The University Course Timetabling Problem (UCTP) is the problem of assigning locations (lecture halls, computer rooms) and time slots (time and date) to a set of events (lectures, labs) while satisfying a number of constraints such as avoiding double-bookings. Many variants of problem formulations exist, and most realistic variants are thought to be NP-hard. A recent trend in solving hard scheduling problems lies in the application of hybrid metaheuristics, where improvements are often found by hybridizing a population-based approach with some form of local search. In this paper, an implementation of a Genetic Algorithm (GA) that solves the UCTP is hybridized with local search in the form of Tabu Search (TS). The results show significant improvements to the performance and scalability over the non-hybridized GA. Two application strategies for the TS are investigated. The first strategy performs a switch-over from the GA to the TS, while the second interleaves the two algorithms. The effectiveness of each application strategy is seen to depend on the characteristics of the individual algorithms. / Schemaläggningsproblemet UCTP (University Course Timetabling Problem) består av problemet att tilldela platser (föreläsningssalar, laborationssalar) och tidpunkter (datum och klockslag) till en mängd tillställningar (föreläsningar, laborationer) under kravet att upprätthålla en mängd restriktioner, exempelvis att undvika dubbelbokningar. Det finns många varianter av problemformuleringen och de flesta realistiska formuleringer anses ge upphov till NP-svåra optimeringsproblem. En förhållandevis ny trend för lösningsmodeller till svåra schemaläggningsproblem ligger i tillämpningen av hybrida metaheuristiker, där förbättringar ofta ses när populationsbaserade algoritmer kombineras med någon typ av lokalsökning. I denna rapport undersöks en UCTP-lösning baserad på en Genetisk Algoritm (GA) som hybridiseratsmed en lokalsökning i form av en Tabusökning (TS). Resultaten visar på signifikanta förbättringar i prestanda och skalbarhet jämfört med den icke-hybridiserade GA:n. Två appliceringsstrategier för TS undersöks. Den första strategin utgörs av att byta algoritm från GA till TS, medan den andra utgörs av att sammanfläta de två algoritmerna. Appliceringsstrategiernas effektivitet ses bero av de individuella algoritmernas egenskaper.

Home schooling has steadily been increasing in the past decade. According to a survey in 2007, about 2.5 million children were being home schooled in the US. Typically, parents provide education at the convenience of their home and in some cases an instructor is appointed for the same. The Home School Timetabling problem (HSTP) deals with assigning subjects, timeslots and rooms to every student. In doing so, there are certain hard and specialty constraints that are to be satisfied. Integer programming (IP) has been used in solving the HSTP as it has the advantage of being able to provide information about the relative significance of each constraint with respect to the objective. A prototype in the form of a GUI has been built such that the parent can enter each student’s name, his/her subjects, duration, days and time for each subject, availability times of the parent etc. This data is then fed into the IP model so that it can generate a feasible timetable satisfying all of the constraints. When a solution is found it is formatted to provide the weekly timetable for each student, individually, as well as a complete timetable for all students each day.

