校园时间优化研究

刘思君

摘要：本文用模型解决校园时间浪费问题。在保证上课、午饭等事件无法调整最优的情况下，对借书、购物等事件作出合理优化。用遗传寻优的办法寻找最优解，从而减少校园时间浪费。再用实例进行验证，验证优化量。

关键词：校园时间 时间优化 遗传学算法

中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编号：1009-5349（2019）07-0246-03

21世纪人类社会步入信息时代， 随着多媒体技术和网络技术的迅猛发展， 我国科技水平不断提升，人们也开始不断追求更便利、高效的生活方式。

史蒂芬·柯维是当今时间管理领域中最杰出的代表人物之一，认为时间管理的技巧可以运用到各个领域，并把时间管理理论分为四代。第一代：“便条式”管理理论，提倡人们利用便条和备忘录对要完成的工作给予安排和提醒。第二代：“时间表式”管理理论，强调通过使用记事来规划时间，并注明事情应完成的期限。第三代：“做最重要的事”理论，引入了价值观，将目标与计划置于价值观之上，认为“最重要的事”是价值与目标的总和，讲求优先顺序。第四代：主张“个人管理”，强调以原则为重心，兼顾重要性与紧迫性，注重生命因素的均衡发展。[1]

一、校园时间优化背景介绍

时间是一种重要的资源，一天24小时对每个人都是相同的。但是由于管理的不同，时间可以使一个人在青春年华里，成就事业，摘取皇冠，达到理想的彼岸；也可以使年轻人转眼间滑向老年，终身一无所成。[2]信息碎片化已经成为新时代的一个发展大趋势。在高校，大学生的生活丰富多彩，时间的合理安排自然也就显得愈发重要。没有一个高效统一的规划，只是盲目地进行各类活动，难免会力不从心，导致大量的时间浪费，以及碎片化时间无法有效利用这样的问题。我们不应任由如此宝贵的时间白白浪费，因此有了校园时间优化这样一个想法。

二、有关“时间浪费”调查数据分析

1.数据分析

我们通过对搜集到的一些数据分析后发现，其中绝对大数的时间浪费集中于公共交通和排队，例如：食堂、餐饮、图书馆、取快递、购物等排队问题。这种时间浪费主要是由于高峰时间相互交替，人们无法作出准确计划而造成的。因此需要有一个合理的时间计划来解决这类问题，用它将多方高峰时段统一处理、合理安排行程、设置合理路线，为用户减少不必要的时间浪费，同时提供各个项目的排队情况，为用户自主安排事务提供信息。实时数据的整合及其处理，向用户提供多种可选择方案，改变陈旧的时间管理方式，重塑单一的时间安排理念，减少碎片化时间浪费。将模糊不可控的时间以及计划预估时间通过科学的分析使之清晰化，实现精确的时间计算。找到各个项目的时间空档，利用各个项目（时间）的发展趋势，从而安排用户的生活线路，使用户获得多种选择方案，最大限度减少学生在校园生活中的时间浪费。通过这个时间优化来进行数据的整合以及处理，来满足用户节约时间的需求。

2.如何进行时间优化

学生在校园中使用量最大的是公共设施，其次则是商家设施。而这些设施主要分为动态事件与静态事件。动态事件是指学校内食堂、饭店以及快递点等此类没有具体时间表，并且数据实时变化的事件。静态数据是指例如校园公共交通、图书馆开闭馆等拥有固定时间表的事件。在静态事件无法改变的情况下，将动态事件合理穿插到时间安排中，以此方式来达到时间优化。例如：同学A今天要做的事情包括图书馆学习，取快递，午餐，坐公交車去商场。这些事物是随机的，如果不合理分配（如图书馆寻座位，快递排队，午餐排队，错过最近时间的公交车），今天的某件事可能被搁置。可通过校园时间优化，我们便能合理地安排行程，从而最大限度地减少时间的浪费。

饭店、超市等私营商铺在校园中越发普遍。学生每日的生活将在公共设施与商业活动中进行。对于商家这类动态数据，需要记录商家所提供的流水账单进行高峰统计。对于公共设施这类静态数据，则采用官方给出的数据进行计算。

三、大学生时间优化的意义

光阴似箭，岁月如梭，时间的匆匆流逝一直是大家无法改变的事实，而又无比惋惜。21世纪，是科技发展无比迅猛的时代，我们可以利用科技的手段、科学的方法，来帮助大学生进行时间的优化。经营学专家皮特·保罗卡教授说：“只有时间才是唯一最缺乏的资源，如果不管理好时间，则无法管理好其他的任何事情。”[3]目前时间优化已经用于多个领域，包括道路交通、通信、机器人、建筑等不计其数，由此可见，时间优化的应用的广泛程度以及重要性。然而对于大学生来说，时间上的管理与优化却是一个迫切需要解决的问题。

四、校园时间优化模型

根据学生在校园的活动安排，本文参考了遗传学寻优算法，对在校大学生的各种活动进行了重新排序，减少排队等待的时间，避免不必要的时间浪费，以此达到优化时间的目的。

1.约束条件

事件之间无法互相冲突，而且对于上课、图书馆开闭馆、食堂等这些固定事件无法安排。由此可见，可调整事件，并且能够寻优求解的只有动态时间。所以当静态事件固定后，再将动态事件寻优求解就能找到最合理省时的方法。

