🎓 智慧排课系统

基于遗传算法的高校智慧排课系统，支持多约束条件、多方案生成与对比、前端可视化及手动微调。

技术栈

层次	技术
前端	Vue 3 + Vite + Element Plus + Vue Router
后端	FastAPI + Uvicorn + WebSocket
算法	Python 遗传算法（自实现）
数据库	PostgreSQL 16 + SQLAlchemy 2.0
容器化	Docker + Docker Compose

---

项目结构

Archiproj/
├── Data/                    # 原始 Excel 数据
├── Database/                # 数据库模块
│   ├── db_config.py         # 连接配置
│   ├── models.py            # SQLAlchemy ORM 模型（10张表）
│   ├── create_tables.py     # 建表脚本
│   └── import_data.py       # Excel 批量导入
├── Algorithm/               # 遗传算法
│   ├── chromosome.py        # 染色体 / 基因数据结构
│   ├── constraints.py       # 硬约束 + 软约束检测
│   ├── fitness.py           # 适应度函数
│   ├── operators.py         # 选择 / 交叉 / 变异算子
│   └── scheduler.py         # 算法主入口
├── Backend/                 # FastAPI 后端
│   ├── main.py              # 应用入口（CORS、路由注册）
│   ├── schemas.py           # Pydantic 数据模型
│   └── routers/
│       ├── data.py          # 基础数据 CRUD 接口
│       ├── schedule.py      # 排课触发 / 方案管理
│       └── ws.py            # WebSocket 进度推送
├── Frontend/                # Vue.js 前端
│   ├── src/
│   │   ├── api/index.js     # Axios 封装 + WS 工厂
│   │   ├── router/index.js  # 路由配置
│   │   ├── components/
│   │   │   └── WeeklyTable.vue  # 周课表核心组件
│   │   └── views/
│   │       ├── RunScheduleView.vue   # 启动排课 + 实时进度
│   │       ├── SolutionsView.vue     # 方案管理（确认/删除）
│   │       ├── ScheduleView.vue      # 课表视图 + 手动调整
│   │       ├── CompareView.vue       # 多方案对比
│   │       └── DataManageView.vue    # 数据管理（教师/班级/教室/任务）
│   ├── Dockerfile.frontend
│   └── nginx.conf
├── Dockerfile.backend
├── docker-compose.yml
└── requirements.txt

---

快速启动

方式一：Docker Compose（推荐）

# 1. 启动所有服务（数据库 + 后端 + 前端）
docker-compose up -d

# 2. 导入示例数据
docker exec schedule_backend python -m Database.import_data --data-dir Data

# 3. 访问前端
# http://localhost

# 4. 访问 API 文档
# http://localhost:8000/docs

方式二：本地开发环境

前置要求

• Python 3.11+
• Node.js 18+
• PostgreSQL 16

1. 安装 Python 依赖

pip install -r requirements.txt

2. 配置数据库

编辑 Database/db_config.py 或设置环境变量：

# Windows (cmd)
set DB_HOST=localhost
set DB_PORT=5432
set DB_NAME=schedule_db
set DB_USER=postgres
set DB_PASS=postgres

# Linux/macOS
export DB_HOST=localhost
...

3. 初始化数据库并导入数据

# 建表
python -m Database.create_tables

# 导入示例数据
python -m Database.import_data --data-dir Data

4. 启动后端

uvicorn Backend.main:app --reload --host 0.0.0.0 --port 8000

5. 启动前端

cd Frontend
npm install
npm run dev
# 访问 http://localhost:5173

---

功能说明

排课流程

启动排课页 → 配置参数 → 触发 GA → WebSocket 实时进度
         → 生成 N 个备选方案 → 方案管理页查看
         → 选择方案查看课表 → 手动微调 → 确认方案

遗传算法约束

硬约束（必须满足）

编号	约束描述
H1	同一教师不能在同一时间排两门课
H2	同一教室不能在同一时间排两门课
H3	同一班级不能在同一时间排两门课
H4	教室容量 ≥ 教学班人数
H5	教室类型需符合课程要求（机房/多媒体/实训室）
H6	教师与班级须在同一校区上课

软约束（尽量满足）

编号	约束描述	权重
S1	连排课安排在相邻节次	50
S2	优先使用指定教室	30
S3	优先使用指定时间	30
S4	高优先级课程安排在早节次	20
S5	课程在各天均匀分布	10
S6	避免教师连续多节排课	10

时间节次定义

节次槽	对应节次	时间段
1	第 1-2 节	08:00–09:40
2	第 3-4 节	10:00–11:40
3	第 5-6 节	14:00–15:40
4	第 7-8 节	16:00–17:40
5	第 9-10 节	19:00–20:40

主要 API

方法	路径	说明
GET	/api/semesters	获取学期列表
GET	/api/teachers	教师列表（支持姓名/院系筛选）
GET	/api/classrooms	教室列表（支持类型/容量筛选）
POST	/api/schedule/run	触发排课（返回 job_id）
GET	/api/schedule/jobs/{job_id}	查询排课进度
GET	/api/schedule/solutions	获取方案列表
GET	/api/schedule/timetable	按班级/教师/教室查询课表
PUT	/api/schedule/items/{id}	手动调整排课条目
POST	/api/schedule/solutions/{id}/confirm	确认排课方案
WS	/ws/schedule-progress/{job_id}	实时进度推送

完整 Swagger 文档：http://localhost:8000/docs

---

数据库表结构

表名	说明
departments	部门/院系
majors	专业
classes	班级
teachers	教师
courses	课程库
buildings	教学楼
classrooms	教室
scheduling_tasks	排课任务
schedule_solutions	排课方案集
schedule_items	排课结果条目

---

开发说明

调整 GA 参数

在 Algorithm/scheduler.py 的 DEFAULT_PARAMS 中修改：

DEFAULT_PARAMS = {
    "population_size":  100,    # 种群大小（越大效果越好，但越慢）
    "max_generations":  300,    # 最大代数
    "n_solutions":      5,      # 输出方案数量
    "stagnation_limit": 50,     # 停滞终止代数
    ...
}

重置数据库

python -m Database.create_tables --drop   # 删除所有表
python -m Database.create_tables          # 重新建表
python -m Database.import_data            # 重新导入数据