【教程2】OptaPlanner Quarkus HelloWorldJava快速入门

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已于 2023-12-24 09:06:32 修改

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分类专栏：运筹学文章标签：数学建模算法

于 2023-12-02 23:30:38 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/wang2leee/article/details/134759649

本教程介绍了如何使用OptaPlanner在Quarkus框架下创建一个学校课表优化的REST应用。通过AI算法，自动分配Lesson到Timeslot和Room，满足各种约束条件，例如同一时间房间和教师的限制。文章详细阐述了从项目搭建到领域建模、约束定义、解决方案构建和测试的全过程。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Quarkus HelloWorldJava快速入门

本指南将引导您完成使用OptaPlanner的约束求解人工智能（AI）创建Quarkus应用程序的过程。

1. 您将构建什么

您将构建一个为学生和教师优化学校课表的REST应用程序：

schoolTimetablingScreenshot 通过使用AI自动将Lesson实例分配给Timeslot和Room实例，以遵守硬性和软性调度约束，例如以下示例：

一个房间在同一时间内最多只能有一节课。
一个教师在同一时间内最多只能上一节课。
一个学生在同一时间内最多只能上一节课。
一个教师更喜欢在同一个房间上所有课程。
一个教师更喜欢连续上课，并且不喜欢课程之间的间隔。
一个学生不喜欢连续上相同科目的课。

从数学上讲，学校课程安排是一个NP难问题。这意味着它很难扩展。即使在超级计算机上，对所有可能组合进行暴力迭代需要数百万年才能处理非平凡的数据集。幸运的是，像OptaPlanner这样的AI约束求解器具有先进的算法，可以在合理的时间内提供接近最优解。

2. 解决方案源代码

按照下面的说明逐步创建应用程序（推荐）：

或者，您也可以直接跳到完成的示例：

克隆Git存储库：

$ git clone https://github.com/kiegroup/optaplanner-quickstarts

或下载归档文件。

在use-cases目录中找到解决方案并运行它（参见其README文件）。

3. 先决条件

要完成本指南，您需要：

配置了JAVA_HOME的JDK 11+
Apache Maven 3.8.1+或Gradle 4+
一个IDE，如IntelliJ IDEA、VSCode或Eclipse

4. 构建文件和依赖项

使用code.quarkus.io为Maven或Gradle生成具有以下扩展的应用程序：

RESTEasy JAX-RS（quarkus-resteasy）
RESTEasy Jackson（quarkus-resteasy-jackson）
OptaPlanner（optaplanner-quarkus）
OptaPlanner Jackson（optaplanner-quarkus-jackson）

或者，使用Maven从命令行生成：

$ mvn io.quarkus:quarkus-maven-plugin:3.0.0.Final:create \
    -DprojectGroupId=org.acme \
    -DprojectArtifactId=optaplanner-quickstart \
    -Dextensions="resteasy,resteasy-jackson,optaplanner-quarkus,optaplanner-quarkus-jackson" \
    -DnoExamples
$ cd optaplanner-quickstart

如果选择了Maven，那么您的pom.xml文件应该具有以下内容：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

  <groupId>org.acme</groupId>
  <artifactId>optaplanner-quarkus-school-timetabling-quickstart</artifactId>
  <version>1.0-SNAPSHOT</version>

  <properties>
    <maven.compiler.release>11</maven.compiler.release>
    <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>

    <version.io.quarkus>3.0.0.Final</version.io.quarkus>
    <version.org.optaplanner>9.44.0.Final</version.org.optaplanner>
  </properties>

  <dependencyManagement>
    <dependencies>
      <dependency>
        <groupId>io.quarkus</groupId>
        <artifactId>quarkus-bom</artifactId>
        <version>${version.io.quarkus}</version>
        <type>pom</type>
        <scope>import</scope>
      </dependency>
      <dependency>
        <groupId>org.optaplanner</groupId>
        <artifactId>optaplanner-bom</artifactId>
        <version>${version.org.optaplanner}</version>
        <type>pom</type>
        <scope>import</scope>
      </dependency>
    </dependencies>
  </dependencyManagement>
  <dependencies>
    <dependency>
      <groupId>io.quarkus</groupId>
      <artifactId>quarkus-resteasy</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>io.quarkus</groupId>
      <artifactId>quarkus-resteasy-jackson</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.optaplanner</groupId>
      <artifactId>optaplanner-quarkus</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.optaplanner</groupId>
      <artifactId>optaplanner-quarkus-jackson</artifactId>
    </dependency>

