技术标签: 算法 java 模拟退火算法 贪心算法 课程设计
业务上需要做一个排课系统,先调研了业内友商的排课系统,同时做了算法的对比和可行性分析。
排课任务:设置任务名称、学期、排课年级集合;
节次设置:设置每周上课天数,以及每天上课节次数(上午节次数、下午节次数、晚上节次数);
课程设置:设置排课科目集合,以及各个科目的总课时、连堂课时;
教师设置:设置排课老师集合,以及各个老师所带科目、所带班级;
排课规则设置:
排课算法选择:
贪心算法是一种简单而直观的算法,但它也有一些明显的局限性:
总体而言,贪心算法是一种简单而快速的近似算法,但在解决一些复杂问题时可能表现不佳。在设计算法时,需要仔细考虑问题的特性,选择合适的算法以获得更好的解决方案。
模拟退火算法(Simulated Annealing)是一种基于统计力学中的退火过程的全局优化算法。它被广泛应用于解决组合优化问题,包括排课、旅行商问题等。
基本思想:
主要步骤:
重复迭代: 重复“降温-等温”操作; 温度越高,接受非最优解的概率越大;
关键参数:
优点:
缺点:
遗传算法(Genetic Algorithm)是一种模拟自然进化过程的优化算法,用于解决搜索和优化问题。它受到了达尔文的进化理论的启发,通过模拟基因的遗传、交叉和变异等操作,逐步演化出更好的解。
基本思想:
主要步骤:
关键概念:
优点:
缺点:
采用遗传算法。
总体而言,选择使用遗传算法还是模拟退火算法取决于具体问题的特性和需求。在排课问题中,如果问题具有较多的约束条件、复杂的优化目标、大规模的搜索空间等特点,遗传算法可能更具优势。
优化目标涉及多个约束条件:遗传算法适用于涉及多个约束条件的问题,而排课通常需要考虑教室容量、教师时间表、学生选课等多个约束条件。遗传算法的灵活性可以更好地处理这些复杂的约束。
搜索空间巨大:排课问题的搜索空间可能非常庞大,尤其是在大型学校或机构中。遗传算法能够更有效地搜索大规模的解空间,有助于找到更优的排课方案。
并行处理:遗传算法天生适合并行处理,可以同时处理多个个体,加速搜索过程。这在大规模排课问题中,特别是在考虑多个学院或校区时,可能会提高算法的效率。
组合优化问题:排课通常可以看作是一个组合优化问题,其中需要找到一组教室、时间和教师的组合,以最大程度满足多个约束条件。遗传算法在处理组合优化问题时表现较好。
不确定性和动态性: 排课问题可能面临一些不确定性和动态性,例如学生选课变化、临时调课等。遗传算法具有一定的鲁棒性,能够应对一些变化。
自然选择和适应度评估: 遗传算法的自然选择机制和适应度评估可以更好地模拟进化的过程,有助于找到更合适的排课方案。
交叉和变异操作的灵活性:遗传算法提供了交叉和变异操作,这些操作能够在基因组中引入新的组合,有助于探索更多的解空间。在排课问题中,这种灵活性可能更有利于生成更合理的排课方案。
基因-节次槽
染色体-课表
算法
课程
规则校验
适应度(适应度函数:影响搜索方向)
遗传算法部分代码实现,实现细节因为某些原因未放出;
算法其实不复杂,复杂的是业务部分:构建课表,建立符合业务的适应度函数,各种规则的应用,以及种群演变过程中生产有效个体的逻辑;
@Slf4j
@Data
public abstract class GeneticAlgorithm<T extends Chromosome, C extends AlgorithmContext> {
/**
* 交叉概率
*/
protected float crossoverProbability = 0.8f;
/**
* 变异概率
*/
protected float mutationProbability = 0.05f;
/**
* 变异基因占比
*/
protected float mutationRatio = 0.05f;
/**
* 种群大小
*/
protected int populationSize = 50;
/**
* 迭代次数
*/
protected int iterations = 1000;
/**
* 迭代计数
*/
protected int iterationCount = 0;
/**
* 预期适应度
*/
protected double expectedFitness = 10000d;
/**
* 种群
*/
protected List<T> populations;
/**
* 上下文
*/
protected C context;
/**
* 最佳染色体
*/
protected T bestChromosome;
protected SecureRandom random = new SecureRandom();
public GeneticAlgorithm(C context) {
