基于Spring Boot的大学课程排课系统设计与实现

摘  要

大学课程排课是现代教育管理中重要的一环。目前，传统的排课方式已经无法满足日益增长的课程需求和学生个性化的诉求。因此，研究一种基于遗传算法的大学课程排课系统是非常必要的。本研究旨在开发一种基于SpringBoot Vue的大学课程排课系统，并运用遗传算法优化排课方案，以满足大学日益增长的课程需求和学生个性化的诉求。此系统不仅可以提高排课效率，还可以通过对每一学期课程安排的优化，进一步提升学生的学习效果。本文首先介绍了SpringBoot Vue开发框架的相关知识，然后深入研究了遗传算法的优化原理和应用场景。接着，通过对大学课程排课的研究结合遗传算法，设计了一种新的课程排列方式，并利用该方式进行了实验。实验结果被分析和评估，以检验该方法的优越性。实验结果表明，本文提出的基于遗传算法的大学课程排课系统能够有效地提高排课的质量。相比传统的排课方式，该系统能够节省排课时间、减少人力资源投入和提高排课的灵活性，并且可以为每一位学生量身定制自己的选课方案，满足学生的不同需求和要求。本文针对大学课程排课系统的设计和实现提出了一种新的解决方案，即基于遗传算法的课程排列。该方案在理论和实践方面都取得了良好的效果，但仍存在着一定的局限性。未来的研究可以进一步优化该算法，增加更多的学术元素，并探索如何将该算法应用到其他领域中。经过前期的技术可行性分析和实际业务调研以及系统设计和研发，最后经过一系列的系统测试，系统的业务功能可正常使用满足用户的使用要求。

关键字：SpringBoot;Vue;遗传算法;大学课程排课系统;设计与实现

Abstracts

University curriculum scheduling is an important part of modern education management. At present, the traditional scheduling method has been unable to meet the increasing demand for courses and students' individual demands. Therefore, it is very necessary to study a university curriculum scheduling system based on genetic algorithm. The purpose of this study is to develop a university curriculum scheduling system based on Spring Boot Vue, and use genetic algorithm to optimize the scheduling scheme to meet the increasing demand for courses and students' individual demands. This system can not only improve the efficiency of scheduling, but also further improve the learning effect of students by optimizing the course arrangement of each semester. This paper first introduces the relevant knowledge of Spring Boot Vue development framework, and then deeply studies the optimization principle and application scenarios of genetic algorithm.Next,a new curriculum arrangement method is designed by combining the research of university curriculum arrangement with genetic algorithm,and experiments are carried out by using this method.The experimental results are analyzed and evaluated to test the superiority of the method.The experimental results show that the university curriculum arrangement system based on genetic algorithm proposed in this paper can effectively improve the quality of the arrangement.Compared with the traditional arrangement method,the system can save the time of arranging courses,reduce the investment of human resources and improve the flexibility of arranging courses,and can customize their own course selection scheme for each student to meet the different needs and requirements of students.This paper proposes a new solution for the design and implementation of university curriculum arrangement system,namely,the curriculum arrangement based on genetic algorithm.The scheme has achieved good results in theory and practice,but there are still some limitations.Future research can further optimize the algorithm, add more academic elements, and explore how to apply the algorithm to other fields.and finally through a series of system tests, the system's business functions can be used normally to meet user requirements.

Keyword: SpringBoot;Vue;genetic algorithm;university course scheduling system;design and implementation

 

