基于数据结构解决教学计划编制问题
摘 要
教学计划是学校保证教学质量和人才培养的关键，也是组织教学过程、安排教学过程、安排教学任务、确定教学编排的基本依据和课程安排的具体形式。是稳定教学秩序、提高教学质量的重要保证。从教学计划的设计、实施等方面，阐明了如何搞好教学管理，从而为提高教学质量提供保证。随着教育改革的不断深入和社会发展的需要，原旧的教学计划在定位上的方向性偏差，已经不再适应社会的需求。因此，应重视教学计划的改革和修订工作，以确保教育教学质量，提高教育教学水平。教学计划编制中的思路：一是明确培养目标；二是注重学科设置的整体性、统一性和灵活性、全面性；三是与学分制改革有机结合。
教学计划是高校实施常规教学活动的基本管理文档，由于传统的手工编制方式存在诸多弊端，开发基于Web应用程序形式的教学计划编制系统具有良好的应用价值。使用C程序设计语言，研发开发教学计划编制系统Web应用系统。
关键词：教学计划 编制 C程序设计语言 管理
设计题目
大学的每个专业都要编制教学计划。假设任何专业都有固定的学习年限，每学年含两学期，每学期的时间长度和学分上限都相等。每个专业开设的课程都是确定的，而且课程的开设时间的安排必须满足先修关系。每个课程的先修关系都是确定的，可以有任意多门，也可以没有。每一门课程恰好一个学期。试在这样的情况下设置一个教学计划编制程序。
在大学的某个专业中选取几个课程作为顶点,通过各门课的先修关系来构建个图,该图用邻接表来存储,邻接表的头结点存储每门课的信息。
本程序的目的是为用户编排课程,根据用户输入的信息来编排出每学期要学的课程。
第二章 需求分析
2.1 运行环境（软、硬环境）
设计环境和器材——
硬件：计算机
软件：Microsoft Visula C++
在本课程设计中，系统开发平台为Windows XP或Win 7，程序运行环境为Visual C++ 6.0，程序设计语言为C++。Visual C++一般分为三个版本：学习版、专业版和企业版，不同版本适合于不同类型的应用开发。实验中可以使用这三个版本的任意一种，在本课程设计中，以Visual C++ 6.0为编程环境。
Visual C++以拥有“语法高亮”，IntelliSense（自动编译功能）以及高级除错功能而著称。比如，它允许用户进行远程调试和单步执行等。还有允许用户在调试期间重新编译被修改的代码，而不必重新启动正在调试的程序。其编译及建置系统以预编译头文件、最小重建功能及累加链接著称。这些特征明显缩短程式编辑、编译及链接的时间花费，在大型软件计划上尤其显著。
Visual C++ 6.0秉承Visual C++ 以前版本的优异特性，为用户提供了一套良好的开发环境，主要包括文本编辑器、资源编辑器、工程创建工具和Debugger调试器等等。用户可以在集成开发环境中创建工程，打开工程，建立、打开和编辑文本，编译、链接、运行和调试应用程序。
2.2 输入的形式和输入值的范围
数据输入的方式是键盘输入。输入的数据多是整型的或是浮点型的，还有一些字符（以中文的形式）。输入的数值型的数据大都是小于100的数值。
2.3 输出的形式描述
输出的是教学编制计划，就是形如：“第二学期学的课程有:普通物理 线性代数 汇编语言”这样的形式。
2.4 功能描述
输入参数包括：学期总数，一学期的学分上限，每门课的课程号(固定占3位的字母数字串)、学分和直接先修课的课程号。
允许用户指定下列两种编排策略之一：一是使学生在各学期中的学习负担尽量均匀；二是使课程尽可能地集中在前几个学期中。
若根据给定的条件问题无解，则报告适当的信息；否则将教学计划输出到用户指定的文件中。计划的表格格式自行设计。
2.5 测试数据
学期总数：6
学分上限：10
该专业共开设12门课，课程号从01~12，学分顺序为2，3，4，2，2，4，4，4，7，5，2，3。
第三章 概要设计
3.1 抽象数据类型定义描述
（对各类的成员及成员函数进行抽象描述）。
抽象数据类型：
为实现上述功能需建立一个结点类，线性表类，图类。
ADT Graph{
数据对象V:V是具有相同特性的数据元素的集合,称为顶点集。
数据关系R:
R={VR}
VR={(v,w)|v,w∈V,(v,w)表示v和w之间存在直接先修关系}
基本操作P:
void creatpre(AlGraph *CGraph);
void findindegree(AlGraph *CGraph,int indegree[]);
void layout1(AlGraph *CGraph,queue *q);
void layout2(AlGraph *CGraph,queue *q);
}ADT Graph
队列的定义:
ADT List{
数据对象:D={ai|ai∈ElemSet,i=1,2,…n,n>=0}