this.context = context;
}
/**
* 执行算法
*/
public void run() {
// 初始化种群
this.initPopulation();
while (iterationCount < iterations) {
Optional<T> bestChromosomeOptional = this.getBestChromosomeFromPopulation();
if (!bestChromosomeOptional.isPresent()) {
log.info("can't get best chromosome!");
return;
}
bestChromosome = bestChromosomeOptional.get();
log.info("iteration: {}, best fitness: {}", iterationCount, bestChromosome.getFitnessValue());
this.beforeEvolve();
if (isSatisfied()) {
return;
}
// 种群演变
this.evolvePopulation();
iterationCount++;
}
}
/**
* 是否满足
*
* @return
*/
protected boolean isSatisfied() {
if (Objects.nonNull(bestChromosome)
&& bestChromosome.getFitnessValue() >= expectedFitness) {
return true;
}
return false;
}
/**
* 种群演变前操作
* 预留,子类覆盖
*/
protected void beforeEvolve() {
}
/**
* 处理初始化失败
*
* @param invalidChromosome
*/
protected void handleInitFailure(T invalidChromosome) {
// 由具体业务实现
}
/**
* 初始化种群
*/
public void initPopulation() {
populations = new ArrayList<>(populationSize);
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
log.info("init population {}", i);
T chromosome = newChromosome();
// 如果达到临界值,还没初始化成功
if (i > populationSize * 5
&& populations.size() == 0) {
handleInitFailure(chromosome);
return;
}
if (!chromosome.isValid()) {
log.info("init population {}, invalid!", i);
continue;
}
populations.add(chromosome);
if (populations.size() == populationSize) {
return;
}
}
}
/**
* 获取种群中适应度最高的染色体
*
* @return
*/
public Optional<T> getBestChromosomeFromPopulation() {
if (CollectionUtils.isEmpty(populations)) {
return Optional.empty();
}
return populations.stream()
.filter(Objects::nonNull)
.reduce((c, c2) -> {
return c.getFitness().compareTo(c2.getFitness()) < 0 ? c2 : c;
});
}
/**
* 种群演变
*/
public void evolvePopulation() {
// 选择种群
// 生成子代
// 产生新种群,并替换
...
}
/**
* 种群选择
* 使用算法:轮盘赌选择
* 适应度较高的个体大概率保留,适应度较低的个体可能淘汰
*
* @return
*/
public List<T> selectPopulation() {
...
}
/**
* 选择交叉的父亲
*
* @return 返回两个染色体
*/
public ChromosomePair<T> selectCrossoverParent() {
...
