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DEFENSA DE TESIS. Proyecto de grado para optar el titulo de: Ingeniero en Informática Autor: Roberto Patiño Cuenca UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD.

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1 DEFENSA DE TESIS

2 Proyecto de grado para optar el titulo de: Ingeniero en Informática Autor: Roberto Patiño Cuenca UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA Combinación de métodos empíricos con algoritmos de Inteligencia Artificial para la Generación de horarios académicos en los Colegios

3 La creación de horarios Académicos LENGUACIENCIASMATE D. TECNI MUSICA COMPUD. TECNI MUSICA LENGUA INGLES LENGUA MATELENGUA INGLES LENGUACOMPU E. FISICA INGLES ARTEINGLESARTEF. HUMAINGLES MATEINGLES CIENCIAS MATE F. HUMA INGLES CIENCIASMATE

4 Los afectados DIRECTORES ESTUDIANTES DOCENTES

5 Antecedentes Este trabajo se lo realiza manualmente Es altamente estresante, con tiempo limitado para realizarlo Las soluciones presentadas en la UMSS son para el entorno universitario. Combinatoria Algoritmos Genéticos 2005.

6 Interrogantes ¿Por qué este problema es NP-Completo? ¿Cómo resuelve el problema la inteligencia artificial?

7 Objetivo General Experimentar con la combinación de soluciones empíricas y Algoritmos de Inteligencia Artificial para la generación de horarios académicos en los colegios.

8 Objetivos Específicos Estructurar las funciones fitness para los recursos involucrados. Codificar la combinación de la estrategia empírica con estrategias de inteligencia artificial. Experimentar la factibilidad de los resultados obtenidos.

9 Metodología Investigación empírica prueba error. Análisis de resultados. Ensayo de soluciones. Extracción de las experiencias probadas

10 Plataforma de desarrollo SQL estándar Potencia en el manejo de datos. Lenguaje disponible en varias plataformas de programación. Access Depurador paso a paso Grabado Directo en disco.

11 Modelo conceptual

12 Se construye con Restricciones Duras Son las reglas que debe cumplirse bajo cualquier circunstancia. Ej.: Un docente no puede dictar clases en dos sitios diferentes al mismo tiempo

13 También Restricciones Suaves Son las que pueden ser ignoradas con el objetivo de lograr la construcción del horario. Ej.: evitar los puentes en una jornada laboral para el docente

14 Bases teóricas Método Empírico Búsqueda Tabú Algoritmo Genético Colonia de Hormigas

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16 Algoritmo Genético La técnica de construir la función fitness

17 Búsqueda tabú Tocar lo intocable (Taboo) Cambiar los horarios ya establecidos

18 Método Empírico Experiencia humana para resolver este problema Base de estructural del algoritmo

19 Seudo código AHE (Algoritmo Horarios Efectivos) Calificar Complejidad Docente Repetir mientras Exista lecciones Extraer horas disponibles para el curso y docente Calificar feromona a horas disponibles Si hay hora disponible entonces Asignar a la mejor hora disponible Sino Retroceder lecciones asignadas Si no es posible asignación Entonces Reportar como lección truncada Fin si Fin mientras

20 Calificar la complejidad docente Peso Docente V0 = HS*PM+HR V1 = HS+PM+HR V2 = HS+PM*01+HR V3 = HS+PM*0.1+HR*1.05 V4 = HS+PM*0.1+HR*1.3 V5 = PM +HS+HR*1.3 HS : Horas Semana PM: Peso Materia HR: Horas Restringidas

21 Resultado de aplicar la Función Fitness Peso Docente ID_DOCENTENOMBRE_DOCPESO_DOC 7Prof. Ingles A47.5 6Prof. Ingles B Prof. Matem á ticas 44 1Prof. Ciencias Naturales Prof. Dibujo T é cnico Prof. Lenguaje Prof. Edu. F í sica Prof. Sociales36 11Prof. Arte Prof. M ú sica/Comp Prof. Form. Humana26.8 2Prof. Ciencias Naturales B12.8

22 Seudo código Algoritmo AHE Calificar Complejidad Docente Repetir mientras Exista lecciones Extraer horas disponibles para el curso y docente Calificar feromona a horas disponibles Si hay hora disponible entonces Asignar a la mejor hora disponible Sino Retroceder lecciones asignadas Si no es posible asignación Entonces Reportar como lección truncada Fin si Fin mientras

23 Flujograma Ciclo creación de horarios

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27 Prueba N°1 Sin Restricciones docentes Iteraciones = Intentos de construcción Reinicializa = Complejidad Presentada. 565 iteraciones 67 Reinicios