目  录

摘  要

Abstracts

目  录

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3研究的目的与意义

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究意义

1.4 研究方法内容

第2章 相关理论及技术分析

2.1 相关技术栈

2.2 Maven

2.3 Element UI 框架

2.4 Vue Router

2.5 Spring Boot框架

2.6 Vue框架介绍

2.7 遗传算法相关知识

2.7.1 遗传算法的定义

2.7.2 遗传算法的流程

2.7.3 遗传操作的分类

第3章 系统分析

3.1 系统需求分析

3.1.1 功能需求分析

3.2.2 系统性能需求

3.3.3 应用需求分析

3.3.4 其他需求分析

3.2 可行性分析

3.2.1 经济可行性

3.2.2 技术可行性

3.2.3 操作的可行性

3.2.4 运行的可行性

3.3 用例分析

3.3.1 管理员用例分析

3.3.2 教师用例分析

3.3.3 学生用例分析

第4章 系统设计

4.1 系统总体设计

4.2 数据库设计

4.2.1 概念模型设计

4.2.2 物理模型设计

第5章 系统实现

5.1 管理员功能模块

5.1.1 登录模块

5.1.2 首页

5.1.3 网课管理

5.1.4 讲师管理

5.1.5 年级管理

5.1.6学生管理

5.1.8 教学楼管理

5.2 教师功能模块

5.2.1 首页

5.2.2 排课管理

5.2.3 班级管理

5.2.4 学生管理

5.2.5 网课列表管理

5.2.6 学习文档管理

5.2.7 教材列表管理

5.3 学生功能模块

5.3.1 课程表

5.3.2 学习文档

5.3.3 空教室查询

5.3.4 个人中心

5.3.5 修改密码

第6章 系统测试

6.1 测试定义及目的

6.2 测试方法

6.3 测试模块

6.4 测试结果

结  论

致  谢

参考文献

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着大学生人数的不断增加，大学课程排课系统的优化与完善已经成为了一个重要的问题。目前，已经存在了许多排课系统的研究和应用。例如，李新华在其研究中使用遗传算法对排课系统进行了设计与实现[1]。许郡则提出了基于贪婪算法的排课系统[2]。而黄锟和陈志刚则研究了混合算法在大学课程表问题中的应用[3]。范文广则利用遗传算法实现了排课设计[4]。

然而，这些研究中仍存在一些问题。例如，对于课程和教师的匹配问题、教室的分配问题等，目前的排课系统仍无法满足实际需求。因此，对于大学课程排课系统的优化与完善仍然具有重要的研究价值和现实意义。

为了解决上述问题，本研究将采用遗传算法对大学课程排课系统进行优化设计。遗传算法是一种模拟自然进化过程的算法，能够在较短时间内得到较优解。通过对大量数据的分析与处理，本研究将建立一个基于SpringBoot Vue的排课系统，并将遗传算法应用其中，以提高排课系统的效率和准确性。

本研究的意义在于：一方面，优化大学课程排课系统能够提高教学效率，为学生和教师提供更好的教学质量和服务；另一方面，本研究将遗传算法应用于排课系统中，丰富了遗传算法的应用领域，具有一定的学术价值。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

针对国外的排课问题：Gotblieb 构建了一个数学模型[1]，用于对排课问题进行描述。此后，大量的学者采用不同的方法对这一问题进行研究和探索。其中，Even 利用数学证明了排课问题是一个NP完全类问题[2]，也就是说，无法使用经典数学的方法获取准确解决，而只能采用启发式算法等智能处理算法，获取特定问题的最优解，这也使得更多的学者关注这一问题。Ferland 等利用整数规划的方法进行解决[3]，虽然从理论上可以得到最优解，但在实际操作过程中，需要涉及到大量的计算，因此，该方法所能够处理的排课规模有限。有的学者将图论的相关问题和知识引入到解决排课问题中，但研究表明，在问题规模较小的情况下，可以基于二部图来解决排课问题，但当问题规模达到某一阈值，图论的方式同样转换成 NP 完全类问题，对于解决排课问题不具有实际意义。Arabinda 提出了一种基于拉格朗日算法的排课流程，使用了分支定界方法，以参与者为中心进行编排，能够在一定的条件下取得较好的排课效果[4]，但这一方法的主要缺点在于所生成的课表有可能存在冲突情况；Jacques 等利用图着色法等进行排课处理[5]。经过多次的研究表明，对于大规模、多数据量的排课处理，由于涉及的约束条件较多，处理流程复杂，数学建模的方式使用受限，而且会使问题的规模不断增加，因此，后继的研究工作较多地采用分层规划的方法进行处理此问题，将复杂的排课问题进行分解和简化。

1.2.2 国内研究现状

我国在排课方面的主要的研究工作是在各个高等院校中展开，研究的主要内容包括两个方面：专业课程的规划问题和班级与教师的匹配模型问题。国内的部分院校在进行排课时，使用人工排课的方法，人工排课工作的主要方法是实施摆牌，就是将印有课程名字的小纸牌在画有空的课程表的版面上进行初排、调整，一边依据排课经验进行设置，一边观察每门课程所在的位置是否合理，以便能够形成一个有效的正常课程表。由于人工排课没有任何的理论指导，也没有进行数学建模，主要依靠排课者的经验，具有很大的弊端，这种方法适合于规模较小、课程少的学校，但是随着高等院校规模的扩大，对上万名学生需要在一年中完成上万节课程的设置，如果仅仅依靠人工进行排课，那么将会花费大量的人力、物力和财力，工作量非常的大，并且无法排除易于调整的课程表。在实际的排课系统构建方面，国内的林漳希等构建了TISER系统，并在期刊上发表论文对系统进行阐述，该系统是一个主要以模拟实验为主要目的系统[6]。王能斌等研发了UTSS系统，程学先研发了课程调度系统，上述系统采用的方法均为手工模拟排课，主要以教学班为核心和基础，基于启发式算法进行排课处理。上述系统均存在着不同的缺陷，都不能对大规模的排课问题进行处理，同时对于应用环境的要求较高，因此无法推广应用。