基于JavaGUI的高校教务排课管理系统设计与实现

落日映苍穹つ 2023-10-15 17:23 3阅读 0赞

目录  
基于着色理论的排课问题研究 1  
一、绪论 1  
（一）、研究背景和意义 2  
（二）、国内外研究现状 2  
1.国外研究现状 2  
2.国内研究现状 3  
（三）、本文主要任务 3  
二、图论基本概念和理论 4  
（一）图的分类 4  
（二）、着色理论 5  
1．图的染色 5  
三、 排课问题算法分析与比较 6  
1.动态规划法 6  
2.模拟退火算法 7  
3.遗传算法 7  
4.蚁群算法 8  
5.禁忌搜索算法 8  
四、排课问题研究 9  
（一）、排课问题因素 9  
(二)、排课约束条件 9  
（三）、排课问题的求解目标 10  
（四）、基于着色理论的排课算法及实例 10  
1.教师与班级建立关系图 10  
2.边着色理论分配时间 11  
3.实例 13  
4.排课模型图的优化 16  
5.排课模型图的赋值 16  
五、Java编程实现排课问题的解决 17  
1.设计过程 17  
2.效果截图 23  
五、总结与展望 25  
（三）、本文主要任务  
本文从排课问题的研究背景、意义及研究现状，分析排课问题的必要性，研究探讨了几种解决排课问题的算法，结合实例分析比较它们的优点和缺点，最终结合图论着色理论给出一种排课算法。  
第一章绪论。介绍本文的研究背景及意义、排课问题研究现状和本文研究内容。  
第二章图论基本概念和理论。概述图论有关概念以及着色理论，包括图的分类、点染色、边染色和全染色等着色理论。  
第三章排课问题算法分析与比较。分析研究几种经典的排课问题算法，比较其优缺点。  
第四章排课问题研究。分析排课问题因素和约束条件，并且结合学校排课实例给出图染色排课算法的应用，解决教师、班级、教室的时间冲突现象。  
第五章总结与展望。总结本文工作，指出本文研究不足之处，以及下一步要做的进一步研究工作。  
二、图论基本概念和理论  
（一）图的分类  
1.无向图：边集E(G)为无方向边的集合，任意一条边都代表u连v，以及v连u，每条边都是双向的。如图1所示。  
2.有向图：边集E(G)为有方向边的集合，每条边都是单向的，即只能由一个点指向另一个点。如图2所示。  
3.带权图：边集E(G)是每条边上有权值的边的集合，同理，带权图也有有向带权图和无向带权图之分，当然，不加权的图可以看成所有边上的权值都是 1。如图3  
4.完全图：对于图中任意两个顶点都是相邻的，称之为完全图，如图4所示。  
5.无向完全图：在阶无向图中，图中任意两个顶点间都有一条边相连，则该图称为无向完全图，如图4所示。  
6.有向完全图：在阶有向图中，图中任意两个顶点间都有方向相反的边相连，该图称为有向完全图,如图5所示。  
7.二部图：设无向图图中,如果图中顶点集 V 可划分为两个互不相交的非空子集X和Y，并且图中的每条边有一个端点属于子集X，另一个端点属于子集Y，则称图G为一个二部图,如图6所示。  
8.简单图:在无向图中，如果关联一对顶点的无向边多于一条，则称这些边为平行边，平行边的条数称为重数。而自环是两端连接着同一端点的边，那么既无环也无平行边的图就是简单图。

package view;
    
    import java.awt.EventQueue;
    
    import javax.swing.JFrame;
    import javax.swing.JPanel;
    import javax.swing.JScrollPane;
    import javax.swing.JTable;
    import javax.swing.SpinnerNumberModel;
    import javax.swing.border.EmptyBorder;
    import javax.swing.table.DefaultTableCellRenderer;
    
    import clazz.ClassRoom;
    import clazz.Course;
    import clazz.CourseForm;
    import clazz.Teacher;
    import clazz.Class;
    
    import javax.swing.JLabel;
    import javax.swing.JOptionPane;
    
    import java.awt.Font;
    import java.awt.event.ActionEvent;
    import java.awt.event.ActionListener;
    import java.io.BufferedReader;
    import java.io.File;
    import java.io.FileInputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.InputStreamReader;
    import java.util.HashSet;
    import java.util.LinkedList;
    import java.util.Random;
    
    import java.util.Set;
    
    import javax.swing.JButton;
    import javax.swing.JSpinner;
    import javax.swing.JTextField;
    
