áp dụng giải thuật di truyền vào sắp xếp thời khóa biểu

Nội dung chínhTính cấp thiết của đề tài Bài toán Xếp Thời khóa biểu Áp dụng GA vào bài toán xếp TKB Kết quả thử nghiệm... Mô hình xếp TKBPhân loại theo khuôn dạng thời gian • Thời khóa b

ÁP DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀO SẮP XẾP THỜI KHÓA BIỂU

Báo cáo viên: Đỗ Thị Chi

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TRUYỀN THÔNG

BỘ MÔN TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN

Thái Nguyên - 2012

Nội dung chính

Tính cấp thiết của đề tài

Bài toán Xếp Thời khóa biểu

Áp dụng GA vào bài toán xếp TKB Kết quả thử nghiệm

Tính cấp thiết của đề tài

• TKB là bộ xương sống cơ bản để kết nối

hầu như toàn bộ các hoạt động của nhà

trường.

• Chương trình TKB thay thế các công việc

thao tác bằng tay trên giấy tờ đạt hiệu

quả không cao và mất nhiều thời gian.

• Ở Việt Nam hay trên Thế giới, tồn tại

không nhiều phần mềm hỗ trợ xếp TKB.

• 1000 trong số hơn 20000 trường THPT

dùng phần mềm TKB.

 Đòi hỏi nghiên cứu và đưa ra các

chương trình hỗ trợ lập TKB hợp lý,

Mô hình xếp TKB

Phân loại theo khuôn dạng thời gian

• Thời khóa biểu TUẦN:dạng TKB cho

1 tuần và làm chuẩn cho cả học kỳ(năm học).

• Thời khóa biểu HỌC KỲ: biểu diễn chi

tiết từng ngày trong cả học kỳ(năm học).

Mô hình xếp TKB

Phân loại theo khuôn dạng thời gian

• Thời khóa biểu 2 TUẦN LIÊN TỤC:

mẫu dạng TKB TUẦN nhưng phân biệt

tuần chẵn và lẻ.

• Thời khóa biểu (k)TUẦN/ HỌC KỲ:

mẫu dạng TKB TUẦN, thời gian phân

bổ TKB làm nhiều kỳ trong học kỳ(năm học).

• Thời khóa biểu cho MỖI TUẦN: dạng

TKB TUẦN, mỗi tuần là 1 TKB riêng.

Bài toán Thời khóa biểu

Danh sách GV Danh sách Lớp

Danh sách Môn

Danh sách Bảng ràng buộc

Ràng buộc thời gian

Bài toán Thời khóa biểu

7

Dữ liệu đầu ra

Lớp: 12A1

Thứ 2 Thứ 3 Thứ 4 Thứ 5 Thứ 6 Thứ 7

Chào cờ.F2(1 - A) Lịch sử(1 - Tâm) Địa lý(2 - Phùng) Toán(2 - A)Ngoại ngữ(2 - Kim Vân) Sinh vật(2 - Hưởng) Địa lý(2 - Phùng) Toán(2 - A)Ngữ văn(2 - Sáu) Ngoại ngữ(2 - Kim Vân) Vật lý(2 - Diễn) Ngữ văn(2 - Sáu) Toán(2 - A)Hóa học(2 - Dũng) Sinh hoạt.L6(1 - A)

Giảng viên: Tỵ

Thứ 2 Thứ 3 Thứ 4 Thứ 5 Thứ 6 Thứ 7

12A2-Toán(3-2) 12A2-Toán(1-2) 12A2-Toán(3-2)

Giảng viên: A

Thứ 2 Thứ 3 Thứ 4 Thứ 5 Thứ 6 Thứ 7

12A1-Chào cờ.F2(1-1) 12A1-Toán(2-2) 12A1-Toán(1-2) 12A1-Sinh hoạt.L6(5-1) 12A1-Toán(4-2)

TKB học sinh

TKB giáo viên

Bài toán Thời khóa biểu

• Ràng buộc cứng

- Tại 1 thời điểm 1 GV không thể dạy 2 lớp.

- Tại 1 thời điểm 1 lớp không thể học 2 môn học.

- Bảo đảm các quy định về thời gian (Số giờ học/ngày, số giờ mỗi môn…)

- Bảo đảm đúng theo các bảng quan hệ (GV lớp, GV -môn)

- Bảo đảm lịch bận của giáo viên.

• Ràng buộc mềm

- Bảo đảm thứ tự môn học.

