基于BS的自動排課系統(tǒng)畢業(yè)設計正文

濟南大學畢業(yè)設計 - I - 摘 要 隨著社會的發(fā)展，在現(xiàn)在的社會，信息的各種操作都需要通過計算機軟件來完成。當今，素質化教育也在校園內不斷地得到深化。自動排課模式也在許多的學校內開始遍布了，而傳統(tǒng)的教學模式漸漸被取代了。自動化排課系統(tǒng)，可以滿足學校教務處對于排課管理的需求，減少教務人員工作量的同時降低排課中的并發(fā)和錯選等問題。學生通過網頁可以隨時隨地進行選課，節(jié)約了大量統(tǒng)計時間；教務人員通過設置排課規(guī)則快速的完成課程的安排，易于調整修改；教師可以快速方便的安排課程信息。該系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)集中管理、統(tǒng)計分布式管理。 自動排課系統(tǒng)的系統(tǒng) 設計是基于 術的，它具有靈活的一體化發(fā)展戰(zhàn)略，圓滿完成了整個系統(tǒng)的全面設計。自動排課系統(tǒng)，采用一個簡單的界面，操作方便，靈活，實用，有效的簡化了自動排課管理系統(tǒng)的過程，大大提高了自動排課系統(tǒng)的效率，使之更加系統(tǒng)化體系化、標準化、自動化，具有優(yōu)良的可用性、可靠性和安全性。該系統(tǒng)采用標準的層架構，包括表示層、控制層和業(yè)務層三個部分，降低了系統(tǒng)開發(fā)的復雜性。這個項目具體是運用了 高系統(tǒng)的運行性和安全性，并且方便了后期的維護和操作。系統(tǒng)主要實現(xiàn)了教師列表、班級列表、學生列表、教師列表、課程列表 、排課列表、管理員列表等功能模塊，具有良好的實用性。 關鍵詞 ：自動排課； B/S 模式； 南大學畢業(yè)設計 - of in of of is in to of of at a of of by to a is SP it a of a of a to of to it VC of SP to is to of of of B / S 南大學畢業(yè)設計 目 錄 摘 要 . I . 緒論 . - 1 - 題研究背景及意義 . - 1 - 題研究現(xiàn)狀 . - 1 - 課題主要工作 . - 2 - 2 系統(tǒng)相關技術 . - 3 - 2術 . - 3 - 式 . - 3 - ，計算機的誕生與發(fā)展將人類帶入到一個全新的領域中，如今已經成為解決很多工程問題的必要途徑。早在 60 年代，人們就開始研究如何使用計算機來解決排課問題，減少人工排課的勞動量并減少排課錯誤?，F(xiàn)在是 21 世紀，全球范圍內的互聯(lián)網技術都有了極大的進步，這讓許多人不會收到時間和空間上的各種限制了。利用 術來解決生活中遇到的各種問題成為趨勢。 排課系統(tǒng)是時間表問題（ 一個 分支。這是個 全問題，由于 P/題還未解決，只能不斷的摸索近似算法來得出近似的最優(yōu)解。這個問題涉及到多種因素，是一個多重條件下的組合優(yōu)化問題。由于涉及的參數(shù)多以及內部關系復雜等原因，傳統(tǒng)人工排課的出錯率一直很高。隨著我國科研的發(fā)展，高等院校的專業(yè)和課程都在快速增長，極大程度上增加了排課系統(tǒng)的難度。同時隨著人本教育思想的普及，鼓勵學生自主選課也在國內推廣開來，使得現(xiàn)代排課問題在收集數(shù)據(jù)和準確排課上變得更加復雜。 基于 自動化排課系統(tǒng)，可以滿足學校教務處關于排課工作的需求，減少教務職員工作量的同時 降低排課中的并發(fā)和錯選等問題。學生通過網頁可以隨時隨地進行選課和查詢自己的課程信息，節(jié)約了大量統(tǒng)計時間；教務人員通過設置排課規(guī)則快速的完成課程的安排，易于調整修改；教師可以快速方便的查看自己的課程的上課情況。該系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)集中管理、統(tǒng)計分布式管理。 