Xây dựng công cụ hỗ trợ tự động hoá lập lịch thi tại trường đại học luận văn thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG NGUYỄN PHƯƠNG HỒNG XÂY DỰNG CƠNG CỤ HỖ TRỢ TỰ ĐỘNG HOÁ LẬP LỊCH THI TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒNG NAI, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG ≈≈≈≈≈≈≈ NGUYỄN PHƯƠNG HỒNG XÂY DỰNG CƠNG CỤ HỖ TRỢ TỰ ĐỘNG HOÁ LẬP LỊCH THI TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ NGÀNH : 60 48 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ĐỨC THÁI ĐỒNG NAI, 2011 -i- Lời cam đoan Tơi tên: Nguyễn Phư ơng Hồng; Là học viên cao học ngành Cơng nghệ thơng tin Khóa I Trường Đại học Lạc Hồng; Thực đề tài luận văn: “Xây dự ng cơng cụ hỗ trợ tự động hóa lập lịch thi trư ờng đại học”; Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đứ c Thái Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hình thành phát triển từ quan điểm cá nhân tơi, người hướng dẫn khoa học thông qua nội dung đồng ý cho nộp tồn văn cho phép tơi bảo vệ trước hội đồng khoa học đợt 6/11/2011 Trường Đại học Lạc Hồng Đồng Nai, ngày 20 tháng 11 năm 2011 Học viên Nguyễn Phư ơng Hoàng Xác nhận người hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Đứ c Thái - ii - Đ Lời cảm ơn ầu tiên, tơi xin cảm ơn TS Nguyễn Đức Thái người hướng dẫn khoa học giúp tơi định hướng hết lịng hỗ trợ tơi mặt thời gian thực luận văn thạc sĩ Được làm việc học tập bên cạnh Thầy suốt trình làm luận văn niềm vinh dự may mắn cho trình sống, học tập làm việc đến sau Đồng thời, xin cảm ơn tập thể Q thầy Trường Đại học Lạc Hồng nói chung, Khoa Cơng nghệ thơng tin nói riêng cho tơi hội học tập mái trường Đặc biệt, xin cảm ơn Thầy Hiệu trưởng TS Trần Hành, Thầy Trưởng Khoa PGS.TS Trần Văn Lăng Thầy Trưởng phòng Đào tạo ThS Lâm Thành Hiển đồng thuộc Trường Đại học Lạc Hồng ln hỗ trợ tơi hết lịng việc thu thập liệu, sẵn sàng góp ý giúp tơi nhanh chóng nhận biết phải hoàn thiện sản phẩm Q trình học tập đây, tơi vừa nhận kiến thức quý giá từ Quý thầy cô, vừa tận mắt chứng kiến Quý thầy cô – TS Trần Hành – nỗ lực để xây dựng khai sinh trường Là học viên trường, dù chưa đủ khả để tham gia việc xây dựng trường, song, nguyện học tập nghiêm túc để làm gương cho khóa học sau K ế đến, mang ơn hai người mẹ tất thành viên gia đình tơi – người thương u, chăm sóc, khuyến khích, động viên cho sức khỏe môi trường học tập nghiên cứu V cuối cùng, quên ơn ThS Phan Mạnh Thường ThS Lâm Bình – thạc sĩ trước cho tơi kinh nghiệm quý báu hỗ trợ mặt thực luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Đồng Nai, ngày 20 tháng 11 năm 2011 Học viên Nguyễn P hương Hoàng - iii - Tóm tắt Nội dung luận văn đề xuất giải pháp kết hợp logic mờ giải thuật di truyền để giải toán lập lịch thi cho trường đại học Ứng dụng sản phẩm nghiên cứu phần mềm demo LLThd có chức tự động lập lịch thi cho trường đại học, đó, lịch thi thỏa tối ưu sở vật chất, tối ưu sức lực tối ưu thời gian kì thi với liệu kiểm thử Trường Đại học Lạc Hồng cung cấp - iv - Muïc luïc Đề mục U Trang U U LỜI CAM ĐOAN i B