DEFENSA DE TESIS

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

La creación de horarios Académicos MATE CIENCIAS INGLES F. HUMA MATE MATE CIENCIAS INGLES INGLES MATE INGLES F. HUMA ARTE INGLES ARTE INGLES E. FISICA COMPU LENGUA INGLES LENGUA MATE LENGUA LENGUA INGLES LENGUA D. TECNI MUSICA D. TECNI COMPU MUSICA D. TECNI MATE CIENCIAS LENGUA

Los afectados DOCENTES ESTUDIANTES DIRECTORES

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 2003. Algoritmos Genéticos 2005.

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

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

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.

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

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.

Modelo conceptual

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

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

Bases teóricas Colonia de Hormigas Algoritmo Genético Búsqueda Tabú Método Empírico

Colonia de Hormigas

Algoritmo Genético La técnica de construir la función fitness

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

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

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

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

Resultado de aplicar la Función Fitness Peso Docente ID_DOCENTE NOMBRE_DOC PESO_DOC 7 Prof. Ingles A 47.5 6 Prof. Ingles B 3 Prof. Matemáticas 44 1 Prof. Ciencias Naturales 41.6 10 Prof. Dibujo Técnico 41.2 4 Prof. Lenguaje 39.6 9 Prof. Edu. Física 38.1 5 Prof. Sociales 36 11 Prof. Arte 35.9 12 Prof. Música/Comp 35.4 8 Prof. Form. Humana 26.8 2 Prof. Ciencias Naturales B 12.8

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

Flujograma Ciclo creación de horarios

Flujograma Ciclo creación de horarios

Flujograma Ciclo creación de horarios

Pruebas

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

Vista horario de Docente Matemáticas Prueba N°1 LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES 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

Vista horario curso 7°guindo Prueba N°1 LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES 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 Matemáticas _24 Matemáticas _31 Matemáticas _38 Lenguaje 4 _11 Ingles _18 Matemáticas _25 Matemáticas _32 Matemáticas _39 Lenguaje 5 _12 Formación Humana _19 Ingles _26 Dibujo Técnico _33 Sociales _40 Educación Física 6 _13 Lenguaje _20 Ingles _27 Dibujo Técnico _34 Música/Comp. _41 Arte 7 _14 Lenguaje _21 Ciencias Naturales _28 Música/Comp. _35 Lenguaje _42 Ciencias Naturales

Selección horario incomodo Docente Formación Humana Prueba N°1 LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES 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

Prueba N°2 Restricciones para Formación Humana

Prueba N°2 605 iteraciones 75 Reinicios

Prueba N°2 Vista Resultado obtenido HORA LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES 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

Prueba N°3 Datos completos reales 14489 iteraciones 685 Reinicios

Prueba N°4 Horario inviable 54848 iteraciones 2104 Reinicios

Resumen de complicaciones al Crear Horario Nombre_Doc PESO_DOC TOTAL REINICIOS 1 2 3 4 5 6 Prof. Música/Comp 35.4 278 24 75 110 28 25 16 Prof. Arte 35.9 128 18 27 59 10 9 Prof. Form. Humana 113 32 48 19 14 Prof. Sociales 36 451 77 97 143 49 42 43 Prof. Edu. Física 38.1 74 13 Prof. Lenguaje 39.6 317 44 96 39 38 41 Prof. Dibujo Técnico 41.2 82 29 Prof. Ciencias Naturales 41.6 262 71 66 62 63 Prof. Matemáticas 247 17 55 54 65 Prof. Ingles A 47.5 68 21 Prof. Ingles B 84 53 Elegido 1=Sexto Guindo; 2=Sexto Plomo;3= Séptimo Guindo; 4=Séptimo Plomo; 5= Octavo Guindo; 6 Octavo Guindo

Resultado de la elección 6621 iteraciones 531 Reinicios

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.

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.

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 roberto.pc.net@gmail.com

Demostración del Software AHE Ruta C:\HorariosAHE

Gracias