A construção de grades horárias dos cursos de uma universidade é um problema que deve ser enfrentado no início de todos os semestres e, por mobilizar quantidades significativas de recursos, se constitui numa das mais importantes tarefas administrativas de uma universidade. Trata-se de um problema clássico, combinatório, que tem atraído atenção por conta da dificuldade de se encontrar boas soluções. É classificado, em termos de complexidade computacional, como NP-hard, o que implica grande exigência de capacidade de processamento. É modelado de maneiras muito diversas, no intuito de se obter adequação quanto ao contexto educacional do país, às regras específicas da instituição ou aos objetivos específicos dos gestores, entre outros. Foi feita uma revisão de literatura no intuito de apoiar a modelagem do problema, nesse trabalho, e de contribuir com a comunidade de pesquisadores sobre o tema ao agregar informações a respeito das pesquisas publicadas até então. O problema é modelado, neste trabalho, por meio de técnicas de Pesquisa Operacional com o objetivo de produzir grades horárias com aulas distribuídas uniformemente ao longo da semana, em uma primeira etapa, para que, na etapa seguinte, ao se atribuir salas de aula às turmas, a utilização dos espaços físicos da Universidade seja otimizada. Dados foram coletados de uma instituição federal de ensino superior para a implementação do modelo. Resultados obtidos no processamento com os dados reais mostraram que o modelo reduz consideravelmente a utilização de salas de aula. / The timetabling construction for University courses is a problem that must be faced at each beginning of semester and, since it mobilizes significant amounts of resources, it constitutes in one of the most important administrative tasks in a University. It's a classic, combinatorial problem that has attracted attention due to its difficulty in finding good solutions. In terms of computational complexity, it's classified as NP-hard, which involves great processing capacity. It's modeled in a number of different ways, aimed to obtain adequacy to the educational context of the country, to the specific higher education institutional rules, or to the specific managers goals, amongst others. A literature review was performed, aimed to support, in this research, the problems modeling, and to contribute to the researchers community, adding the research information published so far. The problem is modeled, in this work, by means of Operations Research techniques, aiming to produce evenly distributed timetables along the week, in the first step, and to assign the classrooms to the groups of students in the next, in such a way that the physical spaces utilization of the University is optimized. Data was collected from a federal higher education institution in order to implement de model. Results obtained through its processing with this data showed that the model considerably reduces the classrooms utilization.

A construção de grades horárias dos cursos de uma universidade é um problema que deve ser enfrentado no início de todos os semestres e, por mobilizar quantidades significativas de recursos, se constitui numa das mais importantes tarefas administrativas de uma universidade. Trata-se de um problema clássico, combinatório, que tem atraído atenção por conta da dificuldade de se encontrar boas soluções. É classificado, em termos de complexidade computacional, como NP-hard, o que implica grande exigência de capacidade de processamento. É modelado de maneiras muito diversas, no intuito de se obter adequação quanto ao contexto educacional do país, às regras específicas da instituição ou aos objetivos específicos dos gestores, entre outros. Foi feita uma revisão de literatura no intuito de apoiar a modelagem do problema, nesse trabalho, e de contribuir com a comunidade de pesquisadores sobre o tema ao agregar informações a respeito das pesquisas publicadas até então. O problema é modelado, neste trabalho, por meio de técnicas de Pesquisa Operacional com o objetivo de produzir grades horárias com aulas distribuídas uniformemente ao longo da semana, em uma primeira etapa, para que, na etapa seguinte, ao se atribuir salas de aula às turmas, a utilização dos espaços físicos da Universidade seja otimizada. Dados foram coletados de uma instituição federal de ensino superior para a implementação do modelo. Resultados obtidos no processamento com os dados reais mostraram que o modelo reduz consideravelmente a utilização de salas de aula. / The timetabling construction for University courses is a problem that must be faced at each beginning of semester and, since it mobilizes significant amounts of resources, it constitutes in one of the most important administrative tasks in a University. It's a classic, combinatorial problem that has attracted attention due to its difficulty in finding good solutions. In terms of computational complexity, it's classified as NP-hard, which involves great processing capacity. It's modeled in a number of different ways, aimed to obtain adequacy to the educational context of the country, to the specific higher education institutional rules, or to the specific managers goals, amongst others. A literature review was performed, aimed to support, in this research, the problems modeling, and to contribute to the researchers community, adding the research information published so far. The problem is modeled, in this work, by means of Operations Research techniques, aiming to produce evenly distributed timetables along the week, in the first step, and to assign the classrooms to the groups of students in the next, in such a way that the physical spaces utilization of the University is optimized. Data was collected from a federal higher education institution in order to implement de model. Results obtained through its processing with this data showed that the model considerably reduces the classrooms utilization.