数据关系:R1={﹤ai-1 ai﹥|ai-1,ai∈D,i=2,…,n}
基本操作:
void queue_init(queue *q);
void queue_in(queue *q,int x);
int queue_out(queue *q);
int queue_empty(queue *q);
}ADT Stack
3.2 功能模块设计
主程序：
void main()
{
int choice;
queue q;
Queue.queue_init(&q);
AlGraph CGraph;
CGraph=Graph.input();
system("cls");
Graph.output(CGraph);
cout< Judgement.judgingcricle(&CGraph,&q); if(!WhetherCricle) { while(1) { cout<<"请选择编排策略:\t"< cout<<"1.使学生在各学期中的学习负担尽量均匀;\t"< cout<<"2.使课程尽可能地集中在前几个学期中。\t"< cout<<"请选择:"; cin>>choice; system("cls"); if(choice==1) Edit.layout1(&CGraph,&q); else Edit.layout2(&CGraph,&q); cout<<"请选择继续编排策略或退出程序（0退出 1继续）:\t"< cin>>choice; system("cls"); if(choice==0) break; } } } 3.3 模块层次调用关系 本程序只有两个模块,调用关系简单：主程序模块→拓扑排序模块 TopSort流程图 第四章 详细设计 教学计划编制系统主要是处理课程之间的依赖关系。表列出了若干门计算机系本科课程，其中有些课程不要求先修课程，例如，C1是独立于其他课程的基础课，而有些课程却需要有先修课程，比如，学完程序设计语言C++和离散数学后才能学习数据结构。 课程代号 课程名称 先修课程 C1 高等代数 无 C2 计算机科学导论 无 C3 离散数学 C1 C4 程序设计语言C++ C1 C2 C5 数据结构 C3 C4 C6 计算机原理 C2 C4 C7 数据库原理 C4 C5 C6 先修课程规定了课程之间的依赖关系，这种关系可以用AOV网来表示，其中顶点表示课程，弧表示依赖关系。 程序的主要功能是实现课程的排序，以满足同一学期所修的课程相互之间无依赖关系，并且已修完其所有先修课程。本程序需要基于图的基本操作来实现。 算法的基本思想： 1、数据的定义： 给出课程号、课程、先修的课程结点、课程结点、邻接表、课程图的定义。 邻接表的定义： 邻接表是一种顺序存储与链接存储相结合的存储方法。在邻接表中存在两种结点结构：顶点表结点和边表结点。 2、图的构建： 建立一个结点类，类的元素有字符型变量用来存储字母，整形变量用来存储位置，该类型的指针，指向下一个元素。建立一个线性表类，完成线性表的构建。建立一个图类，完成图的信息的读取，（如有n个点，则建立n个线性表，将每个结点与其指向的结点组成一个线性表，并记录线性表的长度）。 3、队的初始化： 令头指针和尾指针置于0，表示队列为空。 void Queue::queue_init(queue *q) //队初始化 { q->f=q->r=0; //头指针和尾指针置于0，表示队列为空 } 4、入队操作： 判断队列是否满，若队满输出“队满”。否则，将队尾指针加1，再将新元素插入队尾。 void Queue::queue_in(queue *q,int x) //入队 { if((q->r+1)%MAX_COURSE_NUM==q->f) { cout<<"队满\t"< exit(0); } q->r=(q->r+1)%MAX_COURSE_NUM; //队尾指针加1 q->data[q->r]=x; //新元素插入队尾 } 5、出队操作： 先判断队列是否为空，若空则输出“队空”；否则保存队头元素，将队头指针加1。 int Queue::queue_out(queue *q) //出队 { if(q->f==q->r) //判断队空 { cout<<"队空\t"< exit(0); } q->f=(q->f+1)%MAX_COURSE_NUM; //队头指针加1 return q->data[q->f]; //保存队头元素 } 6、建立先修关系： 输入课程的编号，在输入每一门课程的先修课程编号。判断输入的课程编号是否正确，若不正确，则输出“先修课程号不可能是本课程号”。否则，令p的邻接点等于j-1，p邻接的下一条边的结点为空，当元素为空时，令表头结点为p，令q等于表头结点；否则，让与q邻接的下一条边的结点是p，q等于p。 