校園時(shí)間優(yōu)化研究

劉思君

摘要：本文用模型解決校園時(shí)間浪費(fèi)問題。在保證上課、午飯等事件無法調(diào)整最優(yōu)的情況下，對借書、購物等事件作出合理優(yōu)化。用遺傳尋優(yōu)的辦法尋找最優(yōu)解，從而減少校園時(shí)間浪費(fèi)。再用實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證優(yōu)化量。

關(guān)鍵詞：校園時(shí)間 時(shí)間優(yōu)化 遺傳學(xué)算法

中圖分類號：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-5349（2019）07-0246-03

21世紀(jì)人類社會(huì)步入信息時(shí)代， 隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展， 我國科技水平不斷提升，人們也開始不斷追求更便利、高效的生活方式。

史蒂芬·柯維是當(dāng)今時(shí)間管理領(lǐng)域中最杰出的代表人物之一，認(rèn)為時(shí)間管理的技巧可以運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，并把時(shí)間管理理論分為四代。第一代：“便條式”管理理論，提倡人們利用便條和備忘錄對要完成的工作給予安排和提醒。第二代：“時(shí)間表式”管理理論，強(qiáng)調(diào)通過使用記事來規(guī)劃時(shí)間，并注明事情應(yīng)完成的期限。第三代：“做最重要的事”理論，引入了價(jià)值觀，將目標(biāo)與計(jì)劃置于價(jià)值觀之上，認(rèn)為“最重要的事”是價(jià)值與目標(biāo)的總和，講求優(yōu)先順序。第四代：主張“個(gè)人管理”，強(qiáng)調(diào)以原則為重心，兼顧重要性與緊迫性，注重生命因素的均衡發(fā)展。[1]

一、校園時(shí)間優(yōu)化背景介紹

時(shí)間是一種重要的資源，一天24小時(shí)對每個(gè)人都是相同的。但是由于管理的不同，時(shí)間可以使一個(gè)人在青春年華里，成就事業(yè)，摘取皇冠，達(dá)到理想的彼岸；也可以使年輕人轉(zhuǎn)眼間滑向老年，終身一無所成。[2]信息碎片化已經(jīng)成為新時(shí)代的一個(gè)發(fā)展大趨勢。在高校，大學(xué)生的生活豐富多彩，時(shí)間的合理安排自然也就顯得愈發(fā)重要。沒有一個(gè)高效統(tǒng)一的規(guī)劃，只是盲目地進(jìn)行各類活動(dòng)，難免會(huì)力不從心，導(dǎo)致大量的時(shí)間浪費(fèi)，以及碎片化時(shí)間無法有效利用這樣的問題。我們不應(yīng)任由如此寶貴的時(shí)間白白浪費(fèi)，因此有了校園時(shí)間優(yōu)化這樣一個(gè)想法。

二、有關(guān)“時(shí)間浪費(fèi)”調(diào)查數(shù)據(jù)分析

1.數(shù)據(jù)分析

我們通過對搜集到的一些數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，其中絕對大數(shù)的時(shí)間浪費(fèi)集中于公共交通和排隊(duì)，例如：食堂、餐飲、圖書館、取快遞、購物等排隊(duì)問題。這種時(shí)間浪費(fèi)主要是由于高峰時(shí)間相互交替，人們無法作出準(zhǔn)確計(jì)劃而造成的。因此需要有一個(gè)合理的時(shí)間計(jì)劃來解決這類問題，用它將多方高峰時(shí)段統(tǒng)一處理、合理安排行程、設(shè)置合理路線，為用戶減少不必要的時(shí)間浪費(fèi)，同時(shí)提供各個(gè)項(xiàng)目的排隊(duì)情況，為用戶自主安排事務(wù)提供信息。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的整合及其處理，向用戶提供多種可選擇方案，改變陳舊的時(shí)間管理方式，重塑單一的時(shí)間安排理念，減少碎片化時(shí)間浪費(fèi)。將模糊不可控的時(shí)間以及計(jì)劃預(yù)估時(shí)間通過科學(xué)的分析使之清晰化，實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間計(jì)算。找到各個(gè)項(xiàng)目的時(shí)間空檔，利用各個(gè)項(xiàng)目（時(shí)間）的發(fā)展趨勢，從而安排用戶的生活線路，使用戶獲得多種選擇方案，最大限度減少學(xué)生在校園生活中的時(shí)間浪費(fèi)。通過這個(gè)時(shí)間優(yōu)化來進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合以及處理，來滿足用戶節(jié)約時(shí)間的需求。