A construção de grades horárias dos cursos de uma universidade é um problema que deve ser enfrentado no início de todos os semestres e, por mobilizar quantidades significativas de recursos, se constitui numa das mais importantes tarefas administrativas de uma universidade. Trata-se de um problema clássico, combinatório, que tem atraído atenção por conta da dificuldade de se encontrar boas soluções. É classificado, em termos de complexidade computacional, como NP-hard, o que implica grande exigência de capacidade de processamento. É modelado de maneiras muito diversas, no intuito de se obter adequação quanto ao contexto educacional do país, às regras específicas da instituição ou aos objetivos específicos dos gestores, entre outros. Foi feita uma revisão de literatura no intuito de apoiar a modelagem do problema, nesse trabalho, e de contribuir com a comunidade de pesquisadores sobre o tema ao agregar informações a respeito das pesquisas publicadas até então. O problema é modelado, neste trabalho, por meio de técnicas de Pesquisa Operacional com o objetivo de produzir grades horárias com aulas distribuídas uniformemente ao longo da semana, em uma primeira etapa, para que, na etapa seguinte, ao se atribuir salas de aula às turmas, a utilização dos espaços físicos da Universidade seja otimizada. Dados foram coletados de uma instituição federal de ensino superior para a implementação do modelo. Resultados obtidos no processamento com os dados reais mostraram que o modelo reduz consideravelmente a utilização de salas de aula. / The timetabling construction for University courses is a problem that must be faced at each beginning of semester and, since it mobilizes significant amounts of resources, it constitutes in one of the most important administrative tasks in a University. It's a classic, combinatorial problem that has attracted attention due to its difficulty in finding good solutions. In terms of computational complexity, it's classified as NP-hard, which involves great processing capacity. It's modeled in a number of different ways, aimed to obtain adequacy to the educational context of the country, to the specific higher education institutional rules, or to the specific managers goals, amongst others. A literature review was performed, aimed to support, in this research, the problems modeling, and to contribute to the researchers community, adding the research information published so far. The problem is modeled, in this work, by means of Operations Research techniques, aiming to produce evenly distributed timetables along the week, in the first step, and to assign the classrooms to the groups of students in the next, in such a way that the physical spaces utilization of the University is optimized. Data was collected from a federal higher education institution in order to implement de model. Results obtained through its processing with this data showed that the model considerably reduces the classrooms utilization.

The university timetabling problem is an NP-complete problem which schools all over the world face every semester. The aim of the problem is to schedule sets of events such as lectures and seminars into certain time slots without violating numerous specified constraints. This study aimed to automate this process with the help of simulated annealing and compare the results with a genetic algorithm. The input data sets were inspired by the Royal Institute of Technology in Stockholm. The results showed a great run time difference between the two algorithms where the simulated annealing performed much better. They also showed that even though the simulated annealing algorithm was better during all stages, the genetic algorithm had a much better performance in early stages than it had in latter. This led to the conclusion that a more optimized, hybrid algorithm could be created from the two algorithms provided that the genetic algorithm could benefit from the improvements suggested in previous research. / Universitetsschemaläggningsproblemet är ett NP-fullständigt problem som skolor över hela världen måste hantera innan varje termin. Syftet med problemet är att schemalägga händelser, såsom föreläsningar och seminarier, utan att bryta flertalet fördefinierade villkor. Denna studie hade som mål att automatisera denna process med hjälp av algoritmkonstuktionsmetoden simulerad glödgning och sedan jämföra resultatet med en genetisk algoritm. De datamängder som användes är inspirerade av den verkliga situationen på KTH. Resultaten visar stora tidsmässiga skillnader där algoritmen baserad på simulerad glödgning går snabbare. De visar dock också att den genetiska algoritmen har en bättre prestanda i tidigare stadier än i senare. Detta ledde till slutsatsen att en mer optimerad hybridalgoritm kan skapas av de två algoritmerna, förutsatt att den genetiska algoritmen kan dra nytta av förbättringar som föreslagits i tidigare forskning.

