Xếp lịch thi học kỳ bằng phương pháp kết hợp tìm kiếm tabu và lập trình ràng buộc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - VŨ HÀ TUẤN ANH XẾP LỊCH THI HỌC KỲ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP TÌM KIẾM TABU VÀ LẬP TRÌNH RÀNG BUỘC (Generating University Examination Timetables by Combining Tabu Search and Constraint Programming) Chuyên ngành : Công Nghệ Thông Tin Mã số ngành : 01.02.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 10 năm 2004 LỜI CẢM ƠN Để thực tốt luận văn trải qua năm học trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Trong q trình thầy cô khoa Công Nghệ Thông Tin thầy Phịng Quản Lý Sau Đại Học tận tình hướng dẫn tơi nắm bắt nhiều kiến thức khác qua môn học, nắm bắt phương pháp sống làm việc để hồn thiện thân Thế hệ sinh viên tơi hệ sau biết ơn công lao hướng dẫn thầy cô Tôi kính xin gởi lịng biết ơn tơi đến tất thầy cô Tôi làm việc tháng để hoàn thành đề tài tốt nghiệp Thầy Tiến Sĩ Dương Tuấn Anh tận tình hướng dẫn cho từ cách nghiên cứu đề tài cách viết đề tài Thầy khơng quản khó khăn thời gian để giải thích cho tơi khái niệm, hướng dẫn phương hướng để nghiên cứu Nếu khơng có Thầy hướng dẫn tơi khơng thể hoàn thành luận văn Đề tài tri thức tơi cơng trình Thầy Tơi kính gởi đến Thầy lịng biết ơn sâu sắc tơi Tơi hồn thành khóa học tơi phải công tác Công Ty Tin Học Bưu Điện – NetSoft Tôi quên ngày đầu học tập vất vả vừa phải học, vừa phải hồn thành nhiệm vụ giao cơng ty Nếu khơng có định lãnh đạo cơng ty cho phép học làm việc, cho phép tơi hồn thành cơng việc ngồi cho dù tơi cố gắng khơng thể hồn thành lúc hai nhiệm vụ Tơi kính gởi lịng biết ơn tơi đến lãnh đạo công ty, làm việc tốt để ln hồn thành xuất sắc nhiệm vụ giao Bạn bè ơi, đồng nghiệp ơi! Khơng có bạn giúp đỡ động viên tơi khó lịng đạt kết ngày hôm Chúng ta tiếp tục tiến bước bạn nhé! Cảm ơn giúp tiến không hôm ngày mai, ngày mai Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình tơi hỗ trợ, động viên cho tơi nhiều q trình học tập thực luận văn Gia đình tơi phải hy sinh nhiều cho tơi có nhiều thời gian tạo điều kiện cho tơi vừa hồn thành chương trình học vừa hồn thành trách nhiệm người cha gia đình Một lần tơi xin cảm ơn tất TP.Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2004 Vũ Hà Tuấn Anh LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang i TĨM TẮT Bài tốn xếp lịch thi học kỳ toán xếp môn thi trường đại học, cho tránh sinh viên không thi trùng thời gian, môn thi trải cho sinh viên thỏa mãn sức chứa phòng thi Luận văn đề xuất phương pháp lai ghép mới, kết hợp mạnh hai cách tiếp cận lập trình ràng buộc tìm kiếm cục để giải tốn xếp lịch thi ứng dụng xây dựng chương trình xếp lịch thi học kỳ cho trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh Phương pháp gồm hai giai đoạn: giai đoạn dùng giải thuật backtracking có kiểm tra hướng tới để tạo lời giải ban đầu thỏa mãn tất ràng buộc cứng chưa tính đến ràng buộc mềm, giai đoạn hai dùng giải thuật tabu search để cải thiện lời giải khả thi thành lời giải tối ưu thỏa mãn ràng buộc mềm toán Trong trình nghiên cứu, luận văn sử dụng kỹ thuật tăng độ hữu hiệu cho giải thuật backtracking có kiểm tra hướng tới tabu search với mục đích tăng cường khả tìm kiếm lời giải tối ưu tăng tốc độ thực thi Luận văn sử dụng ngôn ngữ C# để xây dựng phần mềm xếp lịch thi học kỳ cho trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, qua thử nghiệm kết toán so sánh với đề tài nghiên cứu trước LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang ii ABSTRACT The problem on semester exam scheduling is the one on arrangement equally all subjects at university for all students without being coincided on time and also satisfactorily on room capacity This thesis proposes a new hybrid method of a constraint programming’s strength and a local research to find the best way applying to semester exam timetabling at HCMC University of Technology It consists of two phases: firstly, the constraint programming phase creates an initial solution that satisfies all hard constraints regardless of the soft ones; secondly, the tabu search one improving the possibility of a solution into an optimization one which can meet all soft constraints’demand of a problem In the process of research, the algorithm of backtracking and tabu search are used with the aim at increasing its efficiency in searching for the optimization and speeding up the application C# language is used in this thesis to establish a software programme on exam scheduling for HCMC University of Technology, test the problems’results and also compares them with the previous ones LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii ABSTRACT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG viii Chương GIỚI THIỆU 1.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.2 Nhiệm vụ luận văn 1.2.1 Mục đích chương trình xếp lịch thi 1.2.2 Các quy tắc học vụ 1.2.3 Các yêu cầu đặt 1.3 Kết luận văn 1.4 Cấu trúc nội dung luận văn Chương CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN 2.1 Phương pháp xây dựng 2.2 Lập trình ràng buộc 2.3 Tìm kiếm cục 2.4 Xu hướng 10 2.5 Các vấn đề cần tập trung nghiên cứu đề tài 11 2.6 Phương hướng giải toán 12 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13 3.1 Lập trình ràng buộc 13 3.1.1 Phân loại toán giải hệ ràng buộc 15 3.1.2 Phân loại ràng buộc 15 3.1.3 Các ứng dụng lập trình ràng buộc 16 3.2 Các giải thuật giải hệ ràng buộc 17 3.2.1 Giải thuật sinh thử 17 3.2.2 Giải thuật backtracking 18 3.2.3 Giải thuật backtracking có kiểm tra hướng tới 19 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang iv 3.2.4 Giải thuật tô màu đồ thị 21 3.3 Tìm kiếm cục 22 3.4 Các giải thuật tìm kiếm cục 23 3.4.1 Giải thuật leo đồi 23 3.4.2 Giải thuật di truyền 24 3.4.3 Giải thuật mô luyện kim 25 3.5 Giải thuật tabu search 27 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 Tổng quan tabu search 27 Giải thuật tabu search 28 Các thành phần tabu search 30 Chiến thuật sử dụng tabu search 33 Giải thuật tabu search với toán xếp lịch thi 35 3.6 Kết luận 37 Chương PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN XẾP LỊCH THI 39 4.1 Phương pháp lai ghép 39 4.1.1 Mơ tả tốn 40 4.1.2 Lời giải toán xếp lịch thi 42 4.2 Giai đoạn 1: TÌM LỜI GIẢI BAN ĐẦU giải thuật backtracking có kiểm tra hướng tới 43 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 Kỹ thuật xác định môn thi đụng độ 45 Kỹ thuật mơ hình hóa miền trị tiết thi 47 Kỹ thuật thứ tự môn thi 49 Kỹ thuật thứ tự tiết thi 49 Kỹ thuật xếp phòng thi 50 4.3 Giai đoạn 2: TỐI ƯU LỜI GIẢI giải thuật tabu search 53 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 Lời giải láng giềng 55 Hàm chi phí cho lời giải 56 Kỹ thuật tính hiệu chi phí 57 Danh sách tabu 58 Điều kiện kỳ vọng 59 Điều kiện dừng 59 4.4 Kết luận 60 Chương HIỆN THỰC BÀI TOÁN VÀ THỬ NGHIỆM .61 5.1 Hiện thực toán xếp lịch thi học kỳ 61 5.1.1 Mơ hình kiến trúc tổng thể 61 5.1.2 Mơ hình kiến trúc 3-lớp 62 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang v 5.1.3 Cấu trúc liệu toán 64 5.2 Kết thử nghiệm 67 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 Thống kê số liệu thử nghiệm chương trình xếp lịch thi học kỳ 67 Thử nghiệm tìm lời giải ban đầu 67 Thử nghiệm tìm lời giải tối ưu 70 So sánh với nghiên cứu trước 73 5.3 Kết luận 75 Chương KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76 6.1 Kết luận 76 6.2 Hướng phát triển 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO .80 Phụ lục A CƠ SỞ DỮ LIỆU THẬT CỦA CHƯƠNG TRÌNH 83 Phụ lục B CÁC GIAO DIỆN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH .86 Phụ lục C THUẬT NGỮ VIỆT ANH ĐỐI CHIẾU 92 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.1: Ví dụ tốn giải hệ ràng buộc 15 Hình 3.2: Giải thuật backtracking 18 Hình 3.3: Giải thuật backtracking có kiểm tra hướng tới 20 Hình 3.4: Ví dụ tốn tơ màu đồ thị .21 Hình 3.5: Giải thuật tơ màu đồ thị 22 Hình 3.6: Giải thuật di truyền 25 Hình 3.7: Giải thuật mô luyện kim 26 Hình 3.8: Giải thuât tabu search 28 Hình 3.9: Lưu đồ giải thuật tabu search 29 Hình 4.1: Mơ hình phương pháp lai ghép 39 Hình 4.2: Hình ảnh ví dụ lời giải toán xếp lịch thi 42 Hình 4.3: Lưu đồ giải thuật backtracking có kiểm tra hướng tới cho tốn xếp lịch thi 44 Hình 4.4: Ma trận đụng độ môn thi 45 Hình 4.5: Cấu trúc liệu cho môn thi đụng độ 46 Hình 4.6: Tổ chức mơn học theo collection bảng băm 47 Hình 4.7: Mơ hình hóa miền trị tiết thi .48 Hình 4.8: Chọn phịng cho nhóm thi 52 Hình 4.9: Giải thuật tabu search cho toán xếp lịch thi 54 Hình 4.10: Các phương pháp thay đổi tiết thi cho môn thi 55 Hình 5.1: Mơ hình kiến trúc tổng thể 61 Hình 5.2: Mơ hình kiến trúc 3-lớp 63 Hình 5.3: Dữ liệu tốn theo mơ hình UML .65 Hình 5.4: Đồ thị biểu diễn trình thực giải thuật tabu search 71 Hình 5.5: Chi tiết bước chuyển tabu search 72 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang vii DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1: Bảng ví dụ lời giải tốn xếp lịch thi 42 Bảng 4.2: Điểm phạt khoảng cách hai môn thi đụng độ 50 Bảng 4.3: Điểm phạt khoảng cách hai môn thi không đụng độ 50 Bảng 4.4: Điểm phạt khoảng cách số buổi thi hai môn thi đụng độ 56 Bảng 4.5: Điểm phạt cho mơn thi có tiết thi 57 Bảng 4.6: Bảng hiệu chi phí delta .58 Bảng 5.1: Bảng thống kê số liệu chương trình xếp lịch thi học kỳ 67 Bảng 5.2: Kết thử nghiệm dùng giải thuật backtracking tìm kiếm lời giải ban đầu 68 Bảng 5.3: Kết thử nghiệm hệ số điểm phạt 69 Bảng 5.4: Kết thử nghiệm khoảng cách tiết phạt 70 Bảng 5.5: Bảng kết thử nghiệm dùng tabu search tìm kiếm lời giải tối ưu .71 Bảng 5.6: Kết thử nghiệm ảnh hưởng lời giải khả thi ban đầu 73 Bảng 5.7: Kết thử nghiệm Bùi Bách Đăng Nguyễn Tín Quang .74 Bảng 5.8: Kết thử nghiệm backtracking Lâm Kim Hòa 74 Bảng 5.9: Kết thử nghiệm giải thuật mô luyện kim Lâm Kim Hòa 75 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang viii Chương GIỚI THIỆU 1.1 Mục tiêu nghiên cứu Mỗi ngày sống có nhiều hoạt động liên quan đến vấn đề xếp hoạt động cho hợp lý theo trình tự thời gian định Ngay từ lúc ngồi ghế nhà trường quen thuộc với thời khóa biểu học tập lịch thi Các phương tiện giao thông công cộng giúp đến trường, hay công tác cần xếp thời gian rõ ràng xe buýt, tàu lửa hay máy bay Tại nơi làm việc, cơng sở cần có định rõ lịch làm việc, lịch họp Tại bệnh viện, y tá cần xếp để trực phục vụ bệnh nhân Và cịn nhiều cơng tác khác thực tế cần thiết phải xếp lịch Nhu cầu xếp lịch học tập lịch thi học kỳ trường Đại Học Bách Khoa TPHCM trường đại học thành