2.如何進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化

學(xué)生在校園中使用量最大的是公共設(shè)施，其次則是商家設(shè)施。而這些設(shè)施主要分為動(dòng)態(tài)事件與靜態(tài)事件。動(dòng)態(tài)事件是指學(xué)校內(nèi)食堂、飯店以及快遞點(diǎn)等此類沒有具體時(shí)間表，并且數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)變化的事件。靜態(tài)數(shù)據(jù)是指例如校園公共交通、圖書館開閉館等擁有固定時(shí)間表的事件。在靜態(tài)事件無法改變的情況下，將動(dòng)態(tài)事件合理穿插到時(shí)間安排中，以此方式來達(dá)到時(shí)間優(yōu)化。例如：同學(xué)A今天要做的事情包括圖書館學(xué)習(xí)，取快遞，午餐，坐公交車去商場。這些事物是隨機(jī)的，如果不合理分配（如圖書館尋座位，快遞排隊(duì)，午餐排隊(duì)，錯(cuò)過最近時(shí)間的公交車），今天的某件事可能被擱置?？赏ㄟ^校園時(shí)間優(yōu)化，我們便能合理地安排行程，從而最大限度地減少時(shí)間的浪費(fèi)。

飯店、超市等私營商鋪在校園中越發(fā)普遍。學(xué)生每日的生活將在公共設(shè)施與商業(yè)活動(dòng)中進(jìn)行。對于商家這類動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，需要記錄商家所提供的流水賬單進(jìn)行高峰統(tǒng)計(jì)。對于公共設(shè)施這類靜態(tài)數(shù)據(jù)，則采用官方給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

三、大學(xué)生時(shí)間優(yōu)化的意義

光陰似箭，歲月如梭，時(shí)間的匆匆流逝一直是大家無法改變的事實(shí)，而又無比惋惜。21世紀(jì)，是科技發(fā)展無比迅猛的時(shí)代，我們可以利用科技的手段、科學(xué)的方法，來幫助大學(xué)生進(jìn)行時(shí)間的優(yōu)化。經(jīng)營學(xué)專家皮特·保羅卡教授說：“只有時(shí)間才是唯一最缺乏的資源，如果不管理好時(shí)間，則無法管理好其他的任何事情?！盵3]目前時(shí)間優(yōu)化已經(jīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括道路交通、通信、機(jī)器人、建筑等不計(jì)其數(shù)，由此可見，時(shí)間優(yōu)化的應(yīng)用的廣泛程度以及重要性。然而對于大學(xué)生來說，時(shí)間上的管理與優(yōu)化卻是一個(gè)迫切需要解決的問題。

四、校園時(shí)間優(yōu)化模型

根據(jù)學(xué)生在校園的活動(dòng)安排，本文參考了遺傳學(xué)尋優(yōu)算法，對在校大學(xué)生的各種活動(dòng)進(jìn)行了重新排序，減少排隊(duì)等待的時(shí)間，避免不必要的時(shí)間浪費(fèi)，以此達(dá)到優(yōu)化時(shí)間的目的。

1.約束條件

事件之間無法互相沖突，而且對于上課、圖書館開閉館、食堂等這些固定事件無法安排。由此可見，可調(diào)整事件，并且能夠?qū)?yōu)求解的只有動(dòng)態(tài)時(shí)間。所以當(dāng)靜態(tài)事件固定后，再將動(dòng)態(tài)事件尋優(yōu)求解就能找到最合理省時(shí)的方法。