A geração de grades horárias de qualidade é um fator crítico em qualquer instituição de ensino, tanto em escolas de ensino fundamental/médio como em universidades. Este problema é considerado complexo, pois devem ser relacionados e otimizados diversos recursos, tais como horários, disciplinas, professores e alunos. Em grande parte das instituições de ensino, a geração de grades horárias é realizada manualmente, o que vem a tornar este processo custoso e sujeito a falhas. Diversas abordagens são também encontradas na literatura para resolução deste problema, nas quais foram aplicados métodos de busca estocástica, devido à sua inerente complexidade. As estratégias de busca formuladas e comparadas no presente trabalho foram baseadas no uso de algoritmos genéticos e de sistemas imunológicos artificiais. Tais técnicas foram capazes de fornecer soluções de qualidade para o problema de geração automática de grades horárias. Neste trabalho foram desenvolvidos dois sistemas de apoio à decisão, nos quais foram combinadas técnicas heurísticas aos algoritmos genéticos e ao algoritmo de seleção clonal. O propósito desta investigação é realizar uma análise comparativa entre as duas técnicas a fim de verificar qual delas apresenta resultados mais promissores para a resolução do problema de geração automática de grades horárias. / The generation of timetables with good quality is a critical factor in any educational institution. This is considered a complex problem because it involves several types of information, such as schedules, course subjects, teachers and students. Several search strategies have been applied to solve timetabling problems, whose constraints may vary from one educational institution to another. Most educational institutions still prepare their timetables manually, which is a highly time-consuming process and subjected to errors. Several approaches to solve this problem are also found in technical studies, which use stochastic search methods due to the problems complexity. The search optimization methods used in this work to solve the timetabling problem are genetic algorithms and the clonal selection algorithm, whose satisfactory results when applied to optimization problems are reported in the literature. Two decision support systems were developed in this work, combining heuristic techniques with the genetic algorithms and the clonal selection algorithm. The purpose of this research is to make a comparative analysis of these two techniques in order to determine which one offers the most promising results for solving the timetabling problem.

A geração de grades horárias de qualidade é um fator crítico em qualquer instituição de ensino, tanto em escolas de ensino fundamental/médio como em universidades. Este problema é considerado complexo, pois devem ser relacionados e otimizados diversos recursos, tais como horários, disciplinas, professores e alunos. Em grande parte das instituições de ensino, a geração de grades horárias é realizada manualmente, o que vem a tornar este processo custoso e sujeito a falhas. Diversas abordagens são também encontradas na literatura para resolução deste problema, nas quais foram aplicados métodos de busca estocástica, devido à sua inerente complexidade. As estratégias de busca formuladas e comparadas no presente trabalho foram baseadas no uso de algoritmos genéticos e de sistemas imunológicos artificiais. Tais técnicas foram capazes de fornecer soluções de qualidade para o problema de geração automática de grades horárias. Neste trabalho foram desenvolvidos dois sistemas de apoio à decisão, nos quais foram combinadas técnicas heurísticas aos algoritmos genéticos e ao algoritmo de seleção clonal. O propósito desta investigação é realizar uma análise comparativa entre as duas técnicas a fim de verificar qual delas apresenta resultados mais promissores para a resolução do problema de geração automática de grades horárias. / The generation of timetables with good quality is a critical factor in any educational institution. This is considered a complex problem because it involves several types of information, such as schedules, course subjects, teachers and students. Several search strategies have been applied to solve timetabling problems, whose constraints may vary from one educational institution to another. Most educational institutions still prepare their timetables manually, which is a highly time-consuming process and subjected to errors. Several approaches to solve this problem are also found in technical studies, which use stochastic search methods due to the problems complexity. The search optimization methods used in this work to solve the timetabling problem are genetic algorithms and the clonal selection algorithm, whose satisfactory results when applied to optimization problems are reported in the literature. Two decision support systems were developed in this work, combining heuristic techniques with the genetic algorithms and the clonal selection algorithm. The purpose of this research is to make a comparative analysis of these two techniques in order to determine which one offers the most promising results for solving the timetabling problem.