    /**
     * @author WeiPingLiu 排课显示主界面
     */
    public class Show extends JFrame {
        
    
    	/**
    	 * 
    	 */
    	private static final long serialVersionUID = 1L;
    	private JPanel contentPane;
    	private static LinkedList<Class> classList = new LinkedList<>();
    	private static LinkedList<ClassRoom> classroomList = new LinkedList<>();
    	private static LinkedList<Course> courseList = new LinkedList<>();
    	private static LinkedList<Teacher> teacherList = new LinkedList<>();
    	private static Set<String> preCouse = new HashSet<>();
    	private static Set<String> having_preCourse = new HashSet<>();
    	private static LinkedList<String> temList1;
    	private static LinkedList<String> temList2;
    	private JTextField textField;
    
    	/**
    	 * Launch the application.
    	 */
    	public static void main(String[] args) {
        
    		EventQueue.invokeLater(new Runnable() {
        
    			public void run() {
        
    				try {
        
    					Show frame = new Show();
    					frame.setVisible(true);
    				} catch (Exception e) {
        
    					e.printStackTrace();
    				}
    			}
    		});
    	}
    
    	/**
    	 * Create the frame.
    	 */
    	public Show() {
        
    		setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
    		setBounds(100, 100, 461, 371);
    		contentPane = new JPanel();
    		contentPane.setBorder(new EmptyBorder(5, 5, 5, 5));
    		setContentPane(contentPane);
    		contentPane.setLayout(null);
    
    		JLabel Label1 = new JLabel("排课程序");
    		Label1.setFont(new Font("造字工房言宋（非商用）常规体", Font.PLAIN, 38));
    		Label1.setBounds(148, 27, 165, 72);
    		contentPane.add(Label1);
    
    		try {
        
    			BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(
    					new FileInputStream(new File("src/data/Class.txt")), "GBK"));
    			String line;
    			while ((line = br.readLine()) != null) {
        
    				String[] result = line.split(" ");
    				classList.add(new Class(Integer.parseInt(result[0]), result[1],
    						Integer.parseInt(result[2])));
    			}
    			br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(
    					new File("src/data/ClassRoom.txt")), "GBK"));
    			while ((line = br.readLine()) != null) {
        
    				String[] result = line.split(" ");
    				classroomList.add(new ClassRoom(Integer.parseInt(result[0]),
    						result[1], Integer.parseInt(result[2])));
    			}
    			br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(
    					new File("src/data/Course.txt")), "GBK"));
    			while ((line = br.readLine()) != null) {
        
    				String[] result = line.split(" ");
    				courseList.add(new Course(Integer.parseInt(result[0]),
    						result[1], Integer.parseInt(result[2])));
    				for (int i = 3; i < result.length; i++) {
        
    					courseList.getLast().precourse.add(result[i]);
    					preCouse.add(result[i]);
    					having_preCourse.add(result[1]);
    				}
    			}
    			br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(
    					new File("src/data/Teacher.txt")), "GBK"));
    			while ((line = br.readLine()) != null) {
        
    				String[] result = line.split(" ");
    				teacherList.add(new Teacher(Integer.parseInt(result[0]),
    						result[1]));
    				for (int i = 2; i < result.length; i++) {
        
    					if (result[i].length() == 1 && result[i].charAt(0) <= 'z'
    							&& result[i].charAt(0) >= 'a') {
        
    						teacherList.getLast().getSq().getList()
    								.remove(result[i].charAt(0) - 'a');
    					} else
    						teacherList.getLast().teachCourse.add(result[i]);
    				}
    			}
    		} catch (IOException e) {
        
    			e.printStackTrace();
    		}
    
    		JButton Button1 = new JButton("开始排课");
    		Button1.setBounds(100, 100, 100, 27);
    		contentPane.add(Button1);
    
    		JButton Button2 = new JButton("指定学期课表");
    		Button2.setBounds(210, 151, 140, 27);
    		contentPane.add(Button2);
    