題研究現(xiàn)狀 排課這個難題的探索開始于 20 世紀 60 年代。 1963 年， . 僅限于基本的數(shù)學建模，并沒有開發(fā)出可使用的軟件。之后人們開始使用圖形著色算法來模型解決這個問題?？墒怯眠@方法所花 費的時間越來越大，所以，有許多的算法來探索這個問題。 在 70 年代， 始試圖使用啟發(fā)式搜索的方法。到了 80 年代， 時 用了禁忌搜索的方法來解決這個問題。 90 年代，由于大量的算法被發(fā)現(xiàn)，這個問題的研究得到了進一步的發(fā)展。另一方面， et 過模擬退火的方法來解決。同時， et 一所大學的案例中展現(xiàn)出使用基于約束推理的方法。在這個時期中關于排課研究的活躍歸功于在 1995 年舉辦 的第一屆國際自動化排課實踐與理論大會（ 同樣在這個時期，遺傳算法也開始被使用在排課問題中。進入 21 世紀，這項研究在繼續(xù)發(fā)展?；诩s束的程序設計、混合啟發(fā)算法（ 濟南大學畢業(yè)設計 - 2 - 課題主要工作 在本文中，基于開發(fā)面向對象軟件的過程中，對系統(tǒng)的需求分析以及具體實施過程都進行了較為完善的介紹，在本文中本人的具體工作如下： （ 1） 對系統(tǒng)進行需求分析。對 自動排課 系統(tǒng)的需求進行分析以了解系統(tǒng)的基本特征和想要實現(xiàn)目標，并且對系統(tǒng)用戶的特性進行分析，并分析業(yè)務流程以及梳理系統(tǒng)非功能性需 求和功能需求。 （ 2） 選擇適當?shù)募夹g解決方案。搭建一個系統(tǒng)開發(fā)平臺，并對系統(tǒng)實施所涉及到的關鍵技術進行研究。根據(jù)實際、開放以及開源的原則，設計出既能夠保證需求，而且開放源代碼的以及可擴展的架構體系。 （ 3） 系統(tǒng)的設計和實施。該系統(tǒng)的設計原則基于 設計思想，使得系統(tǒng)中，邏輯和數(shù)據(jù)存儲在一個單獨的狀態(tài)下。 業(yè)務流程和系統(tǒng)的用戶角色進行了詳細的研究，以及系統(tǒng)的機制設計和系統(tǒng)的具體實現(xiàn)進行了詳細的介紹。 （ 4） 測試系統(tǒng)。在 節(jié) 中，對系統(tǒng)的測試過程進行了 具體的 介紹。 濟南大學畢業(yè)設計 - 3 - 2 系統(tǒng)相關技術 2術 術，即 平臺企業(yè)版（ 是一種B/S 模式的體系結構。 術一般分為四個等級，其中 現(xiàn)層和業(yè)務邏輯層，兩層是 核心層次。 勢： 式 式（三層架構模式）（ 軟件工程中的一種軟件架構模式，把軟件系統(tǒng)分為 型）、 圖）和 制器）三 個基本部分。 ，編輯，維修的需要在服務器端解決。 B/S 架構也提供了一個均質機，網上異構網絡，異構應用服務的聯(lián)機，統(tǒng)一的開放服務最現(xiàn)實的基礎。 B/S 系統(tǒng)包括：表示邏輯層，控制邏輯層，數(shù)據(jù)展現(xiàn)層，三層是相對獨立又相互關聯(lián)。 據(jù)庫技術 在軟件項目中，通過使用數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)處理，可以保證數(shù)據(jù)的獨立性，一致性和安全性，系統(tǒng)提供對數(shù)據(jù)的訪問效率，并為程序員減少應用程序的開發(fā)時間。不同的數(shù)據(jù)庫有各自的優(yōu)缺點，此處不做具體介紹。 使用 僅在開發(fā)程序的時候有利 于開發(fā)，而且在后期維護擴展的時候又簡潔。所以， 以很好的勝任這個自動排課系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。 章小結 本章主要是介紹一下自動排課系統(tǒng)用到的一些技術，針對系統(tǒng)中使用到的技術做了一下簡單的介紹。 