28 Vista horario de Docente Matemáticas Prueba N°1 HORALUNESMARTESMIERCOLESJUEVESVIERNES 1_8 8vo Plomo_15 8vo Plomo_22 8vo Plomo_29 8vo Guindo_36 8vo Guindo 2_9 8vo Plomo_16 8vo Plomo_23 8vo Plomo_30 8vo Guindo_37 8vo Guindo 3_10 8vo Guindo_17 7mo Guindo_24 7mo Guindo_31 7mo Guindo_38 7mo Plomo 4_11 8vo Guindo_18 7mo Guindo_25 7mo Guindo_32 7mo Guindo_39 7mo Plomo 5_12 7mo Plomo_19 6to Plomo_26 6to Plomo_33 6to Guindo_ 6_13 7mo Plomo_20 6to Plomo_27 6to Plomo_34 6to Guindo_41 6to Guindo 7_14 6to Plomo_21 7mo Plomo_28 6to Guindo_35 7mo Plomo_42 6to Guindo

29 Vista horario curso 7°guindo Prueba N°1 HORALUNESMARTESMIERCOLESJUEVESVIERNES 1_8 Ciencias Naturales_15 Sociales_22 Sociales_29 Ingles_36 Ingles 2_9 Ciencias Naturales_16 Sociales_23 Sociales_30 Ingles_37 Ingles 3_10 Ingles _17 Matem á ticas_24 Matem á ticas_31 Matem á ticas _38 Lenguaje 4_11 Ingles _18 Matem á ticas_25 Matem á ticas_32 Matem á ticas _39 Lenguaje 5 _12 Formaci ó n Humana _19 Ingles _26 Dibujo T é cnico _33 Sociales _40 Educaci ó n F í sica 6_13 Lenguaje_20 Ingles _27 Dibujo T é cnico_34 M ú sica/Comp. _41 Arte 7_14 Lenguaje_21 Ciencias Naturales _28 M ú sica/Comp. _35 Lenguaje_42 Ciencias Naturales

30 Selección horario incomodo Docente Formación Humana Prueba N°1 HORALUNESMARTESMIERCOLESJUEVESVIERNES 1_____ 2_____ 3_10 7mo Plomo___31 8vo Plomo_ 4_11 6to Guindo____ 5_12 7mo Guindo__26 8vo Guindo_33 6to Plomo_ 6_____ 7_____

31 Prueba N°2 Restricciones para Formación Humana

32 Prueba N°2 605 iteraciones 75 Reinicios

33 Prueba N°2 Vista Resultado obtenido HORALUNESMARTESMIERCOLESJUEVESVIERNES 1__15 RESERVADO_22 RESERVADO__36 RESERVADO 2__16 RESERVADO_23 RESERVADO__37 RESERVADO 3_10 7mo Plomo_17 RESERVADO_24 RESERVADO__38 RESERVADO 4__18 RESERVADO_25 RESERVADO_32 6to Guindo_39 RESERVADO 5__19 RESERVADO_26 RESERVADO__40 RESERVADO 6_13 6to Plomo_20 RESERVADO_27 RESERVADO_34 7mo Guindo_41 RESERVADO 7_14 8vo Guindo_21 RESERVADO_28 RESERVADO_35 8vo Plomo_42 RESERVADO

34 Prueba N°3 Datos completos reales iteraciones 685 Reinicios

35 Prueba N°4 Horario inviable iteraciones 2104 Reinicios

36 Resumen de complicaciones al Crear Horario Nombre_DocPESO_DOCTOTAL REINICIOS Prof. M ú sica/Comp Prof. Arte Prof. Form. Humana Prof. Sociales Prof. Edu. F í sica Prof. Lenguaje Prof. Dibujo T é cnico Prof. Ciencias Naturales Prof. Matem á ticas Prof. Ingles A Prof. Ingles B Elegido 1=Sexto Guindo; 2=Sexto Plomo;3= Séptimo Guindo; 4=Séptimo Plomo; 5= Octavo Guindo; 6 Octavo Guindo

37 Resultado de la elección 6621 iteraciones 531 Reinicios

38 Aporte informático Se ha creado un nuevo algoritmo especializado. Se ha combinado técnicas de Inteligencia Artificial. Se ha creado una plataforma de exploración, para futuras investigaciones en horarios.

39 Conclusión Se respeta las restricciones particulares de cada institución Aporta información para realizar cambios o negociaciones con los afectados Se agiliza el tiempo de construcción de los horarios.

40 Recomendaciones Hay nuevos desafíos Integrar el costo económico del proceso. Integrar el costo social del proceso. Incrementar la funcionalidad que sugiera el mejor camino, cuando no es posible construir el horario Programar procesamiento en paralelo. Tesis completa a

41 Demostración del Software AHE Ruta C:\HorariosAHE

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