软件工程实践2017结对项目——第二次作业

成员

练斐弘 031502518

叶己峰 031502537

Github

传送门

问题描述

作业需求

编码实现一个部门与学生的智能匹配的程序。

提供输入包括：

20个部门

部门编号（唯一确定值），字符；

各部门需要学生数的要求的上限，单个，数值，在[10,15]内；

各部门的特点标签，多个（两个以上），字符；

各部门的常规活动时间段，多个（两个以上），字符。

300个学生

学生编号（唯一确定值），字符；

学生空闲时间段，多个（两个以上），字符；

兴趣标签，多个（两个以上），字符（学生的兴趣标签一定是所有部门特点标签其中的一个）

每个学生有不多于5个的部门意愿（助教测试时测试数据中部门意愿可能会出现空缺，非空缺的部分一定是部门编号中的一个，并按照优先级从高到底的顺序排序）。

实现一个智能自动分配算法，根据输入信息，输出部门和学生间的匹配信息（一个学生可以确认多个他所申请的部门，一个部门可以分配少于等于其要求的学生数的学生） 及 未被分配到学生的部门 和 未被部门选中的学生。

数据生成

最好的一组数据

传送门

过程

在编码开始前，我们原计划所有数据均采用随机生成，如学生学号、部门编号、空闲时间单，通过string数组记下，取出符合条件的使用。然而在生成编号和时间段的时候，我们发现了两个问题：

1、大量数据不符合要求

2、无用的耗时占比大（需要判断是否丢弃重复数据）

参考了网上的一些资料后，再结合我们的实际情况，最后决定采用枚举法 + 随机数rand() + bool数组 生成

考虑因素

数据具有随机性

数据具有时效性，如部门志愿不能出现无的情况

数据具有不重复性，如一个人填的时间段不能有多个相同的

枚举数据

string all_tags[10] = {"reading","programming","film","English","music","dance","basketball","chess","running","swimming"};
string freeweek[7] = {"Mon.","Tues.","Wed.","Thurs.","Fri.","Sat.","Sun."};
string freetimes[8] = {"08:00~10:00","9:00~11:00","10:00~12:00","14:00~16~00","15:00~17:00","18:00~20:00","19:00~21:00","20:00~22:00"};
string all_department_no[20] = {"D001","D002", "D003", "D004", "D005","D006","D007","D008", "D009", "D010","D011","D012","D013","D014","D015","D016", "D017", "D018","D019","D020" };

使用如下条件生成数据

学生方面：

编号：参考福大数计学院计算机系学生号码，格式为031502XXX

空闲时间：两个小时为一个时间块划分，避免午休和饭点，化为8:00~10:00,9:00~11:00,14:00~16~00,15:00~17:00,18:00~20:00，19:00~21:00，20:00~22:00共7个时间段，按时间块随机取2~7个

部门选择意愿：从部门编号中随机选取5个以内，部门编号按题设要求为"D001,D002,D003...."

兴趣标签：参考部门特色，选取了英语、编程、阅读、音乐等兴趣

部门方面：

部门编号：按题设要求为"D001,D002,D003...."

活动时间段：同样以两个小时为一个时间块划分，避免午休和饭点，化为8:00~10:00,9:00~11:00,14:00~16~00,15:00~17:00,18:00~20:00，19:00~21:00，20:00~22:00共7个时间段

特色标签：从标签池中选若干个，参考部门特色

人数上限：参考部门实际需求，院级学生部门的人数区间在[10,15]范围中

数据建模及匹配程序的思路及实现方式

1、程序模型

主要由三部分组成：生成数据程序、匹配算法程序、json格式输入输出程序

2、数据模型

学生模型：

1）学号：按顺序生成

2）空闲时段：从枚举的日期和时间段中组合，用bool数组标记

3）空闲时段个数

4）兴趣标签：从枚举的兴趣标签中挑选，用bool数组标记

5）兴趣标签个数

6）部门意愿：从枚举的部门意愿中挑选，用string数组记录

7）部门意愿个数

8）加入的部门个数

9）在所意愿的部门中综合得分：计算方法在后面匹配算法中提到

部门模型：

1）部门编号：按顺序生成

2）招收学生数的上限

3）兴趣标签：从枚举的兴趣标签中挑选，用bool数组标记

4）兴趣标签个数

5）空闲时段：从枚举的日期和时间段中组合，用bool数组标记

6）空闲时段个数

3、匹配程序的思路

1) 先列出当初我们讨论的头脑风暴（注：由于我们算法能力不足，并没有完全解决所提出的问题）

a) 基于学生在每个意愿部门上的得分来进行分配，显然更加简洁明了

b) 计算学生对每个部门的相应得分要考虑： 这个部门在学生部门意愿优先度、 部门活动时间和学生空闲时间的重合度、部门标签和学生兴趣标签重合度、 当前学生已加入的部门个数（加入个数越多得分越低）；

c) 当学生因为得分最低而被淘汰时，其得分全都要重新计算；

d) 当学生的一个空闲时间段和两个意愿部门的活动时间重叠时，则该时间段计算到意愿优先度高的部门；

e) 当学生的部门意愿为空或者学生一个部门意愿都没中选，考虑把学生分配给部门意愿外的部门；

f) 当学生的空闲时段和部门活动时段没有一个重合时，该学生的得分应该置0。

2) 计算得分的规则：

部门意愿优先度得分：第一意愿部门得50分，第二意愿部门得30分，第三、四、五意愿部门得10，7，3分。站在学生角度上，第一个意愿部门应该在得分中占较大比重。

时间重叠度得分：用1小时来考虑，重叠1小时得40分，2小时得50分，3小时以上得55分，如果一次都没有分数置为0。学生必须得有时间来参加部门活动，所以时间重合度也应占较大比重，但同时学生也不要把太多时间用于部门，所以当时间重合超过3小时以上得分不变。