濟南大學畢業(yè)設計 - 4 - 3 系統(tǒng)需求分析 統(tǒng) 總體目標 （ 1）數(shù)據(jù)共享 推進自動排課管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校驗和數(shù)據(jù)共享規(guī)范化和制度化建設，對自動排課管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢的精度和效率進行提升。 （ 2）實現(xiàn)了自動排課系統(tǒng)業(yè)務的各種功能 系統(tǒng)主要實現(xiàn)了教師列表、班級列表、學生列表、教室列表、課程列表、排課列表、管理員列 表等功能模塊，具有良好的實用性。 （ 3）實行現(xiàn)代化的管理手段 該系統(tǒng)應具有界面清楚，操作簡便；不同系統(tǒng)的角色有著不一樣的操作權限。該自動排課系統(tǒng)應該是基于 需要有一臺能夠聯(lián)網的設備就可以實現(xiàn)對網站的管理。 統(tǒng)可行性分析 作可行性分析 系統(tǒng)的登錄界面簡單和友好，采用常見的界面窗口的登錄界面，而網站的開發(fā)則采用的是較為常用的 術。這些策使得用戶不需要很長的時間就能夠快速熟悉系統(tǒng)，并掌握系統(tǒng)的操作方法。此外，為了方便系統(tǒng)管理維護人員，用戶登錄系統(tǒng)后會給出了一些提示，讓這 個自動排課系統(tǒng)能被更多的人簡單方便的運用起來。 術可行性分析 (1) 硬件可行性分析 系統(tǒng)的硬件要求方面不存在特殊的要求，只需要在普通的硬件配置就能夠輕松的實現(xiàn)，只是需要確保系統(tǒng)的正常工作即可，以及擁有較高的效率。如果有特別低的硬件，它可以導致系統(tǒng)的低性能以及效率低，從而導致整個網站的運行不順暢。以目前普遍的個人計算機的配置而言，這是十分容易實現(xiàn)的。所以，本系統(tǒng)的研發(fā)在硬件的問題上是可行的。 (2) 軟件可行性分析 言提供的動態(tài)模型相似的理由的共同機制，設計更集中。另外，在使用 言可以很容易 實現(xiàn)模塊化和存儲信息。此外，代碼復用，也可以很好的體現(xiàn)。因此，考慮到系統(tǒng)的實際情況，選擇 為本系統(tǒng)開發(fā)語言的時候。通過上述分析，該系統(tǒng)的設計實現(xiàn)在軟件方面是可行的。 因此，我們進行了三個方面的可行性研究，可以看出，該系統(tǒng)的開發(fā)是沒有問題的。 濟南大學畢業(yè)設計 - 5 - 統(tǒng)功能需求分析 系統(tǒng)主要包括管理員、學生和教師三個角色，不一樣的角色擁有著不一樣的權限。 （ 1）管理員：管理員具有的權限主要實現(xiàn)了教師列表、班級列表、學生列表、教師列表、課程列表、排課列表、管理員列表等功能模塊的管理； （ 2）學生：學生進入系統(tǒng)后主要實 現(xiàn)了我的課表、可選課程列表、已選課程等功能模塊； （ 3）教師：教師登錄系統(tǒng)具有的權限是對我的課表、我的課程等功能模塊的查看。 其中學生和教師都不能對自己事先錄入好的資料進行更改，只具有查看的權限。學生和老師的信息只能通過管理員的權限進行增添操作和修改操作，只有管理員有足夠的權限，目的是為了管理員能更加簡單有效地管理整個排課系統(tǒng)并且讓系統(tǒng)運行更加良好。該自動排課系統(tǒng)新添加的一個功能模塊是學生進入系統(tǒng)后多了一個選課功能模塊，學生可以選擇自己班級沒有上的自己有感興趣的課程，這一選課過程只能在排課結束之后才能進行操 作。學生和教師共同都具有的功能就是對自己課表的查詢和對特定時間的空教室的查詢。 統(tǒng)非功能需求分析 （ 1）可靠性需求 可用性：一般用戶按照網站提小便可完成日常操作，界面設計合理，使用方便。 平均故障間隔時間 ( 6 個月，支持 7*24 小時的服務。 平均修復時間 (這個系統(tǒng)遇到問題停止運作的時間應該控制在 1 小時之內。 （ 2）完整性需求 要求各種數(shù)據(jù)的完整性，規(guī)定的數(shù)據(jù)信息的記錄內容不能為空，各種數(shù)據(jù)間聯(lián)系應保持正確，同一個數(shù)據(jù)在不同記錄中所保持的一致性。 （ 3）性能需求 頁面響應時問應 該控制在一定的時間范圍內 ;系統(tǒng)支持在同一個時間段內一起在線操作的用戶至少要有 500 名。 （ 4）精度需求 系統(tǒng)的部分功能對數(shù)據(jù)的精確度有所要求，對于系統(tǒng)的浮點型數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)信息的精確成都至少應該要達到小數(shù)點后面 2 位數(shù)。 （ 5）易用性需求 系統(tǒng)的使用人用來學習系統(tǒng)的操作時間不能太長 ;界面設計應為友好、簡單、清晰的可視化操作界面；目有相應的操作提示與幫助。 （ 6）安全性需求 系統(tǒng)要設置用戶的合法性，既給每個用戶分配不同的帳號，并且要求用戶為帳號設置符合要求的密碼。而且，系統(tǒng)也要分級別設置用戶的權限，不一樣的權限所 擁有的訪問資濟南大學畢業(yè)設計 - 6 - 格是各不相同的，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運行。 統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與開發(fā)工具 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境主要從開發(fā)平臺、開發(fā)語言、所使用的數(shù)據(jù)庫軟件、設計工具以及輔助工具等幾個方面來介紹。 開發(fā)平臺： 發(fā)語言： 數(shù)據(jù)庫軟件： 南大學畢業(yè)設計 - 7 - 4 系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 在設計體系的時候要做到全方位的站在用戶的立場上考慮問題，讓最終的產品能夠順應大眾用戶的需求。這一章節(jié)將重點突出對于體系的結構框架的設計描述上，以詳細的標明每一個數(shù)據(jù)庫的主體結構框架。 統(tǒng)設計目標和原則 系統(tǒng)的架構設計，要能夠反映出用戶與整個系統(tǒng)模塊的接口之間存在有效互動，而且應該是非常清楚的，從而才能夠保障在后期系統(tǒng)真正實現(xiàn)的時候數(shù)據(jù)的擴展性和安全性，只有設計出的系統(tǒng)實現(xiàn)這個目標才能有一個更好的擴展空間量，以適應企業(yè)未來的發(fā)展。 整個系統(tǒng)的設計中，系統(tǒng)必須滿足以下要求： （ 1）數(shù)據(jù)安全性 存儲有關隱私權的自動排課系統(tǒng)問題的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，需要確保數(shù)據(jù)的安全性，在網站設計時必須要采取安全防范措施，以解決潛在的安全問題。 （ 2）柔軟性 由于這個自動排課管理系統(tǒng)涉及到范圍廣泛的業(yè)務，設計出的系統(tǒng)必 須能夠處理接受變化的能力。 （ 3）擴展性 隨著自動排課系統(tǒng)管理需求的不斷變化，自動排課系統(tǒng)也一定會有功能的更新和擴展，這就要求在一開始設計程序的時候就應該想到之后要添加新的功能和業(yè)務時候的方法。 從實用的方面來看，系統(tǒng)必須滿足系統(tǒng)的以下原則： （ 1）可靠性 在實際使用的過程中系統(tǒng)都會設計到很對需要進行保密的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)出現(xiàn)一些漏洞將這些信息泄露出去將會對用戶產生很大的損失，所以我們必須大力確保系統(tǒng)是可靠的。 （ 2）經濟效益 由于這是一個教學用途網站，設計網站的目的是為了更好的方便老師和學生，因此需要對系統(tǒng)開 發(fā)的成本和效益進行考慮。 