2.約束說明

約束條件作為重中之重，需要最先考慮。所以在模型求解時(shí)需要將靜態(tài)事件首先挑出，有限進(jìn)行排序。動(dòng)態(tài)事件則將最優(yōu)解穿插入靜態(tài)事件中，以此來達(dá)到校園時(shí)間優(yōu)化的目的。

3.流程圖

（1）首先我們先將需要做的事件選出，作為原始數(shù)據(jù)提取出來。

（2）將靜態(tài)事件挑選出來，例如圖書館開館時(shí)間、上課時(shí)間等一些無法調(diào)整的時(shí)間，進(jìn)行優(yōu)化排序。在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化。

（3）將原始數(shù)據(jù)中的動(dòng)態(tài)事件進(jìn)行遺傳學(xué)優(yōu)化排序，找出最優(yōu)結(jié)果。

（4）將動(dòng)態(tài)事件最優(yōu)方案與靜態(tài)事件進(jìn)行對比，如果發(fā)生沖突，則排除沖突時(shí)間段。返回第四步，對已經(jīng)排除沖突時(shí)間段的動(dòng)態(tài)事件重新排序。將所有事件重復(fù)此過程直到?jīng)]有沖突為止。

（5）計(jì)算所有事件耗時(shí)總和，將優(yōu)化結(jié)果輸出。

4.目標(biāo)求解

遺傳算法是一種搜索尋優(yōu)技術(shù)，它是從代表問題可能潛在的解集的一個(gè)種群開始，按照自然生物進(jìn)化規(guī)律的規(guī)則，產(chǎn)生較優(yōu)解。

根據(jù)實(shí)際問題我們可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)問題是一個(gè)非線性整數(shù)規(guī)劃問題。然而，如果使用整數(shù)規(guī)劃求解將會(huì)使問題復(fù)雜化，求解效率也會(huì)大大降低。

遺傳學(xué)算法是一類借鑒生物界的進(jìn)化規(guī)律適者生存、優(yōu)勝劣汰遺傳機(jī)制演化而來的隨機(jī)化搜索方法。[4]所以我們將通過以下四個(gè)方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）編碼。遺傳學(xué)算法不能直接處理問題空間的參數(shù)，必須把他們轉(zhuǎn)換成遺傳空間由基因按照一定結(jié)構(gòu)組成的染色體或個(gè)體。[5]

（2）初始群體的生成。隨機(jī)產(chǎn)生N項(xiàng)初始數(shù)據(jù)，每項(xiàng)數(shù)據(jù)成為一個(gè)體，N項(xiàng)個(gè)體構(gòu)成一個(gè)群體。遺傳學(xué)算法中初始群體中的個(gè)體是隨機(jī)產(chǎn)生的。[5]

（3）適度值評估檢測。遺傳算法在搜索進(jìn)化過程中一般不需要其他外部信息，僅用評估函數(shù)來評估個(gè)體或解的優(yōu)勢。利用函數(shù)找到個(gè)體中最接近最優(yōu)解的個(gè)體。其他個(gè)體則會(huì)被淘汰。

（4）終止。在算法迭代到最大代數(shù)時(shí)停止，在進(jìn)化中達(dá)到要求時(shí)終止，無法改進(jìn)性能時(shí)終止。

五、算例分析

1.實(shí)例分析

在理論上我們可以通過以上模型得到一個(gè)最優(yōu)化方案。但是為了確認(rèn)此算法在實(shí)際中是否可行，我們設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)例來進(jìn)行模型驗(yàn)證。

現(xiàn)在有同學(xué)甲，當(dāng)日需要完成以下事件，在上午上兩節(jié)課（事件A）。中午在食堂用餐（事件B），需要完成取快遞（事件C），去超市買打折商品（事件D）兩件動(dòng)態(tài)事件。在圖書館關(guān)閉前借書（事件E）以及最后乘坐公共交通回家（事件F）。為了方便表述，我們用括號中的字母來代表相應(yīng)的事件。此時(shí)我們需要將第一節(jié)課、第二節(jié)課、午飯時(shí)間等這些固定的時(shí)間點(diǎn)，還有我們所要完成的每一件具體事件輸入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭小?/p>

