Herramientas heurísticas para la asignación óptima de horarios de clase

Heuristic tools for optimal assignment of class schedules

En este trabajo, se formula una metodología basada en técnicas heurísticas y en la técnica de Optimización por Colonia de Hormigas, para resolver el problema de asignación adecuada de salones. Para alcanzar este objetivo, se describe inicialmente la problemática y se desarrolla el modelo matemático para garantizar, que a cada evento programado, se le asignen los salones adecuados, así como los horarios de asistencia de los estudiantes matriculados. La eficiencia computacional del algoritmo propuesto, se pone a prueba usando instancias conocidas en la literatura técnica. Finalmente, se proponen trabajos futuros para mejorar los resultados logrados en este trabajo y así mismo, visualizar su viabilidad de implementación en las diferentes seccionales de la Universidad Libre.

1. Introducción

1.1 Generalidades

En cada ciclo de formación de los estudiantes, una institución educativa debe determinar los espacios que deben ser usados para impartir asignaturas y/o realizar eventos. Para ello, la institución requiere de una infraestructura amplia, compuesta por las salas de clases necesarias, para que tanto el cuerpo docente, como los estudiantes, se sientan en un ambiente propicio para el desarrollo de las actividades educativas. Desde el punto de vista operativo de la institución educativa, resulta de alto interés  la búsqueda de una operación económica eficiente de su infraestructura, lo cual implica, que los salones existentes, sean usados en su totalidad durante cada periodo de tiempo considerado en el ciclo de aprendizaje. Sinembargo, para alcanzar este objetivo, también deben ser considerados un alto número de variables que deben ser satisfechas, como por ejemplo: el número de eventos a programar, el total de estudiantes adscritos a la institución, el número de estudiantes matriculados en cada evento, el total de salas disponibles y las características que permiten el desarrollo de ciertos tipos de eventos (laboratorios, salas de informática, capacidad, entre otros).

La asignación adecuada de los espacios (salones), determina igualmente los horarios en los cuales cada estudiante debe presentarse para asistir a las materias o eventos que se programaron al inicio del ciclo académico. En este punto, las preferencias de los estudiantes también conforman una serie de limitaciones, las que deben ser tenidas en cuenta, con el fin de brindar a los estudiantes un cronograma claro y simple, que permita la distribución adecuada de sus labores académicas. El no asistir a eventos programados en el último bloque de tiempo de cada día, asi como el no recibir demasiados eventos consecutivos, son ejemplos clásicos de preferencias de los estudiantes para recibir sus horarios.

De esta manera, se define el problema de asignación de horarios de clase como un problema de optimización, en el cual se buscan determinar los espacios necesarios para generar la carga académica de todos los estudiantes; esto queda sujeto a un conjunto de restricciones que son producto de un limitado valor de recursos disponibles para cada bloque de tiempo [1]. Problemas de ese tipo son  el centro de atención de la comunidad científica en los campos de la investigación operativa y la inteligencia artificial. Con el fin de integrar a los grupos investigadores y avanzar en el tema, se creó el concurso “International Timetabling Competition” [2], donde se aborda el problema, en dos categorías: programación de exámenes y programación de salones. Para el caso de la programación de salones, las restricciones impuestas son de dos tipos: por un lado, se encuentran las restricciones de estricto cumplimiento, denominadas “duras”;y de otra parte, se definen las restricciones de cumplimiento opcional, denominadas “blandas”.