    		JButton Button3 = new JButton("指定老师课表");
    		Button3.setBounds(211, 207, 139, 27);
    		contentPane.add(Button3);
    
    		JButton Button4 = new JButton("所有学期课表");
    		Button4.setBounds(102, 261, 248, 27);
    		contentPane.add(Button4);
    
    		JButton Button5 = new JButton("退出程序");
    		Button5.setBounds(237, 100, 113, 27);
    		contentPane.add(Button5);
    
    		final JSpinner spinner1 = new JSpinner(new SpinnerNumberModel(1, 1, 5,
    				1));
    		spinner1.setBounds(100, 152, 80, 24);
    		contentPane.add(spinner1);
    
    		textField = new JTextField();
    		textField.setBounds(100, 208, 86, 24);
    		contentPane.add(textField);
    		textField.setColumns(10);
    
    		Button1.addActionListener(new ActionListener() {
        
    			@Override
    			public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        
    				// TODO Auto-generated method stub
    				System.out.println("排课中。。。");
    				Arranging();
    				System.out.println("排课成功。");
    				JOptionPane.showMessageDialog(contentPane, "排课成功", "成功", 1);
    			}
    		});
    
    		Button2.addActionListener(new ActionListener() {
        
    
    			@Override
    			public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        
    				// TODO Auto-generated method stub
    				int number = (int) spinner1.getValue();
    				showClass(number);
    			}
    		});
    
    		Button3.addActionListener(new ActionListener() {
        
    
    			@Override
    			public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        
    				// TODO Auto-generated method stub
    				String name = textField.getText();
    				showTeacher(name);
    			}
    		});
    
    		Button4.addActionListener(new ActionListener() {
        
    
    			@Override
    			public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        
    				// TODO Auto-generated method stub
    				for (Class x : classList) {
        
    					ShowAll(x.observed, x.getName() + "的班级课表");
    				}
    			}
    		});
    
    		Button5.addActionListener(new ActionListener() {
        
    
    			@Override
    			public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        
    				// TODO Auto-generated method stub
    				System.exit(0);
    			}
    		});
    	}
    
    	/**
    	 * @param grade
    	 * 显示班级学期的课程表
    	 */
    	private static void showClass(int grade) {
        
    		for (Class x : classList) {
        
    			if (x.getGrade() == grade) {
        
    				ShowAll(x.observed, x.getName() + "的班级课表");
    				return;
    			}
    		}
    
    	}
    
    	/**
    	 * @param teachername
    	 * 显示老师的课程表
    	 */
    	private static void showTeacher(String teachername) {
        
    		for (Teacher x : teacherList) {
        
    			System.out.println(x.getName());
    			if (x.getName().equals(teachername)) {
        
    				ShowAll(x.observed, x.getName() + "的课表");
    				// return;
    			}
    		}
    	}
    
    	/**
    	 * @param list
    	 * @param string
    	 * 显示所有学期的课程表
    	 */
    	private static void ShowAll(String[] list, String string) {
        
    		JFrame frame = new JFrame(string);
    		JTable table = new JTable(new CourseForm(list));
    		// 设置表数据居中显示
    		DefaultTableCellRenderer cr = new DefaultTableCellRenderer();
    		cr.setHorizontalAlignment(JLabel.CENTER);
    		table.setDefaultRenderer(Object.class, cr);
    		table.setRowHeight(120);
    		JScrollPane pane = new JScrollPane(table);
    		frame.getContentPane().add(pane);
    		// frame.pack();
    		frame.setSize(1200, 600);
    		frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.DISPOSE_ON_CLOSE);
    		frame.setVisible(true);
    	}
    
    	/**
    	 * 开始排课
    	 */
    	private static void Arranging() {
        
    		//contains（）,该方法是判断字符串中是否有子字符串。如果有则返回true，如果没有则返回false。
    		for (Course cou : courseList) {
         // for循环遍历课程集合
    			Teacher tea = null; // 老师实体类初始化
    			Class cla = null; // 班级实体类初始化
    			// 将set对象集合的内容作为条件进行分支判断
    			if (preCouse.contains(cou.getName())) {
        
    				for (Class x : classList) {
        	//遍历班级对象
    					if (x.getGrade() == 1) {
        
    						cla = x;
    						break;
    					}
    				}
    				for (Teacher x : teacherList) {
        	//遍历教师对象
    					if (x.teachCourse.contains(cou.getName())) {
        
    						tea = x;
    						break;
    					}
    				}
    
    				order(tea, cla, cou);
    