LỜI CẢM ƠN .ii B TÓM TẮT iii B MỤC LỤC iv B DANH MỤC HÌNH vii B DANH MỤC BẢNG x B Chương GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Dẫn nhập B 1.2 Bài toán lập lịch thi Trường Đại học Lạc Hồng (LHU) B 1.2.1 Thực trạng 1.2.2 Nhu cầu 1.3 Khảo sát cơng trình liên quan đến lập lịch thi B 1.4 Mục tiêu thực đề tài – Đề xuất giải pháp cho toán lập lịch B thi trường đại học 1.5 Tóm tắt nội dung nghiên cứu B 1.5.1 Ý tưởng thực 1.5.2 Xác định kỹ thuật sử dụng 1.6 Qui trình phương pháp thực 11 B 1.7 Phạm vị thực đề tài 11 B 1.8 Hướng phát triển 14 B 1.9 Sơ lược cấu trúc luận văn 15 B Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Thuật giải di truyền hướng đến tối ưu lịch thi 16 2.1.1 Một thuật giải di truyền đơn giản 17 2.1.2 Các toán tử thuật giải di truyền 20 -v- 2.1.3 Lưu đồ xử lý giải thuật 28 2.2 Tính tốn mờ việc hình thành lịch thi hỗ trợ giải thuật di truyền tối ưu lịch thi 29 2.2.1 Khái niệm tập mờ 30 2.2.2 Các phép toán tập mờ 32 2.2.3 Suy diễn mờ 34 Chương XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 3.1 Phân tích thiết kế sở liệu 37 3.1.1 Xác định thực thể .37 3.1.2 Mơ hình thực thể kết hợp 37 3.1.3 Mơ hình quan hệ 37 3.1.4 Mơ hình liệu 39 3.1.5 Ý nghĩa 41 3.2 Các bước xử lý 45 3.3 Xây dựng quần thể 47 3.3.1 Xây dựng vế trái 47 3.3.2 Xây dựng vế phải .47 3.3.3 Ráp vế phải vào vế trái 48 3.3.4 Tính tốn mờ số thí sinh sức chứa 52 3.4 Lượng giá quần thể 57 3.4.1 Xây dựng chuẩn đánh giá quần thể 57 3.4.2 Kết đánh giá cá thể quần thể 60 3.5 Chọn cá thể tốt 61 3.6 Thực lai 62 3.7 Thực đột biến 63 3.8 Tinh chỉnh lịch thi 64 3.9 Tìm kiếm điều động CBCT 64 Chương KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1 Xây dựng phiên đầu phần mềm demo LLTdh 65 - vi - 4.2 Thực ví dụ lập lịch thi chương trình demo 71 4.3 Tinh chỉnh bổ sung chương trình sau thời gian chạy thử nghiệm phòng Đào tạo LHU 76 Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 5.1 Đánh giá 77 5.2 Kết luận .78 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 65 - Chương KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1 Xây dựng phiên đầu phần mềm demo LLTdh Để minh hoạ cho giải pháp đề xuất luận văn, xây dựng phiên đầu phần mềm demo tên LLTdh có chức công cụ hỗ trợ tự động lập lịch thi Giao diện chương trình LLTdh thiết kế đơn giản để người khơng chun tin sử dụng dễ dàng LLThd có trang chính, trang phụ số trang trang Các trang Trang XEM LỊCH: dùng để xem lịch thi chấp nhận có lưu liệu Xem hình 4.1 Hình 4.1: Trang Xem lịch - Chọn tên lịch thi khung Danh sách lịch thi có, xem nội dung chi tiết lịch thi khung lưới bên Người dùng xếp trích lọc thơng tin lịch thi tương tự dùng MS.Excel - Có thể dịch lịch thi sang dạng file Excel trước chuyển file lịch thi cho Khoa - 66 - - Có thể xóa lịch thi khơng cịn cần dùng Trang LẬP LỊCH: thiết lập thông số để tiến hành lập lịch thi dựa liệu có Xem hình 4.2 Hình 4.2: Trang Lập lịch - Chọn tên năm học, tên kì thi, tên học kì, cách chia nhóm, ngày bắt đầu kết thúc kì thi - Có thể cho / không cho xếp lịch thi vào ngày Chủ nhật - Có thể cho / khơng cho định địa điểm thi (chọn sở thi) - Có thể định lớp thi mơn phịng cho số trường hợp đặc biệt Trang QUẢN LÝ: Xem hình 4.3 - Nhóm Tài ngun: tìm kiếm/thêm (cho phép nhập trực tiếp nhập từ file liệu khác dạng Excel)/xố/sửa liệu - Nhóm Cấu hình: Cho phép thiết đặt lại thông số đầu vào cho thuật giải di truyền tính tốn mờ Mặc định, số cá thể ban đầu: 50; thang điểm lượng trình bày chương 3, mục 3.4; số hệ lai: 100 - 67 - Hình 4.3: Trang Quản lý Các trang phụ Trang Tác giả : mang thơng tin người thực đề tài Xem hình 4.4 Hình 4.4: Trang Tác giả Trang Version : mang thơng tin phiên chương trình Xem hình 4.5 Hình 4.5: Trang Version Trang Hướng dẫn : văn hướng dẫn sử dụng chương trình Xem hình 4.6 - 68 - Hình 4.6: Trang Hướng dẫn sử dụng Các trang Hình 4.7: Trang xuất lịch thi file XLS (trang trang Xem lịch) - 69 - Hình 4.8a: Trang định ngày, phịng thi cho số trường hợp đặc biệt (trang trang Lập lịch) Hình 4.8b: Trang định ngày, phòng thi cho số trường hợp đặc biệt (trang trang Lập lịch) - 70 - Hình 4.9: Trang nhập liệu import file (trang trang Quản lý) Ngồi ra, q trình thực chạy thử, chúng tơi cịn xây dựng số giao diện hỗ trợ để diễn tả kết bước thực hiện, qua đó, chúng tơi rà sốt lỗi mắc phải Những giao diện hỗ trợ hiển thị kết bước hiển thị chọn mục "Ra kết bước" trang Lập lịch Mục khơng có giao diện dành cho người dùng bình thường Giao diện cho thấy bước thực lập lịch thi, chọn thực bước kết chúng hiển thị trang bên cạnh Xem hình 4.10 Hình 4.10: Nơi hiển thị vế trái, vế phải làm nguồn tạo quần thể - 71 - - Ngồi trang Vế trái-Vế phải hình 4.10 cịn có trang Cá thểQuần thể hiển thị danh sách 50 cá thể chọn để tham gia hệ Xem hình 4.11 Hình 4.11: Nơi hiển thị quần thể - Trang Độ thích nghi hiển thị chuẩn điểm đánh giá độ tối ưu quần thể hệ nhất, hiển thị độ thích nghi cá thể quần thể hệ hiển thị danh sách tổng độ thích nghi quần thể qua hệ Hình 4.12: Nơi hiển thị kết lượng giá quần thể - Kết cuối lập lịch thi bước xuất trang Xem lịch 4.2 Thực ví dụ lập lịch thi chương trình demo Thực lập lịch thi cho kì thi lần 1, học kì 2, năm học 2010-2011 - 72 - Chạy chương trình LLTdh, xuất giao diện chính, chọn trang Lập lịch Sau chọn thơng số tương ứng với thơng tin kì thi, chọn cách lập lịch : “ Ra kết bước ” Kích nút Thực Xuất giao diện lập lịch thi bước - Chọn bước Xây dựng vế trái-vế phải, kết hiển thị hình 4.13 Hình 4.9: Thiết lập thơng tin cho lịch thi Hình 4.13: Vế trái, vế phải - Chọn bước Hình thành cá thể-quần thể, xuất hộp thoại hình 4.14 Nhập vào khung số 50 để tạo 50 cá thể cho quần thể ban đầu Kích nút Tạo quần thể, xuất kết trang Cá thể-Quần thể hình 4.15 Hình 4.14: Điền số cá thể cần tạo - 73 - Hình 4.15: 50 cá thể tạo - Chọn bước Lượng giá quần thể, xuất hộp thoại hình 4.16 yêu cầu nhập số cá thể cần chọn để tham gia hệ Hình 4.16: Điền số cá thể chọn - Kích nút Chọn, kết lượng giá quần thể hiển thị trang Độ thích nghi hình 4.17 Hình 4.17: Lượng giá quần thể hệ ban đầu - Chọn bước Lai ghép/đột biến, xuất hộp thoại hình 4.18 yêu cầu nhập