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

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TRUYỀN THÔNG BỘ MÔN TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN ÁP DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀO SẮP XẾP THỜI KHÓA BIỂU Báo cáo viên: Đỗ Thị Chi Thái Nguyên - 2012 Nội dung Tính cấp thiết đề tài Bài tốn Xếp Thời khóa biểu Áp dụng GA vào tốn xếp TKB Kết thử nghiệm Tính cấp thiết đề tài • TKB xương sống để kết nối toàn hoạt động nhà trường • Chương trình TKB thay cơng việc thao tác tay giấy tờ đạt hiệu khơng cao nhiều thời gian • Ở Việt Nam hay Thế giới, tồn không nhiều phần mềm hỗ trợ xếp TKB • 1000 số 20000 trường THPT dùng phần mềm TKB  Đòi hỏi nghiên cứu đƣa chƣơng trình hỗ trợ lập TKB hợp lý, hiệu xác Mơ hình xếp TKB Phân loại theo khn dạng thời gian • Thời khóa biểu TUẦN:dạng TKB cho tuần làm chuẩn cho học kỳ(năm học) • Thời khóa biểu HỌC KỲ: biểu diễn chi tiết ngày học kỳ(năm học) Mơ hình xếp TKB Phân loại theo khn dạng thời gian • Thời khóa biểu TUẦN LIÊN TỤC: mẫu dạng TKB TUẦN phân biệt tuần chẵn lẻ • Thời khóa biểu (k)TUẦN/ HỌC KỲ: mẫu dạng TKB TUẦN, thời gian phân bổ TKB làm nhiều kỳ học kỳ(năm học) • Thời khóa biểu cho MỖI TUẦN: dạng TKB TUẦN, tuần TKB riêng Bài tốn Thời khóa biểu Danh sách Lớp Danh sách GV Ràng buộc thời gian Danh sách Mơn Danh sách Bảng ràng buộc Bài tốn Thời khóa biểu Lớp: 12A1 Thứ Thứ Thứ Thứ Thứ Thứ Chào cờ.F2(1 - A) - Địa lý(2 - Phùng) - A)Ngoại ngữ(2 - Kim Vân) Lịch sử(1 Tâm) Toán(2 Sinh vật(2 - Hưởng) Địa lý(2 - Phùng) - A)Ngữ văn(2Ngoại ngữ(2 - Kim Vân) văn(2 - Sáu) Toán(2 - Sáu) Vật lý(2 - Diễn) Ngữ Tốn(2 - A)Hóa học(2 - Dũng) Sinh hoạt.L6(1 - A) TKB học sinh Dữ liệu đầu TKB giáo viên Giảng viên: Tỵ Thứ Thứ Thứ Thứ Thứ 12A2-Toán(3-2) 12A2-Toán(1-2) Giảng viên: A Thứ Thứ Thứ 12A1-Chào12A1-Toán(2-2) cờ.F2(1-1) 12A1-Toán(4-2) Thứ Thứ 12A2-Toán(3-2) Thứ Thứ 12A1-Toán(1-2) 12A1-Sinh hoạt.L6(5-1) Bài tốn Thời khóa biểu • Ràng buộc cứng - Tại thời điểm GV dạy lớp - Tại thời điểm lớp học môn học - Bảo đảm quy định thời gian (Số học/ngày, số môn…) - Bảo đảm theo bảng quan hệ (GV- lớp, GV môn) - Bảo đảm lịch bận giáo viên • Ràng buộc mềm - Bảo đảm thứ tự môn học - Bảo đảm khoảng thời gian nghỉ lần dạy GV Giải toán GA 1- Cấu trúc liệu I biểu diễn khơng 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 điểm, lai ghép 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 toán GA 10 Áp dụng GA vào toán xếp TKB Cách giải toán: chia làm giai đoạn : • Giai đoạn 1: giải thành phần ràng buộc mức lớp học Kết cuối lịch học cho lớp cách hồn chỉnh • Giai đoạn : tổng hợp lại ràng buộc lại đơn giản hóa giai đoạn trước Kết giai đoạn mục tiêu cuối tốn Đó lịch học lớp sở 11 Cách biểu diễn lời giải cho toán TKB Lớp TKB Lớp TKB Lớp ……… TKB Lớp n Thứ Thứ Thứ Thứ Thứ Thứ … Thứ Thứ Thứ … Thứ Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết … … Thứ n Thứ n Tiết … Tiết Tiết … Tiết n Tiết n Tiết … Tiết n Tên môn Số tiêt Tên môn Tên môn … Tiết n Tiết Tên môn Thứ Thứ n Tiết Tiết Thứ Thứ n Số tiêt Số tiêt Số tiêt Tên GV Tên GV Tên GV Tên GV 12 Hàm thích nghi - Trùng - Số môn học bị lặp lại buổi - Lịch bận giáo viên Chọn cách tính tốt xếp theo giá trị giảm dần giá trị bị phạt theo độ thích nghi Cá thể chọn cá thể tốt nhất, giá trị thích nghi đạt mức đỉnh Các tham số • Xác suất lai ghép Pc:cho biết tần suất thực toán tử lai ghép 0.85 – 0.9 • Xác suất đột biến Pm:cho biết tần suất đột biến nhiễm sắc thể 0.05 – 0.1 • Xác suất tái sinh Pr: cho biết tần suất thực tốn tử tái sinh • Kích thước quần thể: cho biết có cá thể (NST) hệ quần thể Toán tử lai ghép - Chọn ngẫu nhiên cặp NST quần thể - Chọn đoạn lai ghép ngẫu nhiên tiến hành lai ghép Ví dụ: cha Lớp A1 Lớp B1 Lớp C1 Lớp D1 Lớp E1 Lớp G1 …… Lớp Z1 mẹ Lớp A2 Lớp B2 Lớp C2 Lớp D2 Lớp E2 Lớp G2 …… Lớp Z2 Sau lai : 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 NST quần thể - Chọn điểm đột biến ngẫu nhiên tiến hành đột biến ( phép đột biến thực cách khởi tạo lại giá trị điểm ) Ví dụ: Trước đột biến: Lớp A1 Lớp B1 Lớp C1 Lớp D1 Lớp E1 Lớp G1 …… Lớp Z1 Sau đột biến: Lớp A1 Lớp B1 Lớp C’ Lớp D1 Lớp E1 Lớp G1 ……… Lớp Z1 Toán tử chọn lọc - Toán tử chọn lọc q trình loại bỏ NST thích nghi quần thể - NST có độ thích nghi cao xác suất tồn lớn Chƣơng trình xếp TKB Dữ liệu thực nghiệm Kết thực nghiệm • Dữ liệu đầu vào: test3.xls • Dữ liệu đầu ra: - Mô GA: runEnd.xls - Mô TKB: TKB.xls` ... hình xếp TKB Phân loại theo khn dạng thời gian • Thời khóa biểu TUẦN:dạng TKB cho tuần làm chuẩn cho học kỳ(năm học) • Thời khóa biểu HỌC KỲ: biểu di? ??n chi tiết ngày học kỳ(năm học) Mơ hình xếp. .. dạng thời gian • Thời khóa biểu TUẦN LIÊN TỤC: mẫu dạng TKB TUẦN phân biệt tuần chẵn lẻ • Thời khóa biểu (k)TUẦN/ HỌC KỲ: mẫu dạng TKB TUẦN, thời gian phân bổ TKB làm nhiều kỳ học kỳ(năm học) • Thời. .. Thời khóa biểu cho MỖI TUẦN: dạng TKB TUẦN, tuần TKB riêng Bài toán Thời khóa biểu Danh sách Lớp Danh sách GV Ràng buộc thời gian Danh sách Môn Danh sách Bảng ràng buộc Bài tốn Thời khóa biểu