Автоматизированная система составления расписания учебных занятий на основе нейронных сетей

Искусственные нейронные сети в последнее время все больше получают широкое применение в областях науки, медицины, экономики, бизнеса, робототехники и др. За последние несколько лет интерес к искусственным нейронным сетям возрос в несколько раз. Впечатляющий успех нейронных сетей определяется наличием мощного метода моделирования, позволяющего воспроизводить чрезвычайно сложные зависимости, а также возможностью успешно самообучаться на примерах [6]. Искусственные нейронные сети способны решать широкий спектр задач обработки и анализа данных, распознавания и классификаций объектов, прогнозирования, принятие решений, управление и прочее [11].

В данной работе искусственная нейронная сеть рассматривается как инструмент при разработке расписаний. На сегодняшний день расписание охватывает все сферы жизнедеятельности, почти любая организация или учреждение, независимо от того, в какой области она специализируется, имеют расписание. Также расписание является неотъемлемой частью в рабочем процессе учебных учреждений. Грамотно составленное расписание позволяет с пользой использовать рабочее время и увеличивать производительность,

Набережночелнинский институт (филиал) К(П)ФУ является одним из лучших образовательных учреждений высшего и среднего профессионального образования в городе и Республике. Активное развитие не только образовательной деятельности, но и повышение её информатизации даст большие возможности для сотрудников и студентов, а также снизит затраты времени на поиск и обработку информации.

В наше время существует много разных систем для составления расписания, но практически нет таких, которые формируют его самостоятельно. Везде требуется многочасовые работы по его составлению.

Актуальность работы заключается в том, чтобы процесс разработки расписания учебных занятий сделать максимально упрощенным и удобным. Оптимальное расписание должно учитывать много факторов и автоматизировать данный процесс не просто, но есть возможность сделать большую часть работы по составлению расписания автоматизированной.

Целью работы является разработка автоматизированной информационной системы с использованием искусственной нейронной сети, как одного из инструментов при разработке расписания.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. провести анализ деятельности Инженерно-экономического

колледжа;

2. провести анализ бизнес-процесса составления расписания

занятий;

3. провести анализ существующих решений на рынке;

4. разработать техническое задание для автоматизированной информационной системы расписания занятий;

5. провести проектирование автоматизированной информационной системы расписания занятий;

6. подобрать необходимый алгоритм для нейронной сети;

7. разработать автоматизированную информационную систему «Расписание»;

8. разработать формы вывода расписания для пользователей.

ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................... 5

1 Анализ требований на разработку автоматизированной информационной системы 8

1.1 Описание деятельности организации ....................................... 8

1.2 Описание проблемы организации .......................................... 10

1.3 Анализ бизнес-процессов ....................................................... 13

1.4 Разработка технического задания для автоматизированной

информационной системы ...................................................................... 15

1.4.1 Пользовательские требования ......................................... 15

1.4.2 Функциональные и нефункциональные требования ....... 21

1.5 Анализ существующих решений ............................................ 24

1.6 Вывод по главе ....................................................................... 31

2 Проектирование автоматизированной информационной системы на основе нейронных сетей ......................................................................................... 33

2.1 Классификация и принципы обучения многослойных нейронных

сетей ......................................................................................................... 33

2.2 Компьютерное моделирование нейронных сетей на языке Python

.................................................................................................................. 39

2.3 Проектирование интерфейса .................................................. 41

2.4 Осуществление взаимодействия между Python и................... C# 44

2.5 Вывод по главе ....................................................................... 47

3 Реализация автоматизированной информационной системы 49

3.1 Разработка упрощенной модели для обучения нейронной сети ..49

3.2 Реализация программы на Python для составления расписания .. 51

3.3 Реализация пользовательского приложения ......................... 60

3.4 Вывод по главе ....................................................................... 63

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................. 64

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ......................... 67

ПРИЛОЖЕНИЕ А ............................................................................. 69

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 77

1. Исаченко, О. В. Программное обеспечение компьютерных сетей: учебное пособие / О.В. Исаченко. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва: ИНФРА- М, 2021. — 158 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978-5-16­015447-3. - Текст: электронный. -

URL: https: //znanium. com/catalog/product/1189344.

2. Коваленко, В. В. Проектирование информационных систем : учебное пособие / В.В. Коваленко. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 357 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI

10.12737/987869. - ISBN 978-5-00091-637-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/987869.

3. Буч Г. Язык UML. Руководство пользователя / Г. Буч, Д. Рамбо, И. Якобсон. - 2-е изд.: Пер. с англ. Н. Мухин. - Москва : ДМК Пресс, 2019 - 496 с.:ил .-ISBN 5-94074-334-X.- URL: https://znanium.com/catalog/product/409294 - Текст: электронный.

4. Гагарина Л. Г. Разработка и эксплуатация автоматизированных информационных систем: учебное пособие/ Л. Г. Гагарина. - Москва: ФОРУМ : ИНФРА-М, 2019. - 384 с. - (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978­5-6916-106202-9. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1003025 - Текст: электронный.

5. Гагарина Л. Г. Технология разработки программного обеспечения: учебное пособие/ Л.Г. Гагарина, Е.В. Кокорева, Б.Д. Сидорова-Виснадул; под ред. Л.Г. Гагариной. - Москва: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2021. - 400 с. - (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978-5-8199-0812-9. - URL:

https://znanium.com/catalog/product/1189951 - Текст: электронный.

6. Дадян, Э. Г. Данные: хранение и обработка : учебник / Э. Г. Дадян. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 205 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978-5-16-016447-2. - Текст : электронный. - URL:

https://znanium.com/catalog/product/1149101 - Текст: электронный.

7. Заботина Н. Н. Методы и средства проектирования информационных систем: учебное пособие / Н. Н. Заботина. - Москва: ИНФРА-М, 2020. - 331 с. - (Высшее образование). - ISBN 978-5-16-104187-1. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1043093 - Текст: электронный.

8. Леоненков А. В. Самоучитель UML: Самоучитель / Леоненков А.В., - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб: БХВ-Петербург, 2019. - 418 с. ISBN 978-5­9775-1216-9 - URL: https://znanium.com/catalog/product/939591 - Текст:

электронный.

9. Рудинский И. Д. Технология проектирования автоматизированных систем обработки информации и управления: Учебное пособие для вузов / Рудинский И.Д. - Москва: Гор. линия-Телеком, 2019. - 304 с. (Учебное пособие для высших учебных заведений) ISBN 978-5-9912-0148-3 - URL: https://znanium.com/catalog/product/561194 - Текст: электронный.

10. Методические указания по оформлению выпускных квалификационных работ, курсовых работ, отчетов по практике, рефератов, контрольных работ [Текст] / 2022. - 26с.

11. Граничин О. П., Кияев В. В. Информационные технологии в управлении предприятием [Электронный ресурс] // Санкт-Петербургский государственный университет 2019. - Режим доступа: http://www.intuit.ru.

12. AllFusionProcessModeler. Программный продукт [Электронный

ресурс]/ Режим доступа: https://erwin.com/products/erwin-data-modeler/ .

13. UnifiedModelingLanguage. Программный продукт [Электронный ресурс]/ Режим доступа: https://www.uml.org. Официальный сайт организации «EnglishWorld». Информационный ресурс. URL: https://englishworld.college/ - Текст: электронный.

14. VisualStudioCode. Программный продукт [Электронный ресурс]/Режим доступа: https://code.visualstudio.com.