phố năm gần cần thiết, số lượng khoa sinh viên ngày tăng lên Do việc nghiên cứu để xếp lịch thi học kỳ trường Đại Học Bách Khoa TPHCM vấn đề cần thực để hỗ trợ cho thầy cô công tác giáo vụ trường Xếp lịch thi học kỳ vốn toán tối ưu tổ hợp (combinatorical optimization) thuộc loại khó Đã tồn nhiều phương pháp khác để giải toán Mỗi phương pháp có ưu khuyết điểm khác Mục đích luận văn nghiên cứu phương pháp xếp lịch thi kết hợp hai cách tiếp cận lớn để giải hệ ràng buộc: lập trình ràng buộc (constraint programming) tìm kiếm cục (local search) Lập trình ràng buộc giúp tạo lời giải ban đầu thỏa mãn tất ràng buộc cứng chưa tính đến ràng buộc mềm, cụ thể sử dụng giải thuật backtracking có kiểm tra hướng tới (backtracking with forward checking) Tìm kiếm cục bộ, mà thông qua kỹ thuật tabu search, cải thiện lời giải khả thi thành lời giải có chất lượng cao, tức lời giải có tính đến ràng buộc mềm Phương pháp có ý sử dụng mạnh hai cách tiếp cận lập trình ràng buộc tìm kiếm cục Đề tài cịn có nhiệm vụ nghiên cứu vận dụng số kỹ thuật tăng độ hữu hiệu LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang Chương 6: KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Mở rộng phương pháp lai ghép để sử dụng nhiều giải thuật khác có tính mở để giải nhiều loại toán khác Thử nghiệm so sánh thêm giải thuật tabu search với loại tốn khác để có đánh giá tốt giải thuật tabu search - Phát triển chương trình với đầy đủ nghiệp vụ việc quản lý học vụ trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, phát triển module xếp lịch thi học kỳ với khả kết nối chung với hệ mềm trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Boizumault, P., Delon, Y and Peridy, L., Constraint Logic Programming for Examination Timetabling, Journal of Logic Programming, 26, 217-233, 1996 [2] Boufflet, J P and Negre, S., Three Methods Used to Solve an Examination Timetabling Problem, In: E Burke & P Ross (Eds.) Practice and Theory of Automated Timetabling, First International Conference (Eds.), Edinburgh, U.K., August/September 1995 Selected Papers Lecture Notes in Computer Science 1153, Springer-Verlag, 327-344, 1996 [3] Brelaz, D., New Methods to Color the Vertices of a Graph, Comm A.C.M., 7, 494-498, 1979 [4] Burke, E., Bykov, Y., Newall, J and Petrovic, S., A Time-Predefined Local Search Approach to Exam Timetabling Problems, Computer Science Technical Report No NOTTCS-TR-2001-6, Univ of Nottingham, 2001 [5] Burke, E., Elliman, D.G., Weare, R., A University Timetabling System based on Graph Colouring and Constraint Manipulation [6] Burke, E., Newall, J.P & Weare, R F A Memetic Algorithm for University Exam Timebling, In: E.Burke & P Ross (Eds.) Practice and Theory of Automated Timetabling, First International Conference, Edinburgh, U.K., August/September 1995 Selected Papers Lecture Notes in Computer Science 1153, Springer-Verlag, 241-250, 1996 [7] Bùi Bách Đăng, Nguyễn Tín Quang, Ứng dụng lý thuyết giải hệ ràng buộc cho toán xếp lịch thi học kỳ, Luận Văn Đại Học, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, 2003 [8] Carter, M W., A Survey of Practical Application of Examination Timetabling Algorithms, Operation Research, 34 (2), 193-202, 1986 [9] Carter, M W and Laporte, G, Recent Development in Practical Examination Timetabling, In: E Bruke & P Ross (Eds.) Practice and Theory of Automated Timetabling, First International Conference, Edinburgh, U.K., August/September 1995 Selected Papers Lecture Notes in Computer Science 