số hệ muốn lai ghép - 74 - Hình 4.18: Nhập số hệ muốn lai - Nhập 100 để tiến hành lai ghép 100 hệ Kích nút Lai Tiến trình lai bắt đầu Cứ hệ lai sinh sản thêm 50 cá thể Thực lượng giá 100 cá thể quần thể chọn 50 cá thể có độ thích nghi cao để hiển thị trang Độ thích nghi Đồng thời, ghi lại tổng độ thích nghi quẩn thể qua hệ hình 4.19 Hình 4.19: Độ thích nghi hệ thứ 81 - Khi đến hệ thứ 81, tổng độ thích nghi quần thể phát thấy khơng tốt so với độ thích nghi quần thể hệ trước Chương trình xuất hộp thoại hình 4.20 - 75 - Hình 4.20: Tiến trình lai ghép gặp điều kiện dừng - Chọn Dừng để dừng lai, xuất hộp thoại hình 4.21 Hình 4.21: Điều kiện thực đột biến - Chọn Khơng, xuất hộp thoại hình 4.22 Hình 4.22: Kết thúc tiến trình lập lịch - Kích nút OK để thoát giao diện lập lịch thi bước, trở trang Xem lịch Hình 4.23 hiển thị lịch thi tốt chọn làm lịch thi cuối - 76 - Hình 4.23: Lịch thi tốt chọn làm lịch thi cuối 4.3 Tinh chỉnh bổ sung chương trình sau thời gian chạy thử nghiệm phòng Đào tạo LHU - Bổ sung thêm liệu cho kì thi lần sớm - Thay đổi số xử lý địa điểm thời gian thi cho lịch thi Hủy bỏ chức Ra kết bước - Thực lập lịch thi cho kì thi Lần sớm học kì năm học 2011-2012 Kết hiển thị hình 4.24 Hình 4.24: Kết lập lịch thi cho kì thi lần sớm - 77 - Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 5.1 Đánh giá - Chi phí thời gian lần quét liệu để ráp vế trái vế phải sinh quần thể ban đầu giảm thiểu 1/80 so với thời gian để quét tổng số dòng liệu nhờ việc gom nhóm liệu từ bước đầu thuật tốn trình bày phần 3.3.3 trang 48 luận văn - Việc sử dụng tính tốn mờ không thấy thể nhiều luận văn, nhưng, kết mà tính tốn mờ mang lại thật hữu ích cho việc chèn số thí sinh vào phịng cụ thể cho hợp lý mà tính tốn rõ khơng làm - Chi phí nhớ cho việc sinh quần thể vấn đề đáng quan tâm, luận văn lưu trữ quần thể trình phát sinh xử lý theo hướng lưu vật lý đĩa cứng nên không chiếm nhiều không gian RAM - Ước lượng tổng thời gian chạy chương trình để kết cuối khoảng phút máy tính có cấu hình phổ biến Core i5, 4GB RAM, HDD 320GB hệ điều hành Windows XP Cộng thêm khoảng thời gian để thu thập liệu đầu vào cách imports từ file xls mà khoa cung cấp vào đầu kì thi lên đến 35 phút để có lịch thi Đây khoảng thời gian hồn tồn chấp nhận - Sản phẩm demo hỗ trợ tốt cho người lập lịch công việc sau:  Cho phép thực lập lịch thi lần 1, lần sớm, kì  Mơn học lý thuyết xếp thi phịng lý thuyết, mơn thực hành xếp thi phịng thực hành Mơn thi đặc thù xếp vào phịng đặc thù  Lớp học ngày xếp lịch thi vào ban ngày (sáng chiều), lớp học đêm xếp lịch thi vào ban đêm (tối sáng, chiều Chủ nhật)  Trích lọc phòng trống để xếp lịch thi - 78 -  Số thí sinh sức chứa thí sinh phịng thi ln phù hợp  Kiểm sốt thời lượng ca thi phân bổ nhiều ca thi buổi  Chỉ xếp lịch thi theo niên chế, bẫy số trường hợp sinh viên học lại có hai mơn thi khơng trùng chưa bẫy việc thí sinh học lại có hai mơn trùng ca thi số lượng thí sinh học lại đủ đông xem lớp độc lập Tóm lại, luận văn hồn thành mục tiêu đề ban đầu 5.2 Kết luận Trong tất thao