p=(PreCourse *)malloc(sizeof(PreCourse)); p->adjvex=j-1; p->nextarc=null; if(n==0) { CGraph->courses[i].firstarc=p; q=CGraph->courses[i].firstarc; n++; } else { q->nextarc=p; q=p; n++; } cin>>j; } } cout<<"(1)重新建立先修关系\t"<<"(2)确定\n"; cout<<"请选择:"; cin>>choice; if(choice==1) creatpre(CGraph); jxq=0; } 7、建立课程图： 输入课程号、课程名、学分，判断输入是否正确，若不正确，则输出“输入的学分有误，请重新输入学分:”；调用creatpre()函数建立先修关系，建立课程图 AlGraph Graph::input() //输入并建立课程图 { AlGraph CGraph; int xqzs=0,kczs=0; int i; int choice; float xf,xfsx=0; cout<<"教学计划编制\n"< cout<<"输入参数:\n"; cout<<"1.学期总数:"; cin>>xqzs; CGraph.xqs=xqzs; cout<<"2.专业共开设课程数:"; cin>>kczs; CGraph.num=kczs; cout<<"3.学分上限(每个学期的学分上限都一样):"; cin>>xfsx; CGraph.xfsx=xfsx; cout<<"4.每门课的课程号(固定占3位的字母数字串)、课程名、学分--"< for(i=0;i { cout<<"课程号:"; scanf("%s",CGraph.courses[i].course.id); cout<<"课程名:"; scanf("%s",CGraph.courses[i].course.name); cout<<"学分:"; cin>>xf; cout< while(xf>xfsx||xf<=0) //判断输入的学分是否合格 { cout<<"输入的学分有误，请重新输入学分:"; cin>>xf; } CGraph.courses[i].course.xf=xf; CGraph.courses[i].firstarc=null; } cout<<"(1)重新输入\t"<<"(2)确定"< cout<<"请选择:"; cin>>choice; if(choice==1) { system("cls"); input(); } else { creatpre(&CGraph); //建立先修关系 return CGraph; } } 8、Topsort算法： 先计算每个点的入度，保存在数组中。找到第一个入度为0的点，将该点所连的各点的入度减一。再在这些点中找入度为0 的点。如果找到，重复上述操作。如果找不到，则跳出while循环，再搜索其他的点，看入度是否为0。再重复上述操作，如果所有的入度为0的点都被寻找到，但个数少于输入顶点的个数，说明该图存在环。 while(1) { i=Queue.queue_out(&q); Queue.queue_in(q2,i); if(i!=-1) { m++; for(j=0;j if(j!=i) { if(indegree[j]==0&&(xf+CGraph->courses[j].course.xf)<=CGraph->xfsx) { Queue.queue_in(&q,j); indegree[j]--; xf+=CGraph->courses[j].course.xf; } else { p=CGraph->courses[j].firstarc; while(p) { if(p->adjvex==i) { indegree[j]--; if(indegree[j]==0&&(xf+CGraph->courses[j].course.xf)<=CGraph->xfsx) { Queue.queue_in(&q,j); indegree[j]--; pd=1; xf+=CGraph->courses[j].course.xf; } } p=p->nextarc; } } } } else { if(pd) { pd=0; Queue.queue_in(&q,-1); jxq++; xf=0; } else break; } } if(jxq>CGraph->xqs) {cout< exit(0);} if(m { cout<<"\n错误报告："< cout<<"存在循环，因此课程安排不了"< WhetherCricle=1; } Queue.queue_in(q2,-1);} 程序完整代码
附 录
#include