劉思君

摘要：本文用模型解決校園時間浪費問題。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，從而減少校園時間浪費。再用實例進行驗證，驗證優(yōu)化量。

關(guān)鍵詞：校園時間 時間優(yōu)化 遺傳學(xué)算法

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

21世紀(jì)人類社會步入信息時代， 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)今時間管理領(lǐng)域中最杰出的代表人物之一，認(rèn)為時間管理的技巧可以運用到各個領(lǐng)域，并把時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：“時間表式”管理理論，強調(diào)通過使用記事來規(guī)劃時間，并注明事情應(yīng)完成的期限。第三代：“做最重要的事”理論，引入了價值觀，將目標(biāo)與計劃置于價值觀之上，認(rèn)為“最重要的事”是價值與目標(biāo)的總和，講求優(yōu)先順序。第四代：主張“個人管理”，強調(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、校園時間優(yōu)化背景介紹

時間是一種重要的資源，一天24小時對每個人都是相同的。但是由于管理的不同，時間可以使一個人在青春年華里，成就事業(yè)，摘取皇冠，達到理想的彼岸；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)成為新時代的一個發(fā)展大趨勢。在高校，大學(xué)生的生活豐富多彩，時間的合理安排自然也就顯得愈發(fā)重要。沒有一個高效統(tǒng)一的規(guī)劃，只是盲目地進行各類活動，難免會力不從心，導(dǎo)致大量的時間浪費，以及碎片化時間無法有效利用這樣的問題。我們不應(yīng)任由如此寶貴的時間白白浪費，因此有了校園時間優(yōu)化這樣一個想法。

二、有關(guān)“時間浪費”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)的時間浪費集中于公共交通和排隊，例如：食堂、餐飲、圖書館、取快遞、購物等排隊問題。這種時間浪費主要是由于高峰時間相互交替，人們無法作出準(zhǔn)確計劃而造成的。因此需要有一個合理的時間計劃來解決這類問題，用它將多方高峰時段統(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間浪費，同時提供各個項目的排隊情況，為用戶自主安排事務(wù)提供信息。實時數(shù)據(jù)的整合及其處理，向用戶提供多種可選擇方案，改變陳舊的時間管理方式，重塑單一的時間安排理念，減少碎片化時間浪費。將模糊不可控的時間以及計劃預(yù)估時間通過科學(xué)的分析使之清晰化，實現(xiàn)精確的時間計算。找到各個項目的時間空檔，利用各個項目（時間）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間浪費。通過這個時間優(yōu)化來進行數(shù)據(jù)的整合以及處理，來滿足用戶節(jié)約時間的需求。

2.如何進行時間優(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)施主要分為動態(tài)事件與靜態(tài)事件。動態(tài)事件是指學(xué)校內(nèi)食堂、飯店以及快遞點等此類沒有具體時間表，并且數(shù)據(jù)實時變化的事件。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間表的事件。在靜態(tài)事件無法改變的情況下，將動態(tài)事件合理穿插到時間安排中，以此方式來達到時間優(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。這些事物是隨機的，如果不合理分配（如圖書館尋座位，快遞排隊，午餐排隊，錯過最近時間的公交車），今天的某件事可能被擱置?？赏ㄟ^校園時間優(yōu)化，我們便能合理地安排行程，從而最大限度地減少時間的浪費。

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)活動中進行。對于商家這類動態(tài)數(shù)據(jù)，需要記錄商家所提供的流水賬單進行高峰統(tǒng)計。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)進行計算。

三、大學(xué)生時間優(yōu)化的意義

光陰似箭，歲月如梭，時間的匆匆流逝一直是大家無法改變的事實，而又無比惋惜。21世紀(jì)，是科技發(fā)展無比迅猛的時代，我們可以利用科技的手段、科學(xué)的方法，來幫助大學(xué)生進行時間的優(yōu)化。經(jīng)營學(xué)專家皮特·保羅卡教授說：“只有時間才是唯一最缺乏的資源，如果不管理好時間，則無法管理好其他的任何事情。”[3]目前時間優(yōu)化已經(jīng)用于多個領(lǐng)域，包括道路交通、通信、機器人、建筑等不計其數(shù)，由此可見，時間優(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，時間上的管理與優(yōu)化卻是一個迫切需要解決的問題。

四、校園時間優(yōu)化模型

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

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)求解的只有動態(tài)時間。所以當(dāng)靜態(tài)事件固定后，再將動態(tài)事件尋優(yōu)求解就能找到最合理省時的方法。

2.約束說明

約束條件作為重中之重，需要最先考慮。所以在模型求解時需要將靜態(tài)事件首先挑出，有限進行排序。動態(tài)事件則將最優(yōu)解穿插入靜態(tài)事件中，以此來達到校園時間優(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，例如圖書館開館時間、上課時間等一些無法調(diào)整的時間，進行優(yōu)化排序。在允許的范圍內(nèi)進行優(yōu)化。

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

（4）將動態(tài)事件最優(yōu)方案與靜態(tài)事件進行對比，如果發(fā)生沖突，則排除沖突時間段。返回第四步，對已經(jīng)排除沖突時間段的動態(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）計算所有事件耗時總和，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種群開始，按照自然生物進化規(guī)律的規(guī)則，產(chǎn)生較優(yōu)解。

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

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

（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)組成的染色體或個體。[5]

（2）初始群體的生成。隨機產(chǎn)生N項初始數(shù)據(jù)，每項數(shù)據(jù)成為一個體，N項個體構(gòu)成一個群體。遺傳學(xué)算法中初始群體中的個體是隨機產(chǎn)生的。[5]

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

（4）終止。在算法迭代到最大代數(shù)時停止，在進化中達到要求時終止，無法改進性能時終止。

五、算例分析

1.實例分析

在理論上我們可以通過以上模型得到一個最優(yōu)化方案。但是為了確認(rèn)此算法在實際中是否可行，我們設(shè)計一個實例來進行模型驗證。

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。此時我們需要將第一節(jié)課、第二節(jié)課、午飯時間等這些固定的時間點，還有我們所要完成的每一件具體事件輸入實驗?zāi)Ｐ椭小?/p>

為了降低實驗的復(fù)雜性，我們在此實驗中做如下的一些假設(shè)：

（1）我們假設(shè)公交車可在規(guī)定的時間點到達站臺，即不會因為堵車或其他的一些意外事情影響公交車到站的時間點。

（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：

通過以上實例分析我們可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化前整個事件需要花費350min，優(yōu)化后計算得出整個事件花費265min，這樣的話不光節(jié)省了1h25min，使總消耗時間降低了24.3%，同時也將到家時間提前了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更加合理的時間規(guī)劃方案，從而可以大大降低不必要的時間消耗。

2.實用性與誤差分析

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。所以總耗時將會隨著事件的復(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)很難實時更新，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入智能社會。此戰(zhàn)略采用的系統(tǒng)與之類似，并且韓國早在2007年就開始進行試點并取得成功。2009年，美國也開始類似的項目研究，美國政府與IBM公司合作在美國進行試點。這說明我們的這個想法已經(jīng)有人在切實地去做了。

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

在將來的研究中，我們會更注重數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確化、實時化。在原有基礎(chǔ)上，再次大幅提升時間節(jié)省率，實現(xiàn)最有效的時間優(yōu)化。

參考文獻：

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

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

[3]張盟.大學(xué)生時間管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(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