1153, Springer-Verlag, 3-21, 1996 [10] David, P., A Constraint-based Approach for Examination Timetabling using Local Repair Techniques, Proc of Practice and Theory of Automated Timetabling, PAPAT’97, Toronto, Canada, August, 132-145, 1997 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [11] Dechter, R., Frost, D., Backjump-based Backtracking for Constraint Satisfaction Problems, Artificial Intelligence, 136, 147-188, 2002 [12] Di Gaspero, L & Schaef, A Tabu Search Techniques for Examination Timetabling, Burke E & Erben W (Eds.) Practice and Theory of Automated Timetabling III Third Int Conference, PATAT 2000, Konstanz, Germany, August 16-18, 2000, Selected Papers, Lectures Notes in Computer Science 2079, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 104-117, 2001 [13] Glover F., Laguna M., Tabu Search, Kluwer Academic Publishers, Boston, July 1997 [14] Hertz A., Taillard E., de Werra D., A Tutorial on Tabu Search Proc of Giornate di Lavoro AIRO’95 (Enterprise Systems: Management of Technological and Organizational Changes), 13-24, 1995 [15] Kumar, V., Algorithms for Constraint Satisfaction Problems: A Survey, AIMagazine, 32-44, 1992 [16] Lâm Kim Hòa, Xếp lịch thi học kỳ cách kết hợp lập trình ràng buộc giải thuật mơ luyện kim, Luận Văn Cao Học, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, 2003 [17] Merlot, L T G., Boland N., Hughes, B D., & Stuckey P.J., A Hybrid Algorithm of the Examination Timetabling Problem, Proc Practice and Theory of Automated Timetabling (PATAT’2002), 2002 [18] Schaerf A., Tabu Search techniques for large high-school timetabling problems, Tech rep CS-R9611, CWI, Amsterdam, NL, 1996 [19] Thompson, J and Downsland, K A., General Cooling Schedules for a Simulated Annealing Based Timetabling System, In: E Burke & P Ross (Eds.), Practice and Theory of Automated Timetabling, First International Conference (Eds.), Edinburgh, U.K., August/September 1995 Selected Papers Lecture Notes in Computer Science 1153, Springer-Verlag, 345-363, 1996 [20] Tuan-Anh Duong, Bài giảng cao học mơn “Lập trình logic lập trình ràng buộc”, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, 2003 [21] Tuan-Anh Duong, Kim-Hoa Lam, Combining Constraint Programming and Simulated Annealing on University Exam Timetabling, Intl Conf RIVF’04 February 2-5, 2004, Hanoi, Vietnam LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [22] White G.M., Zhang J., Generating Complete University Timetables by Combining Tabu Search with Constraint Logic, In: E Burke, M Carter (Eds.): PATAT’97, LNCS 1408, pp 187-198, 1998, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1998 [23] White G.M., Xie S.B., Examination Timetables and Tabu Search with LongerTerm Memory, In: E Burke, M Carter (Eds.): PATAT 2000, LNCS 2079, pp 85-103, 2001, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2001 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 82 Phụ lục A CƠ SỞ DỮ LIỆU THẬT CỦA CHƯƠNG TRÌNH Chương trình thực dựa sở liệu thật trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM năm 1997 Thông tin sở liệu quản lý học vụ Tên bảng Thuộc tính Tổng số mẫu tin DangKy MSSV, Mamonhoc, Nhom, To 64.011 SotaySV Mamonhoc, Dept, Khoahoc, Sotietthi, Sosvdk 324 Daynha Daynha, Sophong, Succhuaday 15 Phonghoc Maphong, Daynha, Succhua 140 Số liệu bảng DangKy DangKy MSSV 29002812 Mamonhoc Nhom 005008 40 To 29007234 29007234 001011 004005 05 07 A 29007234 29007234 29007234 29007234 202069 209018 209028 212014 01 02 04 01 A A B 29007234 