    <dependency>
      <groupId>io.quarkus</groupId>
      <artifactId>quarkus-junit5</artifactId>
      <scope>test</scope>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.optaplanner</groupId>
      <artifactId>optaplanner-test</artifactId>
      <scope>test</scope>
    </dependency>
  </dependencies>

  <build>
    <plugins>
      <plugin>
        <groupId>io.quarkus</groupId>
        <artifactId>quarkus-maven-plugin</artifactId>
        <version>${version.io.quarkus}</version>
        <executions>
          <execution>
            <goals>
              <goal>build</goal>
            </goals>
          </execution>
        </executions>
      </plugin>
      <plugin>
        <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
        <configuration>
          <systemPropertyVariables>
            <java.util.logging.manager>org.jboss.logmanager.LogManager</java.util.logging.manager>
          </systemPropertyVariables>
        </configuration>
      </plugin>
    </plugins>
  </build>
</project>

另一方面，对于Gradle，您的build.gradle文件应该具有以下内容：

plugins {
   
   
    id "java"
    id "io.quarkus" version "3.0.0.Final"
}

def quarkusVersion = "3.0.0.Final"
def optaplannerVersion = "9.44.0.Final"

group = "org.acme"
version = "1.0-SNAPSHOT"

repositories {
   
   
    mavenCentral()
}

dependencies {
   
   
    implementation platform("io.quarkus:quarkus-bom:${
     
     quarkusVersion}")
    implementation "io.quarkus:quarkus-resteasy"
    implementation "io.quarkus:quarkus-resteasy-jackson"
    testImplementation "io.quarkus:quarkus-junit5"

    implementation platform("org.optaplanner:optaplanner-bom:${
     
     optaplannerVersion}")
    implementation "org.optaplanner:optaplanner-quarkus"
    implementation "org.optaplanner:optaplanner-quarkus-jackson"
    testImplementation "org.optaplanner:optaplanner-test"
}

java {
   
   
    sourceCompatibility = JavaVersion.VERSION_11
    targetCompatibility = JavaVersion.VERSION_11
}

compileJava {
   
   
    options.encoding = "UTF-8"
    options.compilerArgs << "-parameters"
}

compileTestJava {
   
   
    options.encoding = "UTF-8"
}

test {
   
   
    systemProperty "java.util.logging.manager", "org.jboss.logmanager.LogManager"
}

5. 对领域对象进行建模

您的目标是将每节课分配给一个时间段和一个教室。您将创建以下类：

5.1. Timeslot

Timeslot类表示课程教授的时间间隔，例如，星期一10:30-11:30或星期二13:30-14:30。为了简单起见，所有时间段的持续时间相同，并且午餐时间或其他休息时间没有时间段。

时间段没有日期，因为高中课程表每周都会重复。因此，连续规划是不需要的。

创建src/main/java/org/acme/schooltimetabling/domain/Timeslot.java类：

package org.acme.schooltimetabling.domain;

import java.time.DayOfWeek;
import java.time.LocalTime;

public class Timeslot {
   
   

    private DayOfWeek dayOfWeek;
    private LocalTime startTime;
    private LocalTime endTime;

    public Timeslot() {
   
   
    }

    public Timeslot(DayOfWeek dayOfWeek, LocalTime startTime, LocalTime endTime) {
   
   
        this.dayOfWeek = dayOfWeek;
        this.startTime = startTime;
        this.endTime = endTime;
    }

    public DayOfWeek getDayOfWeek() {
   
   
        return dayOfWeek;
    }

    public LocalTime getStartTime() {
   
   
        return startTime;
    }

    public LocalTime getEndTime() {
   
   
        return endTime;
    }

    @Override
    public String toString() {