2.约束说明

约束条件作为重中之重，需要最先考虑。所以在模型求解时需要将静态事件首先挑出，有限进行排序。动态事件则将最优解穿插入静态事件中，以此来达到校园时间优化的目的。

3.流程图

（1）首先我们先将需要做的事件选出，作为原始数据提取出来。

（2）将静态事件挑选出来，例如图书馆开馆时间、上课时间等一些无法调整的时间，进行优化排序。在允许的范围内进行优化。

（3）将原始数据中的动态事件进行遗传学优化排序，找出最优结果。

（4）将动态事件最优方案与静态事件进行对比，如果发生冲突，则排除冲突时间段。返回第四步，对已经排除冲突时间段的动态事件重新排序。将所有事件重复此过程直到没有冲突为止。

（5）计算所有事件耗时总和，将优化结果输出。

4.目标求解

遗传算法是一种搜索寻优技术，它是从代表问题可能潜在的解集的一个种群开始，按照自然生物进化规律的规则，产生较优解。

根据实际问题我们可以发现，这个问题是一个非线性整数规划问题。然而，如果使用整数规划求解将会使问题复杂化，求解效率也会大大降低。

遗传学算法是一类借鉴生物界的进化规律适者生存、优胜劣汰遗传机制演化而来的随机化搜索方法。[4]所以我们将通过以下四个方面来进行设计：

（1）编码。遗传学算法不能直接处理问题空间的参数，必须把他们转换成遗传空间由基因按照一定结构组成的染色体或个体。[5]

（2）初始群体的生成。随机产生N项初始数据，每项数据成为一个体，N项个体构成一个群体。遗传学算法中初始群体中的个体是随机产生的。[5]

（3）适度值评估检测。遗传算法在搜索进化过程中一般不需要其他外部信息，仅用评估函数来评估个体或解的优势。利用函数找到个体中最接近最优解的个体。其他个体则会被淘汰。

（4）终止。在算法迭代到最大代数时停止，在进化中达到要求时终止，无法改进性能时终止。

五、算例分析

1.实例分析

在理论上我们可以通过以上模型得到一个最优化方案。但是为了确认此算法在实际中是否可行，我们设计一个实例来进行模型验证。

现在有同学甲，当日需要完成以下事件，在上午上两节课（事件A）。中午在食堂用餐（事件B），需要完成取快递（事件C），去超市买打折商品（事件D）两件动态事件。在图书馆关闭前借书（事件E）以及最后乘坐公共交通回家（事件F）。为了方便表述，我们用括号中的字母来代表相应的事件。此时我们需要将第一节课、第二节课、午饭时间等这些固定的时间点，还有我们所要完成的每一件具体事件输入实验模型中。

为了降低实验的复杂性，我们在此实验中做如下的一些假设：

（1）我们假设公交车可在规定的时间点到达站台，即不会因为堵车或其他的一些意外事情影响公交车到站的时间点。

（2）通过带入目标函数之后我们可以得到如下表1所示的事件优化：

通过以上实例分析我们可以发现，优化前整个事件需要花费350min，优化后计算得出整个事件花费265min，这样的话不光节省了1h25min，使总消耗时间降低了24.3%，同时也将到家时间提前了50分钟，模型优化效果良好。由此可以看出，通过此优化模型我们可以得到一个更加合理的时间规划方案，从而可以大大降低不必要的时间消耗。

2.实用性与误差分析

上述示例只是将校园中最为平常的生活事件展现了出来，并且我们根据分析可以得出，总耗时已经降低24.3%。然而在校园生活中，学生生活不仅仅局限于上述事件。所以总耗时将会随着事件的复杂度与事件数量的增加而大幅增加。误差在于商家数据很难实时更新，造成无法得到最优方案。

六、结语

2004年3月韩国政府推出了U-Korea战略，韩国政府希望韩国能够提前进入智能社会。此战略采用的系统与之类似，并且韩国早在2007年就开始进行试点并取得成功。2009年，美国也开始类似的项目研究，美国政府与IBM公司合作在美国进行试点。这说明我们的这个想法已经有人在切实地去做了。

我们通过模型对实例的处理，发现如果没有合理的安排将会造成大量的时间浪费。然而此方法可以大大降低时间浪费，为在校学生节省宝贵的时间。在未来可以向社会推广，最终达到全社会的时间合理化运用。

在将来的研究中，我们会更注重数据的准确化、实时化。在原有基础上，再次大幅提升时间节省率，实现最有效的时间优化。

参考文献：

[1]岳阳.迈向幸福的时间管理[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2]黄希庭，张志杰.论个人的时间管理倾向[J].心理科学，2001（5）：516-518+636.

[3]张盟.大学生时间管理系统的设计与实现[D].天津师范大学，2014.

[4]徐磊.基于遗传算法的多目标优化问题的研究与应用[D].中南大学，2007.

[5]唐文艳.结构优化中的遗传算法研究和应用[D].大连理工大学，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

責任编辑：景辰