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基础数据导入教程
适用于快捷排课的 Excel 基础数据模板填写、上传校验与确认入库。
一、导入流程
・第 1 步:设置排课时间。填写课表开始日期、结束日期、每周上课天数、上午节数、下午节数、早自习节数、晚自习节数,并保存。
・第 2 步:下载并填写基础数据模板。模板包含多个 Sheet,请保持 Sheet 名称和表头不变,上传 Excel 并校验。系统会检查基础名单、组名单和全校计划之间的引用关系,确认无误后入库。
・第 3 步:完成前两步后可以进行排课并查看排课结果
提示:模板主要用于新增基础数据,不建议修改 Sheet 名称、表头名称或必填标记。
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二、模板 Sheet 说明
基础数据导入模板的 Sheet 包含:课程名单、班级名单、老师名单、场地名单、全校计划、老师组名单、班级组名单、场地组名单、课程组名单。
老师名单
用途:导入任课老师基础名单
填写重点:老师名称必须唯一;备注可选填。
班级名单
用途:导入授课班级基础名单
填写重点:班级名称必须唯一;备注可选填。
课程名单
用途:导入课程基础名单
填写重点:课程名称必须唯一;备注可选填。
场地名单
用途:导入上课场地基础名单
填写重点:场地名称必须唯一;备注可选填。
老师组名单
用途:维护老师组合
填写重点:组名唯一;成员必须已存在于老师名单。
班级组名单
用途:维护班级组合
填写重点:组名唯一;成员必须已存在于班级名单。
课程组名单
用途:维护课程组合
填写重点:组名唯一;成员必须已存在于课程名单。
场地组名单
用途:维护场地组合
填写重点:组名唯一;成员必须已存在于场地名单。
全校计划
用途:导入需要排课的教学计划
填写重点:必须引用已存在的基础名单或组名单。
三、基础名单填写规则
・老师、班级、场地、课程的名称必须唯一,系统通过名称进行匹配。
・备注字段可选填,用于记录说明信息,不参与排课核心匹配。
・如果计划中要使用某个老师、班级、课程或场地,必须先在对应基础名单或组名单中存在。
四、组名单填写规则
老师组、班级组、课程组、场地组用于把多个基础对象组合成一个可被计划引用的对象。
组名称
规则:必须唯一,不能和同类其他组重复。
示例:体能训练 / 形体训练
成员
规则:成员必须已存在于对应基础名单中。多个成员建议使用 “/” 分隔,也可使用中文逗号或顿号。
示例:朱老师 / 张老师
备注
规则:可选填,用于说明该组用途。
示例:公共课程组合
重点:组只是引用已有基础名单,不会自动创建基础数据。例如老师组里的成员,必须先在 “老师名单” 中存在。
五、全校计划填写规则

  1. 必填字段说明
    1)授课课程,必填:必须存在于课程名单或课程组名单。
    2)授课班级,必填:必须存在于班级名单或班级组名单。
    3)任课老师,必填:必须存在于老师名单或老师组名单。
    4)上课场地,必填:必须存在于场地名单或场地组名单。
    5)周学时 *,必填:填写该计划每周需要排多少节课,例如 4。
    6)连课,选填:不连排时留空;需要连课时填写连课天数,例如 1 天、3 天。
    7)连课次数,连课时必填:填写每次连上的节数,例如 2 节连上、4 节连上。
    8)连课方式,连课时必填:填写连课方式,例如 连续上。
    9)合排课,合班课 / 选修课必填:普通计划留空;合班课填 “合班课”;选修课填 “选修课”。
    10)关联表,选修课必填:选修课必须填写关联表;合班课通常不需要。
    11)备注,选填:用于补充说明,例如 “班级组待确认”。
  2. 普通课程填写
    ・普通课程只需填写授课课程、授课班级、任课老师、上课场地、周学时。
    ・不需要连课时,连课、连课次数、连课方式都留空。
    ・需要连课时,连课、连课次数、连课方式必须一起填写。
    示例:慢性病管理 / 21 级健康服务班 / 金老师 / 4-C305 / 周学时 4 / 连课 1 天 / 连课次数 4 节连上 / 连课方式 连续上。
  3. 连课填写规范
    场景 1:不连课
    连课:留空,连课次数:留空,连课方式:留空,说明:系统按普通课分散排。
    场景 2:每周 1 次连上 2 节
    连课:1 天,连课次数:2 节连上,连课方式:连续上,说明:适合周学时 2 的课程。
    场景 3:每周 1 次连上 4 节
    连课:1 天,连课次数:4 节连上,连课方式:连续上,说明:适合周学时 4 的课程。
    场景 4:每周 3 天,每次 2 节
    连课:3 天,连课次数:2 节连上,连课方式:连续上,说明:适合周学时 6 的课程。
    重要提示:连课字段不要只填一部分。只要填写了 “连课”,就必须同时填写 “连课次数” 和 “连课方式”。
  4. 合班课填写
    ・合班课表示多个班级一起上同一门课。
    ・授课班级可以填写班级组,也可以填写多个班级名称,建议使用班级组维护。
    ・合排课字段填写 “合班课”。
    ・合班课仍然必须填写授课课程、授课班级、任课老师、上课场地、周学时。
    示例:思想政治 / 21 级生物制药 1 班 / 21 级健康服务 1 班 / 樊老师 / 2-A414 / 周学时 2 / 合排课 合班课。
  5. 选修课填写
    ・选修课表示多个可选课程需要作为一组进行排课。
    ・合排课字段必须填写 “选修课”。
    ・选修课必须填写 “关联表”,用于说明这一组选修课中每个选项对应的课程、老师、场地。
    ・授课课程、任课老师、上课场地可以填写组,也可以填写多个名称;名称必须存在于对应基础名单或组名单。
  6. 关联表填写格式
    选修课关联表标准格式:课程,老师,场地 / 课程,老师,场地
    ・每一个选修项由课程、老师、场地三部分组成。
    ・同一个选修项内部用英文逗号或中文逗号分隔,建议统一使用英文逗号。
    ・多个选修项之间用 “/” 分隔。
    ・关联表中的课程、老师、场地必须在对应基础名单中存在。
    示例:体能训练,朱老师,4-C303 / 形体训练,张老师,操场
    解读:这一行选修课包含两个选项,第一个是 “体能训练 + 朱老师 + 4-C303”,第二个是 “形体训练 + 张老师 + 操场”。
    六、导入前检查清单
    ・Sheet 名称没有修改。
    ・老师、班级、课程、场地名称没有重复。
    ・组名单里的成员都能在对应基础名单中找到。
    ・全校计划里的课程、班级、老师、场地都能在基础名单或组名单中找到。
    ・连课字段要么全部留空,要么连课、连课次数、连课方式全部填写。
    ・合班课和选修课已填写合排课。
    ・选修课已填写关联表,且格式为 “课程,老师,场地 / 课程,老师,场地”。