- Bảo đảm khoảng thời gian nghỉ giữa 2 lần dạy của GV.

Giải bài toán bằng GA

9

1- Cấu trúc dữ liệu I biểu diễn không gian lời giải (mã hóa : nhị phân, hoán vị, giá trị, cấu trúc cây).

2- Khởi tạo quần thể ban đầu P(0).

3- Hàm thích nghi eval().

4- Các phép toán di truyền.

+ Toán tử lai ghép : lai ghép 1 điểm, lai ghép 2 điểm, lai ghép N điểm.

+ Toán tử đột biến

+ Toán tử tái sinh

+ Toán tử chọn lọc : chọn lọc xén, chọn lọc Roulete

5- Các tham số :kích thước quần thể, xác suất lai, xác suất đột biến…

Giải bài toán bằng GA

Áp dụng GA vào bài toán xếp TKB

Cách giải quyết bài toán: chia làm 2 giai đoạn :

lớp học Kết quả cuối cùng là lịch học cho từng lớp một cách hoàn chỉnh

được đơn giản hóa trong giai đoạn trước Kết quả của giai đoạn này chính là mục tiêu cuối cùng của bài toán

Đó là lịch học của các lớp trong một cơ sở

11

Cách biểu diễn lời giải cho bài toán

TKB Lớp 1 TKB Lớp 2 TKB Lớp 3 ……… TKB Lớp n

Tiết 1 Tiết 2 Tiết 3 … Tiết n

Tên môn Số tiêt Tên GV

Thứ 2 Thứ 3 Thứ 4 … Thứ n

Thứ 2 Thứ 3 Thứ 4 … Thứ n

Thứ 2 Thứ 3 Thứ 4 … Thứ n

Tiết 1 Tiết 2 Tiết 3 … Tiết n

Tiết 1 Tiết 2 Tiết 3 … Tiết n

Tiết 1 Tiết 2 Tiết 3 … Tiết n

Tên môn Số tiêt Tên GV

Tên môn Số tiêt Tên GV

Tên môn Số tiêt Tên GV

Hàm thích nghi

- Trùng giờ

- Số môn học bị lặp lại trong buổi

- Lịch bận của giáo viên

Chọn cách tính tốt nhất là xếp theo giá trị giảm dần của giá trị bị phạt theo độ thích nghi Cá thể được chọn là cá thể tốt nhất, giá trị thích nghi đạt ở mức đỉnh là 0

Các tham số

• Xác suất lai ghép Pc:cho biết tần suất thực hiện toán tử lai ghép 0.85 – 0.9

• Xác suất đột biến Pm:cho biết tần suất đột biến của nhiễm sắc thể 0.05 – 0.1

hiện toán tử tái sinh.

• Kích thước quần thể: cho biết có bao nhiêu

cá thể (NST) trong 1 thế hệ của quần thể.

Toán tử lai ghép

- Chọn ngẫu nhiên 1 cặp NST trong quần thể

- Chọn một đoạn lai ghép ngẫu nhiên rồi tiến hành lai ghép Ví dụ:

cha

mẹ

Sau khi lai :

con 1

con 2

Lớp A1 Lớp B1 Lớp C1 Lớp D1 Lớp E1 Lớp G1 …… Lớp Z1 Lớp A2 Lớp B2 Lớp C2 Lớp D2 Lớp E2 Lớp G2 …… Lớp Z2

Lớp A1 Lớp B1 Lớp C2 Lớp D2 Lớp E1 Lớp G1 …… Lớp Z1

Lớp A2 Lớp B2 Lớp C1 Lớp D1 Lớp E2 Lớp G2 ……… Lớp Z2

Toán tử đột biến

- Chọn ngẫu nhiên 1 NST trong quần thể

- Chọn một điểm đột biến ngẫu nhiên rồi tiến hành đột biến ( phép đột biến được thực hiện bằng cách khởi tạo lại giá trị tại điểm đó )

Ví dụ: Trước khi đột biến:

Sau khi đột biến:

Lớp A1 Lớp B1 Lớp C1 Lớp D1 Lớp E1 Lớp G1 …… Lớp Z1

Lớp A1 Lớp B1 Lớp C’ Lớp D1 Lớp E1 Lớp G1 ……… Lớp Z1

Toán tử chọn lọc

Chương trình xếp TKB

Dữ liệu thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm

• Dữ liệu đầu vào:

test3.xls

• Dữ liệu đầu ra:

runEnd.xls

TKB.xls`