tác chuẩn bị kì thi cho tồn trường khâu lập lịch thi xếp CBCT quan trọng nặng nề mang yếu tố quản lý người Từ việc phải thời gian hàng tháng, hàng tuần liền để thực chúng khoảng Đây đóng góp lớn mà luận văn mang lại Việc mạnh dạng sử dụng kết hợp thuật giải di truyền tính tốn mờ đề tài mang lại tính linh hoạt cho phần mềm sản phẩm mà có cơng trình sử dụng Đồng thời, cơng trình có chưa đáp ứng cho nhu cầu sử dụng LHU LLTdh đáp ứng Đây tính đề tài Cuối cùng, dù thực cố gắng chắn luận văn cịn nhiều thiếu sót Chúng tơi mong nhận góp ý từ Q thầy cơ, từ người sử dụng để sản phẩm nghiên cứu chúng tơi ngày hồn thiện hữu dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Dương Tuấn Anh, Nguyễn Hữu Hải, Nguyễn Lưu Đăng Khoa (2003), Ứng dụng giải thuật Tơ màu đồ thị vào tốn xếp lịch thi, đề tài nghiên cứu khoa học, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh [2] Trần Quốc Chiến, Phan Thị Ngà (2009), “Bài tốn Tơ màu đồ thị ứng dụng xây dựng phần mềm xếp lịch thi cho học chế tín chỉ”, Tạp chí khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, 35, tr 85-90 [3] Nguyễn Đình Thúc (2002), Trí tuệ nhân tạo Lập trình tiến hóa, NXB Giáo Dục TIẾNG NƯỚC NGỒI [4] Goldberg, D.E (1989), Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning, Addison-Wesley Press [5] Duong Tuan Anh, Lam Kim Hoa (2004), “Combining Constraint Programming and Simulated Annealing on University Exam Timetabling”, Proceedings of 2nd Int Conf RIVF’04 Research Informatics Vietnam-Francophony, Feb 2-5, Hanoi, pp 205-210 [6] Syswerda G (1989), “Uniform crossover in genetic algorithms”, Proceedings of the Third International Conference on Genetic Algorithms, pp 2-9 [7] John H Holland (1992), Adaptation In Natural And Artificial Systems, The MIT Press [8] Dave Kordalewski, Caigu Liu, Kevin Salvesen (2009), Solving an Exam Scheduling Problem Using a Genetic Algorithm, University of Toronto [9] Mohammad Malkawi, Mohammad Al-Haj Hassan, Osama Al-Haj Hassan (2008), “A New Exam Scheduling Algorithm Using Graph Coloring”, The International Arab Journal of Information Technology, Vol.5, No.1, pp 80-87 [10] Nashat Mansour, Mazen Timany (2007), “Stochastic Search Algorithms for Exam Scheduling”, International Journal of Computational Intelligence Research, Vol.3, No.4, pp 353–361 [11] Zbigniew Michalewicz (1999), Genetic Algorithms + Data Structures = Evolution Program, Springer Press ... TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG ≈≈≈≈≈≈≈ NGUYỄN PHƯƠNG HỒNG XÂY DỰNG CƠNG CỤ HỖ TRỢ TỰ ĐỘNG HOÁ LẬP LỊCH THI TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ NGÀNH : 60 48 05 LUẬN VĂN THẠC... toán lập lịch B thi trường đại học Xây dựng công cụ hỗ trợ tự động hóa lập lịch thi cho trường đại học, sử dụng liệu thử nghiệm LHU Sản phẩm chương trình chạy máy tính có tính thơng minh tự động. .. thuật hỗ trợ việc lập lịch biểu máy tính trở nên dễ dàng Thông thường, trường đại học, nhu cầu có cơng cụ hỗ trợ tự động lập lịch biểu cần thi? ??t cho hai việc cụ thể: lập lịch giảng dạy (hay lịch công