為了降低實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，我們在此實(shí)驗(yàn)中做如下的一些假設(shè)：

（1）我們假設(shè)公交車可在規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)到達(dá)站臺，即不會(huì)因?yàn)槎萝嚮蚱渌囊恍┮馔馐虑橛绊懝卉嚨秸镜臅r(shí)間點(diǎn)。

（2）通過帶入目標(biāo)函數(shù)之后我們可以得到如下表1所示的事件優(yōu)化：

通過以上實(shí)例分析我們可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化前整個(gè)事件需要花費(fèi)350min，優(yōu)化后計(jì)算得出整個(gè)事件花費(fèi)265min，這樣的話不光節(jié)省了1h25min，使總消耗時(shí)間降低了24.3%，同時(shí)也將到家時(shí)間提前了50分鐘，模型優(yōu)化效果良好。由此可以看出，通過此優(yōu)化模型我們可以得到一個(gè)更加合理的時(shí)間規(guī)劃方案，從而可以大大降低不必要的時(shí)間消耗。

2.實(shí)用性與誤差分析

上述示例只是將校園中最為平常的生活事件展現(xiàn)了出來，并且我們根據(jù)分析可以得出，總耗時(shí)已經(jīng)降低24.3%。然而在校園生活中，學(xué)生生活不僅僅局限于上述事件。所以總耗時(shí)將會(huì)隨著事件的復(fù)雜度與事件數(shù)量的增加而大幅增加。誤差在于商家數(shù)據(jù)很難實(shí)時(shí)更新，造成無法得到最優(yōu)方案。

六、結(jié)語

2004年3月韓國政府推出了U-Korea戰(zhàn)略，韓國政府希望韓國能夠提前進(jìn)入智能社會(huì)。此戰(zhàn)略采用的系統(tǒng)與之類似，并且韓國早在2007年就開始進(jìn)行試點(diǎn)并取得成功。2009年，美國也開始類似的項(xiàng)目研究，美國政府與IBM公司合作在美國進(jìn)行試點(diǎn)。這說明我們的這個(gè)想法已經(jīng)有人在切實(shí)地去做了。

我們通過模型對實(shí)例的處理，發(fā)現(xiàn)如果沒有合理的安排將會(huì)造成大量的時(shí)間浪費(fèi)。然而此方法可以大大降低時(shí)間浪費(fèi)，為在校學(xué)生節(jié)省寶貴的時(shí)間。在未來可以向社會(huì)推廣，最終達(dá)到全社會(huì)的時(shí)間合理化運(yùn)用。

在將來的研究中，我們會(huì)更注重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確化、實(shí)時(shí)化。在原有基礎(chǔ)上，再次大幅提升時(shí)間節(jié)省率，實(shí)現(xiàn)最有效的時(shí)間優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]岳陽.邁向幸福的時(shí)間管理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2]黃希庭，張志杰.論個(gè)人的時(shí)間管理傾向[J].心理科學(xué)，2001（5）：516-518+636.

[3]張盟.大學(xué)生時(shí)間管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津師范大學(xué)，2014.

[4]徐磊.基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化問題的研究與應(yīng)用[D].中南大學(xué)，2007.

[5]唐文艷.結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的遺傳算法研究和應(yīng)用[D].大連理工大學(xué)，2002.

Abstract：This paper uses the model to solve the problem of waste of time on Campus .In order to ensure class， lunch and other events cant be adjusted optimally， to borrow books， shopping and other events to make reasonable optimization.The method of genetic optimization is used to find the optimal solution， so as to reduce the waste of campus time.An example is used to verify the amount of optimization.

keyword：Campus time；Time optimization；Genetic algorithm

責(zé)任編輯：景辰