Введение
1 Учебный план образовательной программы как объект исследования 14
1.1 Основные документы поддержки задач планирования учебного процесса 14
1.1.1 Назначение и общая характеристика учебного плана 14
1.1.2 Структура построения учебного плана 17
1.2 Процедура составления учебного плана образовательной программы .19
1.2.1 Обобщённая схема планирования учебного процесса 19
1.2.2 Ограничения на структуру и параметры учебного плана 21
1.3 Анализ существующих программных средств поддержки процесса составления учебных планов 24
1.4 Анализ возможностей формализации критериальной оценки эффективности учебных планов 27
1.4.1 Проблемы оценки эффективности учебного плана 27
1.4.2 Критериальная стратегия решения задачи оптимизации учебного плана 31
1.5 Анализ возможностей методов поисковой оптимизации как
инструментов построения учебных планов 34
1.5.1 Точные методы решения задачи оптимального расписания 34
1.5.2 Приближённые списочные алгоритмы составления оптимальных расписаний 37
1.5.3 Приближённые эвристические алгоритмы составления оптимальных расписаний 39
1.6 Эволюционно-генетический алгоритм как метод решения экстремальных задач 43
1.6.1 Общая характеристика эволюционно-генетических алгоритмов 43
1.6.2 Генетическая модель оптимизируемого объекта 44
1.6.3 Основные операции функционирования генетического алгоритма. Мутация 46
1.6.4 Основные операции функционирования генетического алгоритма. Кроссинговер 47
1.6.5 Основные операции функционирования генетического алгоритма. Отбор особей в новое поколение 49
1.6.6 Некоторые итоги по перспективам использования ЭГА 51
1.7 Выводы по первой главе 52
2 Эволюционно-генетическая модель учебного плана образовательной программы 54
2.1 Математическая модель учебного плана образовательной программы .54
2.1.1 Математическая формализация понятия учебного плана 54
2.1.2 Параметры и ограничения учебного плана 56
2.2 Критериальная стратегия оценки качества учебного плана 59
2.2.1 Общая характеристика подхода 59
2.2.2 Оценки равномерности освоения знаний 60
2.2.3 Оценка близости зависимых дисциплин 61
2.2.4 Оценка интенсивности изучения дисциплин 63
2.2.5 Нормализация частных оценок и построение обобщающего критерия 63
2.3 Генетическая модель учебного плана образовательной программы 65
2.3.1 Возможные концепции построения генетической модели УПОП...65
2.3.2 Почасовая генетическая модель 65
2.3.3 Поэлементная генетическая модель 66
2.3.4 Семестровая генетическая модель 67
2.3.5 Дисциплинарная генетическая модель 67
2.3.6 Структура особи на основе ДГМ 68
2.4 Эволюционно-генетическая модель популяций УПОП 69
2.4.1 Структура и свойства популяции особей на основе ДГМ 69
2.4.2 Принцип формирования особей первого поколения 70
2.4.3 Алгоритм формирования особей первого поколения 72
2.4.4 Отбор особей для скрещивания 75
2.4.5 Операция кроссинговера 78
2.5 Перспективы структурно-параметрической модификации ЭГА применительно к задачам субоптимального конструирования УПОП 85
2.6 Выводы по второй главе 90
3 Субоптимизация эволюционно-генетического алгоритма построения учебных планов 91
3.1 Эволюционно-генетический алгоритм составления УПОП как объект оптимизации 91
3.2 Выбор схемы эксперимента по оптимизации ЭГА применительно к задаче построения УПОП 93
3.3 Исследование и оптимизация механизма отбора родительских пар 96
3.3.1 Структура задачи и выбор схемы эксперимента 96
3.3.2 Проведение предварительного эксперимента 97
3.3.3. Обработка и анализ результатов предварительного эксперимента.98
3.3.4 Исследование эффективности отбора родительских пар в ЭГА на основе методов т2, т3, т4 и т5 102
3.3.5 Исследование эффективности отбора родительских пар в ЭГА на основе методов m,, т2, т3 108
3.3.6 Выводы по результатам исследования механизма формирования родительских пар 115
3.4 Исследование и оптимизация механизма мутации 116
3.4.1 Постановка задачи 116
3.4.2 Проведение исследований 116
3.4.4 Выводы по результатам исследования механизма мутации 126
3.5 Исследование и оптимизация механизма кроссинговера 127
3.5.1 Постановка задачи и выбор схемы исследования 127
3.5.2 Поиск оптимального значения поправочного коэффициента 128
3.6 Исследование и оптимизация механизма старения 131
3.6.1 Выбор структура эксперимента 131
3.6.2 Проведение исследований 132
3.7. Выводы по третьей главе 136
4. Программный комплекс построения субоптимальных учебных планов образовательных программ 139
4.1. Общая характеристика информационной системы 139
4.1.1 Общая характеристика комплекса 139
4.1.2 Информационно-функциональная структура комплекса 140
4.1.3 Интерфейс интерактивного взаимодействия с PC CAD 142
4.2 Структурно-топологическая схема УПОП 145
4.2.1 Общая характеристика структурно-топологической схемы 145
4.2.2 Функционально ориентированные области СТС 146
4.2.3 Сопряжение СТС с официальной формой учебного плана 148
4.3. Мастер формирования исходных данных для задачи составления УПОП 151
4.3.1 Объектная модель УПОП как основа для построения МФИД 151
4.3.2 Система наследования в четырехуровневой объектной модели УПОП 153
4.3.3 Расширение четырехуровневой объектной модели УПОП 159
4.4 Реализация эволюционно-генетического алгоритма 161
субоптимизации УПОП 161
4.4.1 Общая характеристика генетического алгоритма оптимизации учебного плана специальности 161
4.4.2 Объектная модель генетического алгоритма оптимизации учебного плана специальности 162
4.4.3 Применение эволюционно-генетического алгоритма для субоптимизации реальных учебных планов 166
4.5 Выводы по четвертой главе 171
Заключение