212017 01 29007234 212018 01 29007234 212022 01 29007234 29007234 29100032 409020 809015 004005 02 02 01 29100032 007004 DC 29100032 200008 01 29100422 200008 01 29100422 29100944 809015 200008 01 01 29100944 202038 03 29100944 209020 01 A B D LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 83 Phụ lục A: CƠ SỞ DỮ LIỆU THẬT CỦA CHƯƠNG TRÌNH Số liệu bảng SotaySV SotaySV Mamonhoc 005006 005008 006013 006014 006015 006016 006018 006020 006023 007004 007005 007006 200008 201010 201011 202036 202038 202042 202044 202045 Dept 4 8 8 8 4 2 2 2 Khoahoc 94 95 94 94 94 94 94 96 96 94 94 93 93 96 96 94 94 94 94 94 Sotietthi 3 1 3 1 2 3 Sosvdk 23 2436 15 28 47 548 1494 18 23 43 45 1097 283 153 184 37 22 32 Số liệu bảng Daynha Daynha Daynha A4 A5 B1 B10 B11 B14 B2 B3 B4 B6 B7 B8 B9 C2 C5 Sophong Succhuaday 421 328 32 3721 13 1143 194 180 15 1482 11 966 10 359 16 720 600 11 1031 13 1159 50 150 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 84 Phụ lục A: CƠ SỞ DỮ LIỆU THẬT CỦA CHƯƠNG TRÌNH Số liệu bảng Phonghoc Phonghoc Maphong 203A4 407A4 406A4 202A4 GDA5 313B1 304B1 305B1 306B1 308B1 309B1 PCD_KD 311B1 114B1 314B1 315B1 310B1 211B1 202B1 203B1 Daynha A4 A4 A4 A4 A5 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 Succhua 66 105 144 106 328 120 30 183 177 138 120 20 162 130 117 120 72 66 120 135 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 85 Phụ lục B CÁC GIAO DIỆN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN CHÍNH Giao diện bao gồm thực đơn, cơng cụ để thực tất chức chương trình Giao diện trình bày trực quan dễ thao tác với danh sách lịch thi bên trái, danh sách khoa / khóa danh sách sinh viên, cịn lại bên phải dành không gian lớn để hiển thị lịch thi Thực đơn cơng cụ chương trình LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 86 Phụ lục B: CÁC GIAO DIỆN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH Danh sách lịch thi, danh sách khoa / khóa, danh sách sinh viên Người sử dụng chọn lựa lịch thi xếp từ danh sách lịch thi để xem, sau chọn hiển thị lịch thi theo khoa / khóa theo sinh viên Danh sách khoa / khóa tổ chức phân cấp, từ cấp tồn trường đến cấp khoa cấp khóa Tùy thuộc vào việc người sử dụng chọn cấp tất mơn thi hiển thị tương ứng bảng lịch thi Danh sách sinh viên liệt kê toàn sinh viên trường Để hiển thị lịch thi sinh viên cần chọn vào danh sách này, lịch thi cụ thể sinh viên hiển thị bảng lịch thi Bảng lịch thi tự động thêm thể tuần phía để phù hợp với lịch thi có nhiều tuần thi Bảng lịch thi tự động điều chỉnh kích thước để giúp cho người xếp lịch thi dễ dàng quan sát toàn lịch thi tuần LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 87 Phụ lục B: CÁC GIAO DIỆN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH Bảng lịch thi GIAO DIỆN NHẬP LIỆU Dưới vài giao diện nhập liệu cho chương trình cách sử dụng lưới LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 88 Phụ lục B: CÁC GIAO DIỆN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 89 Phụ lục B: CÁC GIAO DIỆN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN THỰC HIỆN GIẢI THUẬT BACKTRACKING Hãy chọn chức xếp lịch thi giải thuật backtracking công cụ thực đơn chương trình Giao diện thực giải thuật bactracking để tìm lời giải khả thi ban đầu sau: Người sử dụng điều chỉnh thơng số lịch thi mà muốn xếp tên lịch thi, thời gian xếp lịch thi Ngoài người xếp lịch điều chỉnh thơng số giải thuật backtracking kết xếp theo ý muốn Chọn nút bắt đầu để giải thuật thực hiện, không muốn thực nút dừng lại