統(tǒng)架構設計 系統(tǒng)架構的整體設計是一個將一個龐大的任務細分為多個小的任務的過程，這些小的任務分段完成后，組合在一起形成一個完整的任務。它具體的工作步驟是： （ 1）系統(tǒng)被分解多個子模塊 （ 2）對各個子模塊的功能進行預先的設計 （ 3）對各個子模塊之間的邏輯關系進行設計 （ 4）對各個模塊的界面以及模塊間信息的傳輸進行設計 濟南大學畢業(yè)設計 - 8 - 在整個設計過程，以確定可能的具體方案達成每一個小的最終目標，對于每一個小的目標而言，我們必須先了解一些相關的需求分析的信息。然后對系統(tǒng)進行初步的設計，并對其逐漸 進行優(yōu)化，然后根據(jù)之前整理收集的各種信息設計出系統(tǒng)的整體框架。系統(tǒng)的框圖如圖 示。 管理員課程列表排課列表管理員列表教師列表班級列表學生列表教師列表學生教務選課管理系統(tǒng)教師我的課表我的課程可選課程列表已選課程我的課表圖 統(tǒng)運行框架圖 由圖 析所示，系統(tǒng)主要包括管理員、學生和教師三個角色，管理員主要實現(xiàn)了 專業(yè) 列表、 教室列表、 班級列表、學生列表、教師列表、課程列表、排課列表、管理員列表 、空教室查詢和專業(yè)課表查詢 模塊；學生登錄系統(tǒng)主要實現(xiàn)了我的課表、可選課程列表、已選課程等功能模塊；教師登錄系統(tǒng)實現(xiàn)了我的課表、我的課程等功能模塊。 濟南大學畢業(yè)設計 - 9 - 據(jù)庫設計 據(jù)庫的選定 目前主流的大型數(shù)據(jù)庫的 務器， 本系統(tǒng)是一個相對較小的系統(tǒng)，因此選擇了 。 一個關系數(shù)據(jù)庫中，關系型數(shù)據(jù)庫引擎進行數(shù)據(jù)和結構數(shù)據(jù)，以提供更安全可靠的存儲功能。 微軟的 統(tǒng)和新的開發(fā)工具包（包括商業(yè)智能開發(fā)套件），可以有效地整合。 據(jù)庫概念模型設計 數(shù)據(jù)庫的模型即系統(tǒng)的實體 關系模型。自動排課管理系統(tǒng)的整體圖如圖 示。 學生 教師查詢排課包含課程包含查詢排課管理員管理分類管理理專業(yè) 教室圖 動排課管理系統(tǒng)的 整體 圖 然后根據(jù)具體的功能需求，對本系統(tǒng)的 進行細化從而得到幾種實體 下為部分實體 （ 1） 學生用戶實體，如圖 示。 濟南大學畢業(yè)設計 - 10 - 學生級學號密碼性別姓名 登錄名稱圖 生實體圖 學生用戶在是管理員的界面添加和修改的。添加和修改的時候，主要的元素有：班級信息；學生學號，長度要求不超過 500 字符；登入名稱（ 長度要求不超過 11 字符；密碼，長度不超過 500 個字符；名稱，不超過 500 個字符的長度 ；性別；聯(lián)系地址，長度不超過 500 字符，可以為空。 （ 2）班級類實體圖，如圖 示。 教室編號教室容量 名稱圖 級類實體圖 教室類的主要元素有：班級編號，長度不超過 11 字符；教室名稱，長度不超過 10 字符；教室容量，長度不超過 10 字符。 （ 3）課程類實體圖，如圖 示。 濟南大學畢業(yè)設計 - 11 - 課程編號名稱任課教師每周課時總課時圖 程類實體圖 課程類主要的元素有：課程編號，長度不超過 11 字符；課程名稱，長度不超過 50 字符；任課教師，長度不超過 11 字符 ；總課時數(shù)，長度不超過 10 字符；每周課時，長度不超過 10 字符；所屬專業(yè)，不超過 500 字符。 （ 4） 教師類實體圖，如圖 示。 圖 師類實體圖 教師類主要元素有：教師工號，長度不超過 11 字符；登錄名稱，長度不超過 11 字符；密碼，長度不超過 500 字符；姓名，長度不超過 500 字符；性別，長度不超過 500 字符；聯(lián)系電話，長度不超過 250 字符，可以為空；郵箱，長度不超過 250 字符，可以為空；出生日期，長度不超過 250 字符，可以為空；聯(lián)系地址，長度不超過 250 字符，可以為空。 （ 5）班級類實體圖，如圖 示。 