảng liệu người dùng 64 Bảng 25 Bảng phân quyền người dùng 65 Bảng 26 Bảng nhật ký sử dụng .66 10 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập TT Tên Kiểu liệu Mô tả LoaiPhongID Int Loại phòng Ordering Int Số thứ tự xếp Bảng 23 Danh mục phòng học 4.3.1.2 Dữ liệu người dùng a Bảng liệu người dùng Bảng liệu lưu thông tin tài khoản tham gia vào hệ thống, danh sách giảng viên trường Cấu trúc bảng liệu sau: TT Tên Kiểu liệu Mơ tả UserName Varchar(30) Khóa chính, Tên tài khoản DonViID Varchar(20) Mã đơn vị FullName Nvarchar(50) Họ tên đầy đủ Password Varchar(32) Mật mã hoá 32 ký tự theo thuật toán mã hố MD5 Published Bit Kích hoạt/Khố tài khoản Bảng 24 Bảng liệu người dùng b Bảng liệu phân quyền người dùng Bảng liệu lưu thông tin thiết lập phân quyền chức cho người sử dụng Cấu trúc bảng liệu sau: TT Tên UserName Kiểu liệu Varchar(30) Mô tả Tên tài khoản, khoá bảng 64 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập TT Tên Kiểu liệu Mô tả DonViID Varchar(20) Mã đơn vị PermName Varchar(50) Mã chức CanRead Bit Có thể truy cập; 1: có | 0: Khơng CanEdit Bit Có thể sửa; 1: Có | 0: Khơng CanAdd Bit Có thể thêm; 1: Có | 0: Khơng CanPrint Bit Có thể in; 1: Có | 0: Khơng CanExport Bit Có thể xuất; 1: Có | 0: Khơng CanDelete Bit Có thể xố; 1: Có | 0: Khơng Bảng 25 Bảng phân quyền người dùng c Bảng nhật ký sử dụng Bảng liệu lưu thông tin nhật ký thao tác chức người sử dụng đăng nhập, thêm, sửa, xoá liệu Cấu trúc bảng liệu sau: TT Tên Kiểu liệu Mô tả ID Int (Autonumber) Khố Action Ntext Nội dung hành động ActionTime Datetime Thời gian xảy hành động UserName Varchar(30) Mã người sử dụng ClientIP Varchar(20) Địa IP máy thực 65 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập TT Tên Kiểu liệu Mô tả Bảng 26 Bảng nhật ký sử dụng 4.3.1.3 Dữ liệu xếp lịch a Bảng liệu chương trình đào tạo Bảng liệu lưu thơng tin chương trình đào tạo khố cho tất năm học khoá Cấu trúc bảng liệu sau: TT Tên Kiểu liệu Mô tả ID Int (Autonumber) Khố Name Nvarchar(200) Tên chương trình đào tạo KhoaHoc Int Khố học SoNamDaoTao Int Số năm đào tạo Active Bit Chương trình đào tạo cịn sử dụng hay khơng? Bảng 27 Bảng liệu chương trình đào tạo b Bảng liệu chương trình đào tạo chi tiết Bảng liệu lưu thông tin chi tiết môn học thuộc chương trình đào tạo Cấu trúc bảng liệu sau: TT Tên Kiểu liệu Mô tả ID Int (Autonumber) Khố CTDaoTaoID Int Mã chương trình đào tạo MonHocID Varchar(10) Mã mơn học 66 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập TT Tên Kiểu liệu Mô tả KyHoc Int Kỳ học NamHoc Int Năm học DVHT Int Số đơn vị học trình LyThuyet Int Số tiết lý thuyết ThaoLuan Int Số tiết thảo luận HocOn Int Học ôn 10 Thi Int Số tiết thi 11 Ordering Int Số thứ tự Bảng 28 Bảng liệu chương trình đào tạo chi tiết c Bảng liệu chương trình đào tạo chi tiết học Bảng liệu lưu thông tin chi tiết chương mục môn Cấu trúc bảng liệu sau: TT Tên Kiểu liệu Mô tả ID Int (Autonumber) Khố CTDTChiTietID Int Mã chương trình đào tạo chi tiết DeMuc NVarchar(30) Tên đề mục HinhThucID Varchar(10) Hình thức học đề mục 67 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập TT Tên Kiểu liệu Mô tả NoiDung Nvarchar(200) Tên đề mục