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CSP+启发式*算法:(约束满足问题) 用于生成满足硬约束的初始解

1. 数据初始化

  1. 科学需求收集:收集每个班级需要上的课程和对应课时数
  2. 教师任务分配:将每个教师需要教授的课程、班级和课时数整理成任务列表
  3. 初始化空课表

    1. 初始化一个三维数组,第一维:周次,第二维:节次,第三维:班级
    2. 数组中每个元素初始值设置为0
    3. 在后续的算法中,这些位置会被填充为对应的课程 ID
  4. 教师工作量优先级:对教师授课课时数进行排序,工作量大的教师优先安排

    1. 这是CSP(约束满足问题)算法中常用的启发式策略之一
    2. 这样可以减少后期冲突
    3. 解释了为什么体育课排在第一节的频率比较高
  5. 设置课程优先时间槽:课程可以安排在哪些节次上

    1. 主课程语数英优先安排在上午
    2. 体育课不安排在中午
    3. 没有设置优先级的课程可分配在任何时间
    4. 如果课程根据优先级未能完全安排,尝试其他时间槽
  6. 避免冲突核心实现:每次安排课程时都会检查:

    1. 该班级在这个时间段是否已有课程
    2. 该教师在这个时间段是否已在其他班级上课
  7. 排课

    1. 把课程id赋值给以周次、节次、班级为三维数组的课表
    2. 保证课程数量

GA遗传算法: 用于优化CSP初始解,使其更好地满足软约束

  1. 初始化种群:

    1. 使用CSP算法生成一个满足硬约束的初始解,然后通过对该解进行多次随机变异来生成初始种群中的其他个体,确保种群多样性
  2. 适应度:适应度函数评估每个课表方案的质量,考虑了多种约束条件:

    1. 硬约束(教师冲突、课程数量)有较大惩罚权重
    2. 软约束(不合理时间槽、课程分布不均、连续相同课程)有较小惩罚权重
  3. 选择:

    1. 精英选择:保留适应度最高的 elite_size 个个体直接进入下一代,确保最优解不会丢失
    2. 父代选择:使用轮盘赌方法选择父代,适应度越高的个体被选中的概率越大,但低适应度个体仍有机会被选中,保持种群多样性
  4. 交叉:

    1. 交叉操作按班级进行,对每个班级有50%的概率交换两个父代的课表,生成两个新的子代
    2. 通过组合父代个体的优良基因,生成兼具双方优势的新解,从而在解空间中高效探索更优区域
  5. 变异:

    1. 变异操作以 mutation_rate 的概率随机选择一个班级,然后随机交换该班级的两个课程时间槽,增加种群多样性
    2. 变异是遗传算法中增加种群多样性的重要机制,防止算法陷入局部最优解

交叉 vs. 变异的协同作用

操作目的优点缺点
交叉重组优质基因高效、方向性强依赖种群多样性
变异引入随机性避免早熟收敛改进速度慢

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