Sau kết thực hiện, muốn lưu lại kết chọn nút lưu kết quả, lịch thi lưu lại Và cuối nút để đóng giao diện giải thuật backtracking GIAO DIỆN THỰC HIỆN GIẢI THUẬT TABU SEARCH Giải thuật tabu search thiết kế để tối ưu lời giải khả thi ban đầu, nên trước chạy giải thuật tabu search cần thiết phải chọn lịch thi xếp trước LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 90 Phụ lục B: CÁC GIAO DIỆN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH Người sử dụng thay đổi tham số giải thuật tabu search để tối ưu lịch thi theo ý muốn chiều dài danh sách tabu, tiêu chuẩn kỳ vọng, số bước chuyển tối đa, thời gian thực tối đa Để bắt đầu thực giải thuật tabu search, chọn nút bắt đầu Nếu muốn dừng giải thuật chọn nút dừng lại, sau chọn nút tiếp tục Và để lưu kết cuối giải thuật chọn nút lưu kết Cuối chọn nút để đóng giao diện thực giải thuât tabu search Trong trình thực giải thuật tabu search, giao diện tabu search hiển thị chi tiết bước chuyển tabu, thời gian thực biểu đồ hiển thị trình tối ưu hóa giải thuật Trong danh sách thơng tin bước chuyển, số số bước, số mã số mơn thi di chuyển, sau số tiết thi mà môn thi di chuyển đến, cuối giá trị chi phí lời giải sau di chuyển LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 91 Phụ lục C THUẬT NGỮ VIỆT ANH ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ TIẾNG VIỆT THUẬT NGỮ TIẾNG ANH Bài toán thỏa mãn ràng buộc Constraint satisfaction problem Bài tốn tối ưu hóa Optimization problem Bài tốn xếp lịch Scheduling problem Bài toán xếp lịch thi Examination timetabling problem Bộ nhớ dài hạn Long-term memory Bộ nhớ ngắn hạn Short-term memory Danh sách tabu Tabu list Độ phức tạp Complexity Giải thuật di truyền Genetic algorithm Giải thuật hồi quy Bactracking algorithm Giải thuật hồi quy có kiểm tra hướng tới Backtracking algorithm with look ahead Giải thuật leo đồi Hill climbing algorithm Giải thuật mô luyện kim Simulated annealing algorithm Giải thuật sinh thử Generate and test algorithm Giải thuật tô màu đồ thị Graphic coloring algorithm Hàm chi phí Cost function Hàm kỳ vọng Aspiration function Hàng đợi Queue Không gian lời giải Solution space LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 92 Phụ lục C: THUẬT NGỮ VIỆT ANH ĐỐI CHIẾU Khơng gian tìm kiếm Search space Kỹ thuật tương thích Consistency technique Lập trình logic có ràng buộc Constraint logic programming Lập trình ràng buộc Constraint programming Nhiệm kỳ tabu Tabu tenure Nhìn lui Look back Nhìn tới Look ahead Phương pháp luân phiên Tandem method Ràng buộc cứng Hard constraint Ràng buộc mềm Soft constraint Ràng buộc song biến Binary constraint Sắp thứ tự biến Variable ordering Sắp thứ tự trị Value ordering Tìm kiếm cục Local search Tìm kiếm hệ thống Systematic search Tình bế tắc Dead-end Tối ưu cục Local optimum LUẬN VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 93 ... VĂN THẠC SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 38 Chương PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN XẾP LỊCH THI 4.1 Phương pháp lai ghép Bài toán xếp lịch thi học kỳ giải nhiều... dụng để giải toán xếp lịch thi bao gồm lý thuyết lập trình ràng buộc tìm kiếm cục ƒ Đề xuất giải pháp kết hợp lập trình ràng buộc tìm kiếm cục để giải tốn xếp lịch thi học kỳ Trong đó, đề tài... SĨ: Xếp Lịch Thi Học Kỳ kết hợp Lập Trình Ràng Buộc Tabu Search Trang 39 Chương 4: PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN XẾP LỊCH THI chúng tỏ hữu hiệu sử dụng để tìm lời giải ban đầu cho tốn xếp lịch thi