标签重合度得分：重合一个标签相符得10分,标签越多，就越和部门志趣相投，所以成正比；

3) 实现方法：

  该匹配算法目的为得到一个让学生和部门都尽量满意的分配方案。

  首先从学生的第一意愿部门出发，如果该部门招收学生人数未到上限，那么就中选；如果招收学生人数已达上限，那就得分和已招收的学生中最低得分比较，高于最低得分就取代最低得分的那个同学，低于最低得分那该第一意愿就废弃。

  同理，再从第二意愿出发... ...

  使用这种方式可以确保部门招收的同学都是排名前列的，同时同学的每个意愿都经过考虑不会有遗漏。

4)结果分析：

  大体上看，其结果还是满足预期的。但是就是未得到分配的学生有点多，这是因为我们算法是根据学生的部门意愿来进行分配的，一旦300个人都选择热门部门，就一定会有大量的人落选，要想解决这个问题就需要改进算法，实现想法 e)考虑把学生分配给部门意愿外的部门。希望后面能有时间把想法都实现了。

有学生申请的部门的申请列表中，将学生先按时间符合排序，再按标签符合排序，取所有可取的，且少于部员数量限制的学生，加入 matched 数组，否则再将申请列表剩下的学生按时间符合排序，取所有可取的，且少于部员数量限制的学生，加入 matched 数组。

代码规范

本次结对作业用github进行代码管理，两人统一使用叶己峰的账号进行提交。

主要遵循以下几个规范

对变量名命名使用驼峰式（json数据的用下划线衔接单词），且变量名有意义，不乱取

if、for、do、while、case、switch、default等语句自占一行

程序块采用缩进风格编写，缩进的空格数为4个

//部门结构体
struct Department
{
string department_no;       //部门编号（唯一确定值），字符
int member_limit;          //各部门需要学生数的要求的上限，单个，数值，在[10,15]内；
int tags_num;              //部门的特点标签个数
int tags[10];             //各部门的特点标签，多个（两个以上），字符；
int event_schedules_num;     //各部门的常规活动时间段个数
int event_schedules[7][8];  //各部门的常规活动时间段，多个（两个以上），字符。
};

//常规活动时间段
dep[i].event_schedules_num = unsigned(rand()%6) + 2;
for(int j = 0; j < dep[i].event_schedules_num; j++)
{
int t1 = unsigned(rand()%7);
int t2 = unsigned(rand()%8);
if(dep[i].event_schedules[t1][t2]==1)
j--;
else
dep[i].event_schedules[t1][t2] = 1;
}

结对感受

刚看到题目的时候，我意识到了这次作业的工作量远远大于前几次软工实践作业，然而完成效果却会比前几次的差很多，原因主要是国庆放假回家的缘故了，由于家里学习条件较差，主要工作都是在假期前和回到学校后完成的。我们在放假回家前先大致讨论过了思路和方案，两人的分工大致是，练斐弘负责json数据的读入和输出，叶己峰负责匹配算法，剩下的细节由两人共同讨论完成。我本以为关于json数据这部分会较轻松些，因为之前玩过前端，用javascript来处理json数据听方便的。没想到却碰上了大麻烦，在读入的问题上，卡了有两天时间，最初采用cjson来读取数据，可是编译器频频报错cjson的函数undefined，检查了几遍头文件的引入，都没找到问题，又上网找了资料，仍然无法解决，无奈弃坑，转用比较多人使用的jsoncpp，相对于cjson来说，jsoncpp函数的调用更简洁明了一些，然而在jsoncpp的配置中，还是碰到了一些坑，幸运的是，在网上找到了一份教程，也算是找到了个小捷径。这里，也要向队友表达谢意和歉意，叶己峰同学做事严谨认真，本来可以早些提交代码的，他还审核过了多次，debug了挺久，才得到我们最后更好的作品，而相比之下，我感觉我要学习和努力的还有更多。

本次结对作业虽然感觉完成情况不好，但是还是有些收获，主要如下几点

看到报错信息，不要马上复制黏贴问百度，先翻译！自己解决！网上很多论坛的答案也不是正确的，盲目照改会出现很大问题

编码规范还是很重要的，在没注释的情况下，看懂队友的代码是一件非常痛苦的事情，先树立规范，再编写代码，磨刀不误砍柴工。

不同语言对于同样数据的处理是有很大区别的！比如json数据，不能盲目用老方法处理，否则会吃大亏。