    			} else if (having_preCourse.contains(cou.getName())) {
        
    				int max = 0;
    				for (Class x : classList) {
        	//遍历班级对象
    					if (x.getSq().getList().size() > max && x.getGrade() != 1) {
        
    						cla = x;
    						max = x.getSq().getList().size();
    					}
    				}
    				for (Teacher x : teacherList) {
        	//遍历教师对象
    					if (x.teachCourse.contains(cou.getName())) {
        
    						tea = x;
    						break;
    					}
    				}
    				order(tea, cla, cou);
    			} else {
        
    				int max = 0;
    				for (Class x : classList) {
        	//遍历班级对象
    					if (x.getSq().getList().size() > max) {
        
    						cla = x;
    						max = x.getSq().getList().size();
    					}
    				}
    				for (Teacher x : teacherList) {
        	//遍历教师对象
    					if (x.teachCourse.contains(cou.getName())) {
        
    						tea = x;
    						break;
    					}
    				}
    				//调用排课算法
    				order(tea, cla, cou);
    			}
    		}
    	}
    
    	// 从LinkedList<String>中随机取出timesPerWeek个元素组成的LinkedList<String>
    	private static LinkedList<String> randList(LinkedList<String> list,
    			int timesPerWeek) {
        
    		LinkedList<String> subList = new LinkedList<String>();
    		Random rand = new Random();
    		int j = 0;
    		while (true) {
        
    			String m = list.get(rand.nextInt(list.size()));
    
    			if (!subList.contains(m)) {
        
    				subList.add(m);
    				j++;
    			}
    			if (j == timesPerWeek) {
        
    				break;
    			}
    		}
    		return subList;
    	}
    
    	/**
    	 * @param te 教师对象
    	 * @param cl 班级对象
    	 * @param co 课程对象
    	 * 排序算法
    	 */
    	@SuppressWarnings("unchecked")
    	private static void order(Teacher te, Class cl, Course co) {
        
    		temList1 = (LinkedList<String>) (te.getSq().getList().clone());	//temList1存放原教师空闲时间
    		te.getSq().getList().retainAll(cl.getSq().getList());	//求教师与学生时间交集  
    		if (te.getSq().getList().size() < co.getTimesWeek()) {
        
    			JOptionPane.showMessageDialog(null, "老师和同学公共可利用时间不足安排", "安排失败", 1);
    			System.out.println("老师和同学公共可利用时间不足安排" + co.getName());
    		}
    		temList2 = randList(te.getSq().getList(), co.getTimesWeek());	//temList2存放教师与学生时间交集,取出教师和学生的一定次数的随机组合  
    		cl.getSq().getList().removeAll(temList2);	//移去被分去的时间  
    		te.getSq().setList(temList1);	//恢复temList1中时间  
    		te.getSq().getList().removeAll(temList2);	//移去被分去的时间
    		// System.out.println(cl.getSq().getList().size());
    		for (String x : temList2) {
        
    			int max = 1000;
    			ClassRoom selectRoom = null;
    			for (ClassRoom y : classroomList) {
        	//课程教室地点分配，循环遍历教室对象
    				if (y.getSq().getList().contains(x)
    						&& y.getCapacity() - cl.getSum() < max
    						&& y.getCapacity() - cl.getSum() >= 0) {
        	//将集合内的对象进行比较
    					max = y.getCapacity() - cl.getSum();
    					selectRoom = y;
    				}
    			}
    			if (selectRoom != null) {
        
    				selectRoom.getSq().getList().remove(x);
    			} else {
        
    				System.out.println("教室资源不够。");
    				JOptionPane.showMessageDialog(null, "教室资源不够。", "提示", 1);
    				return;
    			}
    			//向教师实体类中的数组存入排课后的信息内容
    			te.observed[x.charAt(0) - 'a'] = co.getName() + " " + cl.getName()
    					+ " " + selectRoom.getName();
    			cl.observed[x.charAt(0) - 'a'] = co.getName() + " " + te.getName()
    					+ " " + selectRoom.getName();
    		}
    	}
    }

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