}
/**
* 是否交叉
*
* @return
*/
public boolean isCrossover() {
float probability = random.nextFloat();
return probability < crossoverProbability;
}
/**
* 是否变异
*
* @return
*/
public boolean isMutation() {
float probability = random.nextFloat();
return probability < mutationProbability;
}
/**
* 创建新的染色体
*
* @return
*/
abstract T newChromosome();
/**
* 交叉
*
* @param t1
* @param t2
* @return
*/
abstract ChromosomePair<T> crossover(T t1, T t2);
/**
* 突变
*
* @param t
* @return
*/
abstract T mutation(T t);
}
文章浏览阅读451次。dev/mem: 物理内存的全镜像。可以用来访问物理内存。/dev/kmem: kernel看到的虚拟内存的全镜像。可以用来访问kernel的内容。调试嵌入式Linux内核时,可能需要查看某个内核变量的值。/dev/kmem正好提供了访问内核虚拟内存的途径。现在的内核大都默认禁用了/dev/kmem,打开的方法是在 make menuconfig中选中 device drivers --> ..._dev/mem 源码实现
文章浏览阅读7.1k次,点赞2次,收藏19次。vxe-table,一个小众但功能齐全并支持excel操作的vue表格组件_vxe-table
文章浏览阅读62次。参考:http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/01/babel.htmlBabelBabel是一个广泛使用的转码器,可以将ES6代码转为ES5代码,从而在现有环境执行// 转码前input.map(item => item + 1);// 转码后input.map(function (item) { return item..._让开发环境支持bable
文章浏览阅读2.8k次,点赞6次,收藏29次。摘要:FPGA视频处理FIFO的典型应用,视频输入FIFO的作用,视频输出FIFO的作用,视频数据跨时钟域FIFO,视频缩放FIFO的作用_fpga 频分复用 视频
文章浏览阅读575次。【代码】R语言:设置工作路径为当前文件存储路径。_r语言设置工作目录到目标文件夹
文章浏览阅读452次。格式:background: linear-gradient(direction, color-stop1, color-stop2, ...);<linear-gradient> = linear-gradient([ [ <angle> | to <side-or-corner>] ,]? &l..._background线性渐变
文章浏览阅读1k次,点赞26次,收藏8次。第十三届蓝桥杯青少年组python编程省赛真题一、题目要求(注:input()输入函数的括号中不允许添加任何信息)1、编程实现给定一个正整数N,输出正整数N中各数位最大的那个数字。例如:N=132,则输出3。2、输入输出输入描述:只有一行,输入一个正整数N输出描述:只有一行,输出正整数N中各数位最大的那个数字输入样例:
文章浏览阅读2.2k次。一个网络协议主要由以下三个要素组成:1.语法数据与控制信息的结构或格式,包括数据的组织方式、编码方式、信号电平的表示方式等。2.语义即需要发出何种控制信息,完成何种动作,以及做出何种应答,以实现数据交换的协调和差错处理。3.时序即事件实现顺序的详细说明,以实现速率匹配和排序。不完整理解:语法表示长什么样,语义表示能干什么,时序表示排序。转载于:https://blog.51cto.com/98..._网络协议三要素csdn
文章浏览阅读153次。主要的思想,将所有的系统都可以看作两部分,真正的数据log系统和各种各样的query engine所有的一致性由log系统来保证,其他各种query engine不需要考虑一致性,安全性,只需要不停的从log系统来同步数据,如果数据丢失或crash可以从log系统replay来恢复可以看出kafka系统在linkedin中的重要地位,不光是d..._the log: what every software engineer should know about real-time data's uni
文章浏览阅读746次。伟大是熬出来的 目录 前言 引言 时间熬成伟大:领导者要像狼一样坚忍 第一章 内圣外王——领导者的心态修炼 1. 天纵英才的自信心 2. 上天揽月的企图心 3. 誓不回头的决心 4. 宠辱不惊的平常心 5. 换位思考的同理心 6. 激情四射的热心 第二章 日清日高——领导者的高效能修炼 7. 积极主动,想到做到 8. 合理掌控自己的时间和生命 9. 制定目标,马..._当狼拖着受伤的右腿逃生时,右腿会成为前进的阻碍,它会毫不犹豫撕咬断自己的腿, 以
文章浏览阅读285次。在当今的大数据时代,人们对高速度和高带宽的需求越来越大,迫切希望有一种新型产品来作为高性能计算和数据中心的主要传输媒质,所以有源光缆(AOC)在这种环境下诞生了。有源光缆究竟是什么呢?应用在哪些领域,有什么优势呢?易天将为您解答!有源光缆(Active Optical Cables,简称AOC)是两端装有光收发器件的光纤线缆,主要构成部件分为光路和电路两部分。作为一种高性能计..._aoc 光缆
文章浏览阅读2.2k次。在“桌面”上按快捷键“Ctrl+R”,调出“运行”窗口。接着,在“打开”后的输入框中输入“Gpedit.msc”。并按“确定”按钮。如下图 找到“用户配置”下的“Windows设置”下的“Internet Explorer 维护”的“连接”,双击选择“自动浏览器配置”。如下图 选择“自动启动配置”,并在下面的“自动代理URL”中填写相应的PAC文件地址。如下..._設置proxy腳本