Case study: Simulated annealing for improving the educational timetable



Document title: Case study: Simulated annealing for improving the educational timetable
Journal: Nova scientia
Database: PERIÓDICA
System number: 000412969
ISSN: 2007-0705
Authors: 1
2
1
1
Institutions: 1Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Escuela de Ingeniería y Ciencias, Monterrey, Nuevo León. México
2Furgens Research, Buenos Aires. Argentina
Year:
Volumen: 8
Number: 17
Pages: 340-360
Country: México
Language: Inglés
Document type: Artículo
Approach: Experimental, aplicado
Spanish abstract En ocasiones, los problemas de Optimización Combinatoria (COP), tal como el Problema de Calendarización de horarios (CTTP), se puede resolver utilizando técnicas Investigación Operativa (IO); sin embargo, cuando el problema aumenta de tamaño, la búsqueda de una solución se vuelve más compleja. Este tipo de problema es NP-duro por lo que requiere de procedimientos como métodos metaheurísticos con el fin de resolver el problema. Este trabajo aborda un Problema real en una Institución de Educación Superior Mexicana acerca de la Calendarización de horarios basada en la Curricula (CB-CTT). Cada institución tiene sus propias reglas operacionales, por lo tanto la modelación del problema es único ya que conserva sus propias características. Primero como parte de la aportación a la solución del problema, se elaboró un Software de Mediación (MS) con el fin de organizar los datos en bruto y eliminar la restricción dura en relación con los planes de estudio. Posteriormente, el problema se dividió en cinco instancias, de acuerdo a los cursos que comparten el mismo espacio físico, los cuales fueron resueltos mediante el algoritmo tradicional de Recocido Simulado (SA).El problema fue resuelto de manera satisfactoria, obteniendo la asignación de 9620 sesiones en 174.5 horas aproximadamente, aportando una solución sin particionar el problema en dos subproblemas, impactando positivamente la reducción del tiempo de elaboración de los horarios, proporcionando un horario factible y sin errores para toda la universidad. MÉTODO: El Algoritmo de Recocido Simulado, cristalización simulada o enfriamiento simulado, es un algoritmo de búsqueda metaheurística para problemas de optimización; el objetivo general de este tipo de algoritmos es encontrar una buena aproximación al valor óptimo de una función en un espacio de búsqueda grande. A este valor se lo denomina "óptimo local u óptimo global". El nombre
English abstract On occasions, Combinatorial Optimization Problems (COP), like the University Course Timetabling Problem (CTTP), can be solved using Operational Research (OR) techniques; however, when the problem increases in size, finding a solution becomes more complex. This type of problem is NP-hard, requiring procedures like metaheuristic methods in order to solve the problem. This paper confronts a real world situation in Mexico concerning the Curriculum-Based Timetabling Problem (CB-CTT). Each institution have their own operationals rules due to the modeling of the problema is unique because preserve their own characteristics. First, as part of the contribution to the solution of the problem, it was implemented a Mediation Software (MS) in order to organize the raw data and eliminate a hard constraint related to curricula. Subsequently, the problem handle here was split into five instances in accordance to the courses that share the same physical space, which was solved using a typical Simulated Annealing (SA) metaheuristic. In addition, The problem was satisfactorily solved, assigning 9620 lectures in 174.5 hours approximatly, providing a solution without partitioning the problem into two subproblems, impacting positivly reducing the labor time, and providing a feasible and without errors educational timetable to the whole university. METHOD: The Simulated Annealing (SA) algorithm is a meta-heuristic search for global optimization problems; the overall objective of such algorithms is to find a good approximation to the optimal value of a function in a large search space. This value is called "global or local optimum".The name and inspiration comes from the process of annealing the steel and ceramics, a technique that involves heating and then slowly cooling the material to vary its physical properties. The heat causes the atoms increase their energy and can thus move from their initial (a local minimum energy) positions; slo
Disciplines: Ciencias de la computación,
Educación
Keyword: Planeación educativa,
Software,
Horario escolar,
Optimización combinatoria,
Recocido simulado,
Metaheurísticas
Keyword: Computer science,
Education,
Educational planning,
Software,
School schedule,
Combinatorial optimization,
Simulated annealing,
Metaheuristics
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