濟南大學畢業(yè)設計 - 12 - 圖 級類實體圖 班級類主要元素有：編號，長度不超過 11 字符；名稱，長度不超過 500 字符。 （ 6）專業(yè)類實體圖，如圖 示。 圖 業(yè)類實體圖 專業(yè)類主要的元素有：名稱，長度不超過 11 字符；備注，長度不超過 500 字符，可以為空。 據(jù)庫邏輯設計 本系統(tǒng)主要用到了多張數(shù)據(jù)表，部分表單如下。 （ 1）學生信息表。 表 生信息表 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 長度 是否可以為空 ID 1 否 班級 00 否 學號 00 否 登錄名稱 00 否 密碼 00 否 姓名 00 否 性別 00 否 聯(lián)系地址 00 是 濟南大學畢業(yè)設計 - 13 - （ 2）教室信息表。 表 室表 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 長度 是否可以為空 編號 1 否 名稱 0 否 教室容量 0 否 （ 3）課程信息表。 表 程表 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 長度 是否可以為空 編號 1 否 名稱 0 否 任課教師 1 否 總課時 0 否 每周課時 0 否 所屬專業(yè) 00 否 （ 4）教師信息表。 表 師信息表 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 長度 是否可以為空 教師工號 1 否 登陸名稱 1 否 密碼 00 否 名姓 00 否 性別 00 否 聯(lián)系電話 00 是 郵箱 00 是 出生日期 00 是 聯(lián)系地址 00 是 濟南大學畢業(yè)設計 - 14 - （ 5）班級信息表。 表 級信息表 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 長度 是否可以為空 編號 1 否 名稱 00 否 （ 6）專業(yè)信息表。 表 業(yè)信息表 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 長度 是否可以為空 名稱 00 否 備注 00 是 濟南大學畢業(yè)設計 - 15 - 5 系統(tǒng)詳細設計與實現(xiàn) 據(jù)庫連接實現(xiàn) 服務器端程序采用 架來訪問數(shù)據(jù)庫：以下是 架 連接數(shù)據(jù)庫的配置文件，該配置是針對 架的連接數(shù)據(jù)庫的配置。數(shù)據(jù)庫連接實現(xiàn)代碼： * * 00 濟南大學畢業(yè)設計 - 16 - 1 統(tǒng)登錄實現(xiàn) 系統(tǒng)登錄界面效果如圖 示。其中登錄角色有：學生、教師、管理員。不同的角色擁有著不一樣的權限，其中管理員擁有最高權限可以對學生和教師角色進行添加和修改，而學生和教師都只具有查詢的權限。 圖 統(tǒng)登錄界面效果 系統(tǒng)登錄實現(xiàn)的代碼如下： 00); e) / ; ; 濟南大學畢業(yè)設計 - 17 - if(=0) ; ; ); 統(tǒng)功能模塊實現(xiàn) 理員功能模塊的實現(xiàn) 管理員主要實現(xiàn)了教師列表、班級列表、學生列表、教師列表、課程列表、排課列表、管理員列表、空教室查詢、分專業(yè)課表的查詢功能模塊。由于功能較多，這里只挑選重要功能進行講解。 （ 1）教師列表功能模塊 教師列表模塊主要實現(xiàn)了管理員編輯、刪除、查詢和添加教師信息的操作，教師列表功能模塊的實現(xiàn)如圖 示。在添加新的教師的時候不用設置教師所上的課程和所教的班級學生，而是在課程添加的時候選擇這門課程 的任課老師是誰。 圖 師列表模塊實現(xiàn)界面 濟南大學畢業(yè)設計 - 18 - （ 2）班級列表功能模塊的實現(xiàn) 班級列表模塊主要實現(xiàn)了管理員查