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第17章 Spring Boot 上の Red Hat build of OptaPlanner: 時間割のクイックスタートガイド

本書では、OptaPlanner の制約解決人工知能 (AI) を使用して Spring Boot アプリケーションを作成するプロセスを説明します。生徒と教師の時間割を最適化する REST アプリケーションを構築します。

学校の時間割解の図
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学校の時間割解の図

サービスは、AI を使用して、以下のハードおよびソフトの スケジュール制約 に準拠し、Lesson インスタンスを Timeslot インスタンスと Room インスタンスに自動的に割り当てます。

  • 1 部屋に同時に割り当てることができる授業は、最大 1 コマです。
  • 教師が同時に一度に行うことができる授業は最大 1 回です。
  • 生徒は同時に出席できる授業は最大 1 コマです。
  • 教師は、1 つの部屋での授業を希望します。
  • 教師は、連続した授業を好み、授業間に時間が空くのを嫌います。

数学的に考えると、学校の時間割は NP 困難 の問題であります。つまり、スケーリングが困難です。総当たり攻撃で考えられる組み合わせを単純にすべて反復すると、スーパーコンピューターを使用したとしても、非自明的なデータセットを取得するのに数百年かかります。幸い、OptaPlanner などの AI 制約ソルバーには、妥当な時間内にほぼ最適なソリューションを提供する高度なアルゴリズムがあります。妥当な期間として考慮される内容は、問題の目的によって異なります。

前提条件

  • OpenJDK 11 以降がインストールされている。Red Hat ビルドの Open JDK は Red Hat カスマーポータル (ログインが必要) の ソフトウェアダウンロード ページから入手できます。
  • Apache Maven 3.8 以降がインストールされている。Maven は Apache Maven Project の Web サイトから入手できます。
  • IntelliJ IDEA、VSCode、Eclipse などの IDE が利用できる。

17.1. Spring Boot 時間割のクイックスタートのダウンロードおよびビルド
リンクのコピー

Spring Boot 製品を備えた Red Hat build of OptaPlanner 向けの授業の時間割プロジェクトの完全な例を表示するには、Red Hat カスタマーポータルからスターターアプリケーションをダウンロードします。

手順

  1. Red Hat カスタマーポータルの Software Downloads ページに移動し (ログインが必要)、ドロップダウンオプションから製品およびバージョンを選択します。

    • 製品: Red Hat build of OptaPlanner
    • バージョン: 8.38
  2. Red Hat build of OptaPlanner 8.38 クイックスタート をダウンロードします。

  3. rhbop-8.38.0-optaplanner-quickstarts-sources.zip ファイルを展開します。

    展開先の org.optaplanner.optaplanner-quickstarts-8.38.0.Final-redhat-00004/use-cases/school-timetabling ディレクトリーには、サンプルソースコードが含まれています。

  4. org.optaplanner.optaplanner-quickstarts-8.38.0.Final-redhat-00004/use-cases/school-timetabling ディレクトリーに移動します。
  5. OptaPlanner 8.38.0 Maven Repositroy の Red Hat ビルド (rhbop-8.38.0-optaplanner-maven-repository.zip) をダウンロードします。
  6. rhbop-8.38.0-optaplanner-maven-repository.zip ファイルを展開します。
  7. rhbop-8.38.0-optaplanner/maven-repository サブディレクトリーの内容を ~/.m2/repository ディレクトリーにコピーします。
  8. org.optaplanner.optaplanner-quickstarts-8.38.0.Final-redhat-00004/technology/java-spring-boot ディレクトリーに移動します。

  9. 以下のコマンドを入力して、Spring Boot の授業の時間割プロジェクトをビルドします。 

    mvn clean install -DskipTests
    Copy to Clipboard Toggle word wrap

  10. Spring Boot の授業の時間割プロジェクトをビルドするには、以下のコマンドを入力します。 

    mvn spring-boot:run -DskipTests
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  11. プロジェクトを表示するには、Web ブラウザーで以下の URL を入力します。 

    http://localhost:8080/
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