SoTiet Int Số tiết học RequiredRoomID Varchar(10) Phòng mặc định cho đề mục STT Int Số thứ tự đề mục Bảng 29 Bảng liệu chi tiết học mơn học chương trình đào tạo d Bảng phân công Giảng viên – Lớp học Bảng liệu lưu thông tin phân công giảng viên dạy lớp học Cấu trúc bảng liệu sau: TT Tên Kiểu liệu Mô tả UserName Varchar(30) Mã giáo viên (người dùng), khoá bảng LopHocID Varchar(10) Mã lớp học (khoá bảng) NamHoc Int Năm học KyHoc Int Kỳ học Bảng 30 Bảng liệu phân công Giảng viên – Lớp học e Bảng phân công Giảng viên – Môn học Bảng liệu lưu thông tin phân công giảng viên dạy môn học Cấu trúc bảng liệu sau: 68 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập TT Tên Kiểu liệu Mô tả UserName Varchar(30) Mã giáo viên (người dùng), khoá bảng MonHocID Varchar(10) Mã lớp học (khoá bảng) NamHoc Int Năm học KyHoc Int Kỳ học Bảng 31 Bảng liệu phân công Giảng viên – Môn học f Bảng liệu kết xếp lịch Bảng liệu lưu thông tin kết xếp lịch Cấu trúc bảng liệu sau: TT Tên Kiểu liệu Mơ tả ID Int (Autonumber) Khố Nam Int Năm học Ky Int Kỳ học Thang Int Tháng LopID Varchar(10) Mã lớp học MonHocID Varchar(10) Mã môn học BaiHocID Varchar(10) Mã đề mục môn học GiaoVienID Varchar(10) Mã giảng viên PhongHocID Varchar(10) Mã phòng học 69 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập TT Tên Kiểu liệu Mô tả 10 Ngay Int Ngày 11 StartTime Datetime Thời gian bắt đầu 12 EndTime Datetime Thời gian kết thúc 13 SoTiet Int Số tiết 14 Subject Nvarchar(50) Viết tắt đề mục 15 CTDTID Int Mã chương trình đào tạo Bảng 32 Bảng liệu kết xếp lịch 4.3.2 Dữ liệu mẫu Luận văn thử nghiệm liệu với kịch sau: a Kịch 1: Bộ liệu đơn giản gồm thông số sau: Nội dung Số lượng Giảng viên 13 Mơn học Lớp học Phịng học Số cặp tiết phải xếp (CourseClass) 26 Bảng 33 Bảng liệu thử nghiệm đơn giản b Kịch 2: Bộ thực tế Trường Sĩ quan Tăng thiết giáp gồm thông số sau: Nội dung Số lượng Giảng viên 200 Môn học 93 70 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập Lớp học Phòng học 57 Số cặp tiết phải xếp (CourseClass) 60 Bảng 34 Bảng liệu thử nghiệm thực tế 4.3.3 Tham số thử nghiệm Luận văn tiến hành thử nghiệm giải thuật đề xuất liệu Giải thuật di truyền chạy thử nghiệm với tham số sau: Thuộc tính Giá trị Ghi Population 100 Kích thước quần thể Mutation Probability 3% Xác suất đột biến 3/100 CrossoverProbability 80% Xác suất lai ghép 80/100 MutationSize ReplaceByGeneration 10 Số điểm đột biến cá thể Số lượng cá thể thay sau hệ Bảng 35: Bảng tham số thử nghiệm 4.3.4 Kết thử nghiệm a Kết thử nghiệm với liệu theo kịch 1: Số hệ Giá trị hàm mục tiêu Thời gian (phút) 4.749 0.3 Bảng 36 Bảng kết thử nghiệm đơn giản b Kết thử nghiệm với liệu trường Sĩ quan Tăng thiết giáp Số hệ Giá trị hàm mục tiêu Thời gian (phút) 30.000 0.98 100 Bảng 37 Bảng kết thử nghiệm thực tế 71 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập 4.3.5 Giao diện phần mềm Hình 23 Giao diện đăng nhập Hình 24 Giao diện quản lý danh mục 72 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập Hình 25 Giao diện phân cơng giáo viên dạy mơn lớp học Hình 26 Giao diện liệu chuẩn bị trước giải thuật thực 73 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập Hình 27 Giao diện kết phần mềm Hình 28 Giao diện cập nhật chương trình đào tạo 74 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải tốn lập kế hoạch học tập Hình 29 Thiết lập lớp thuộc chương trình đào tạo 75 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập Hình 30 Giao diện thiết lập tham số hệ thống Hình 31 Giao diện thiết lập tham số giải thuật 4.4 NHẬN XÉT Quá trình thực nghiệm hệ thống cho thấy số phịng xếp lịch tăng lên độ lớn vector biểu diễn cá thể tăng lên nhanh, dẫn đến thời gian xử lý vector tăng lên nhanh Ngoài việc lập kế hoạch tháng độ dài vector tăng lên nhanh, ảnh hưởng lớn đến thời gian thực thi giải thuật, luận văn 76 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập chọn xếp lịch cho tuần tuần thời gian thực giải thuật ngắn nhiều Thực với tuần để hoàn thành lịch cho tháng Khi số lượng cặp tiết đưa vào xếp lịch nhiều, giá trị thích nghi gần hội tụ đích tính chất bão hồ quần thể cao, dẫn đến số lượng hệ sinh lớn giá trị hàm mục tiêu đạt ngưỡng tối đa, có nghĩa lịch cịn số cặp tiết khơng thể tìm thời gian, phòng học để xếp, lúc cần có can thiệp người sử dụng cách sử dụng chức xếp lịch tay xoá bớt cặp tiết khơng xếp bố trí xếp cặp tiết vào tuần 77 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương trình bày vấn đề sau: • Các kết đạt • Hạn chế • Hướng phát triển 5.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Về mặt lý thuyết, luận văn trình bày nội dung sau: - Giới thiệu tổng quan giải thuật di truyền khả áp dụng thực tế Xây dựng giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập cho trường Sĩ quan Tăng Thiết giáp Về mặt thực nghiệm, luận văn tiến hành cài đặt giải thuật di truyền nêu phần lý thuyết Kết đạt cho thấy: 5.2 - - - 5.3 - Hệ thống giúp ban kế hoạch xếp lịch học tập cho tháng tiếp theo, hầu hết chức sau hoạt động tốt, đáp ứng yêu cầu đặt Dữ liệu đầu xuất tệp định dạng khác PDF, Excel, Word… Bộ liệu thực nghiệm cho hệ thống thể tính khả thi HẠN CHẾ Do giải thuật di truyền mang tính chất ngẫu nhiên nên kết tối ưu tìm đa dạng (giá trị mục tiêu cá thể nằm giới hạn cho phép) Chương trình xây dựng tảng Dotnet Framework 3.5 liệu lưu trữ SQL Server nên trình cài phải thực nhiều bước dẫn đến phức tạp cho người sử dụng Với mơ hình Client/Server bắt buộc người sử dụng đảm bảo kết nối đường truyền thơng suốt Đơi điều khó người sử dụng trường quân đội HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết hợp thêm số chiến lược giải thuật di truyền sửa Gen, chiến lược bổ sung cá thể vào quần thể hay kết hợp lý thuyết mạng Noron vào giải thuật di truyền 78 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 ... thuyết giải thuật di truyền - Biểu di? ??n toán lập kế hoạch học tập trường mơ hình giải thuật di truyền 13 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế. .. 80 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập LỜI CAM ĐOAN Luận văn Thạc sĩ ? ?Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập? ??,.. .Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập Hà Nội – Năm 2014 Học viên thực hiện: Đỗ Ngọc Phục - CB120105 - 12BCNTT2 Giải thuật di truyền giải toán lập kế hoạch học tập MỤC LỤC