طراحی مدل ریاضی زمانبندی امتحانات در دانشگاه و تحلیل جواب های حاصل از آن

در این پژوهش، بهینه سازی زمانبندی امتحانات پایان ترم دروس دانشگاهی، بر اساس یک مسئله واقعیشناسائی شده در یکی از دانشگاه های کشور بررسی شده است. تابع هدفی که برای مسئله تعریف شده است. نسبت به آنچه که تاکنون در ادبیات موضوع، مطرح شده، متفاوت است و به نحو موثرتری می تواند هدف واقعی مسئله را بیان نماید. برای تشکیل تابع هدف، مشابه با قانون کولن در الکتریسیته که می گوید میان بارهای همنام، نیروی دافعه وجود دارد نوعی نیروی دافعه میان هر دو امتحان منظور شده است. چنانچه برآیند کلی نیروهای دافعه میان امتحانات، حداقل گردد جواب بهینه مسئله بدست می آید. مدل ریاضی حاصل، برنامه ریزی غیرخطی با متغیرهای صفر و یک است. تابع هدف آن شامل تعداد زیادی عبارت درجه دوم می باشد. جواب بهینه مطلق این مدل، فقط در اندازه های بسیار کوچک قابل شناسائی است. برای حل مدل در اندازه های متوسط و بزرگ، روشهائی را بر مبنای الگوریتم تبرید شبیه سازی شده و نیز الگوریتم رقابت استعماری تنظیم نموده ایم که می توانند در زمان قابل قبولی، جوابهای نسبتاً خوبی را ارائه نمایند. نتایج عملی حاصل از این مدلریاضی و شیوه های ارائه شده برای حل آن، در یکی از دانشگاه های کشور در طی ترم های متمادی، استفاده شده وکارائی و موثر بودن خود را به طور عملی نشان داده است.

Designing Mathematical Model for Examinations Timetable in Universities and its Solutions Analysis

In this research, optimization of examinations' timetable for university courses, based on a real problem in one of the universities in Iran is studied. The objective function defined for this problem is more practical and realistic than the other objective functions that have been utilized by previous researchers in literature and effectively reflects the real objective of the problem. In order to define the objective function, we have made use of Coulomb's law in electricity that says the magnitude of the electrostatic force of interaction between two point charges is directly proportional to the scalar multiplication of the magnitudes of the charges and inversely proportional to the square of the distance between them. We have defined a repulsive force between any pair of Examinations. The optimum solution is achieved when the sum of all forces is minimized. Hence, the obtained mathematical model is a nonlinear programming with binary variables, similar to the quadratic assignment problem (QAP) which is an NPHard problem. This sort of problems can be solved exactly only if they are in small sizes. For solving this problem in medium and large scale, some methods are used based on Simulated Annealing (SA) algorithm and Imperialist Competitive algorithm (ICA). These algorithms can reach good suboptimal solutions in a short period of time. Practical results of this mathematical model are already used in one of the national universities in Iran. The practical results demonstrate the high efficiency and effectiveness of this model.