护士排班的启发式算法研究与排班管理系统的设计实现

摘要

护士排班是人员排班中的经典问题，一般属于NP难问题，具有约束性、非线性、大规模性等特点。线性规划、分支定界等传统方法很难有效地解决规模稍大的护士排班问题，因此，通常使用启发式算法在可接受的时间内找出问题的满意解。
　　在实际的护士排班问题实例中，除了考虑人员的个人需求之外，它还有着复杂的工作规则。当前排班系统主要是实现排班信息化，而缺少智能优化的功能。因此，开发支持实际问题优化的排班软件是有必要的。
　　本论文根据实际情况，归纳多种需求，设计了一个智能排班系统，在其中实现排班规则的自主选择，根据不同日期设置所对应的班型，还可以设置多层能级。在算法设计上研究解的初始化过程，变邻域搜索的邻域定义、扰动方法，提出适合研究问题的算法方案，并设计开发了一个护士排班管理系统。主要内容:
　　一、针对护士排班问题，根据实际需求定义多种排班规则，归纳出问题的硬约束条件和软约束条件。因为硬约束条件在任何情况下必须严格满足，而软约束条件不一定全部满足，所以对每个软约束条件定义相应的权重，并给出对应的惩罚值计算公式，将问题转化为目标函数求解。
　　二、探究变邻域搜索算法在排班问题中的应用。在算法的初始化过程中，加入了分块的思想，考虑日期属性、多层能级、个人偏好，使初始解的适应程度增强;其次，优化了算法的邻域结构，在扩大变邻域搜索可搜索到的空间的同时又不大量增加搜索时间。实验表明，算法在55个标准实例上运行的结果有30个实例达到最优解。
　　三、研发了排班管理系统平台，实现排班表的自动生成和展现，并支持手动调整排班表。在系统需求分析阶段，描述了用例分析、系统架构、模块划分;在系统设计阶段，主要对数据库表结构、系统类与功能模块等方面进行设计;在系统开发的阶段，采用了基于MVC模型的Spring MVC和Hibernate开源框架。
　　使用开发的排班系统自动生成的排班表与相同情况下的实际排班表相比较，违反的软约束条件减少，惩罚值降低。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 启发式算法简介

1．4 排班系统相关技术介绍

1．4．1 B／S结构

1．4．2 MVC模式与Spring MVC框架

1．4．3 Ajax与DhtmlxScheduler组件

1．5 本文研究内容及组织结构

2 护士排班问题

2．1 问题描述

2．2 排班规则

2．3 惩罚值计算

2．4 总结

3 算法设计与实现

3．1 初始解生成

3．2 邻域结构

3．3 扰动定义

3．4 实验结果与分析

3．5 总结

4 排班管理系统设计

4．1 系统需求分析与设计

4．1．1 用例分析

4．1．2 系统模块划分

4．1．3 系统技术架构

4．1．4 系统业务架构

4．2 数据库设计

4．2．1 部分与排班相关的表结构

4．2．2 部分基本信息管理的表结构

4．3 系统功能介绍及展示

4．3．1 注册登录及系统界面

4．3．2 系统管理界面

4．3．3 排班管理界面

4．3．4 统计报表

4．4 排班结果对比与分析

4．5 总结

5 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 展望及今后的工作

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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