Todo início de período letivo, gestores de instituições de ensino se deparam com um típico problema: montar as grades horárias das turmas, segundo as demandas de aulas de suas disciplinas e considerando as restrições de disponibilidade horária de todos os envolvidos. Conhecido na literatura como School Timetabling Problem (STP), este típico problema de otimização combinatória é reconhecidamente complexo por conta do seu elevado número de variáveis e restrições. Devido à dependência das regras do sistema educacional de cada país, o STP pode ter inúmeras variantes, cada uma com o seu próprio conjunto de particularidades. Este trabalho se propõe a oferecer um modelo para o STP considerando o sistema educacional brasileiro, visando alocar não apenas professores, mas também determinando que disciplina cada professor deve ministrar e alocando os locais de aula. O modelo proposto, baseado na meta-heurística simulated annealing, foi concebido para que cada instituição de ensino usuária tenha liberdade para definir a penalidade de cada tipo possível de inconformidade ou restrição, de modo que o algoritmo empregado possa encontrar uma solução com o menor custo possível. / Every beginning of term, educational institution managers face a typical problem: planning the classes' timetable, according to their lesson demands for each subject, considering, furthermore, the schedule constrains of all actors. Known as school timetabling problem (STP), this typical combinatorial optimization problem is remarkably complex due to the high number of variables and constraints. Owing to the rules of each country's educational system, STP can have uncountable variants, each one with their own set of features. This dissertation searches to offer a model to STP considering the Brazilian Educational System, focusing on allocating not only the teachers but also determining which subject each teacher should teach and allocating classrooms, laboratories and the like. The propesed model, based on the metaheuristic simulated annealing, was conceived so that each educational institution using this model has the freedom to define which penalty will be applied to each possible kind of noncomformity and constraint, in order for the applied algorithm to find a solution at the lowest cost as possible.

Todo início de período letivo, gestores de instituições de ensino se deparam com um típico problema: montar as grades horárias das turmas, segundo as demandas de aulas de suas disciplinas e considerando as restrições de disponibilidade horária de todos os envolvidos. Conhecido na literatura como School Timetabling Problem (STP), este típico problema de otimização combinatória é reconhecidamente complexo por conta do seu elevado número de variáveis e restrições. Devido à dependência das regras do sistema educacional de cada país, o STP pode ter inúmeras variantes, cada uma com o seu próprio conjunto de particularidades. Este trabalho se propõe a oferecer um modelo para o STP considerando o sistema educacional brasileiro, visando alocar não apenas professores, mas também determinando que disciplina cada professor deve ministrar e alocando os locais de aula. O modelo proposto, baseado na meta-heurística simulated annealing, foi concebido para que cada instituição de ensino usuária tenha liberdade para definir a penalidade de cada tipo possível de inconformidade ou restrição, de modo que o algoritmo empregado possa encontrar uma solução com o menor custo possível. / Every beginning of term, educational institution managers face a typical problem: planning the classes' timetable, according to their lesson demands for each subject, considering, furthermore, the schedule constrains of all actors. Known as school timetabling problem (STP), this typical combinatorial optimization problem is remarkably complex due to the high number of variables and constraints. Owing to the rules of each country's educational system, STP can have uncountable variants, each one with their own set of features. This dissertation searches to offer a model to STP considering the Brazilian Educational System, focusing on allocating not only the teachers but also determining which subject each teacher should teach and allocating classrooms, laboratories and the like. The propesed model, based on the metaheuristic simulated annealing, was conceived so that each educational institution using this model has the freedom to define which penalty will be applied to each possible kind of noncomformity and constraint, in order for the applied algorithm to find a solution at the lowest cost as possible.