智能排课系统

张明：李华，我最近在研究一个关于学校排课系统的项目，听说你对后端开发比较有经验，能帮我看看吗？

李华：当然可以！你具体是想做什么类型的排课系统？比如是固定班级还是走班制？

张明：我们学校现在采用的是走班制，学生需要根据自己的课程安排到不同的教室上课。所以需要一个灵活的排课系统来管理这些动态变化。

李华：那这个系统的核心功能应该包括：课程表生成、教师资源分配、教室调度、学生选课等。你有没有考虑过使用什么技术栈？

张明：我想用Java，因为我们的后端团队主要用Java。不过我对Spring Boot还不太熟悉，你有什么建议吗？

李华：Spring Boot确实是个不错的选择，它简化了Spring应用的初始搭建和开发。我们可以用它来快速构建REST API，同时结合JPA或者MyBatis来处理数据库操作。

张明：那我们先从数据库设计开始吧。你觉得应该有哪些表？

李华：首先需要一个课程表（Course），包含课程ID、名称、学分、教师ID等信息；然后是教师表（Teacher），记录教师的基本信息；再是教室表（Classroom），存储教室编号、容量等信息；最后是排课表（Schedule），用来记录每节课的具体时间、地点和学生信息。

张明：听起来合理。那具体的数据库结构应该怎么设计呢？

李华：我们可以用MySQL来作为数据库，下面是几个表的示例结构：

CREATE TABLE course (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    credit INT NOT NULL,
    teacher_id INT,
    FOREIGN KEY (teacher_id) REFERENCES teacher(id)
);

CREATE TABLE teacher (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    department VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE classroom (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    number VARCHAR(255) NOT NULL,
    capacity INT NOT NULL
);

CREATE TABLE schedule (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    course_id INT,
    classroom_id INT,
    start_time TIME,
    end_time TIME,
    date DATE,
    student_count INT,
    FOREIGN KEY (course_id) REFERENCES course(id),
    FOREIGN KEY (classroom_id) REFERENCES classroom(id)
);
    

张明：好的，有了数据库结构，接下来就是后端逻辑了。你觉得我们应该怎么组织代码结构？

李华：按照Spring Boot的标准结构，我们可以将项目分为Controller、Service、Repository三层。Controller负责接收HTTP请求，Service处理业务逻辑，Repository负责与数据库交互。

张明：那我们先写一个简单的课程管理接口吧。比如获取所有课程列表。

李华：好的，下面是一个简单的Controller示例：

@RestController
@RequestMapping("/api/courses")
public class CourseController {

    @Autowired
    private CourseService courseService;

    @GetMapping
    public List getAllCourses() {
        return courseService.getAllCourses();
    }
}
    

张明：那Service层该怎么写？

李华：Service层通常会调用Repository来获取数据，下面是CourseService的示例：

@Service
public class CourseService {

    @Autowired
    private CourseRepository courseRepository;

    public List getAllCourses() {
        return courseRepository.findAll();
    }
}
    

张明：那Repository层呢？

李华：Repository层一般继承Spring Data JPA的JpaRepository接口，这样可以直接使用一些基础方法，比如findAll()、save()等。下面是CourseRepository的代码：

public interface CourseRepository extends JpaRepository {
}
    

张明：明白了。那我们还需要处理排课的逻辑，比如如何避免同一时间同一教室被多个课程占用。

李华：这是一个关键点。我们需要在保存排课信息之前进行校验。比如，检查该时间段内是否有其他课程已经占用了同一个教室。

张明：那这个校验逻辑应该放在哪里？

李华：最好放在Service层，确保业务逻辑的完整性。下面是一个简单的校验方法示例：

public void validateSchedule(Schedule schedule) {
    List existingSchedules = scheduleRepository.findByClassroomIdAndDateAndTimeRange(
        schedule.getClassroom().getId(),
        schedule.getDate(),
        schedule.getStartTime(),
        schedule.getEndTime()
    );

    if (!existingSchedules.isEmpty()) {
        throw new RuntimeException("该时间段内教室已被占用");
    }
}
    

张明：那这个方法是怎么实现的？是不是要查询数据库？

李华：是的，我们可以在Repository中添加一个自定义的查询方法。例如：

public interface ScheduleRepository extends JpaRepository {
    List findByClassroomIdAndDateAndTimeRange(
        Long classroomId,
        Date date,
        Time startTime,
        Time endTime
    );
}
    

张明：这样就实现了排课冲突的检测。那接下来我们还要考虑学生选课的功能，对吧？

李华：没错。学生选课可能涉及多对多的关系，比如一个学生可以选择多个课程，而一个课程也可以被多个学生选择。这时候就需要一个中间表来关联学生和课程。

张明：那我们是不是需要增加一个Student实体和一个选课表？

李华：是的，以下是学生表和选课表的结构示例：

CREATE TABLE student (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    student_id VARCHAR(255) NOT NULL UNIQUE
);

CREATE TABLE student_course (
    student_id INT,
    course_id INT,
    PRIMARY KEY (student_id, course_id),
    FOREIGN KEY (student_id) REFERENCES student(id),
    FOREIGN KEY (course_id) REFERENCES course(id)
);
    

张明：好的，这样就能支持学生选课了。那我们还需要提供一个API供学生提交选课请求。

李华：是的，下面是一个简单的选课接口示例：

@PostMapping("/enroll")
public ResponseEntity enrollStudent(@RequestBody EnrollRequest request) {
    try {
        studentService.enroll(request.getStudentId(), request.getCourseId());
        return ResponseEntity.ok("选课成功");
    } catch (Exception e) {
        return ResponseEntity.status(HttpStatus.BAD_REQUEST).body(e.getMessage());
    }
}
    

张明：那Service层的enroll方法该怎么写？

李华：这里需要检查学生是否已经选了这门课，以及课程是否还有名额。如果都满足，就将学生和课程关联起来。

public void enroll(Long studentId, Long courseId) {
    Student student = studentRepository.findById(studentId).orElseThrow(() -> new RuntimeException("学生不存在"));
    Course course = courseRepository.findById(courseId).orElseThrow(() -> new RuntimeException("课程不存在"));

    if (studentCourseRepository.existsByStudentIdAndCourseId(studentId, courseId)) {
        throw new RuntimeException("您已选过该课程");
    }

    if (course.getStudentCount() >= course.getMaxCapacity()) {
        throw new RuntimeException("课程已满");
    }

    studentCourseRepository.save(new StudentCourse(studentId, courseId));
    course.setStudentCount(course.getStudentCount() + 1);
    courseRepository.save(course);
}
    

张明：看来这部分逻辑也完成了。那整个系统是不是还需要前端页面？

李华：是的，虽然我们只写了后端部分，但实际应用中还需要前端来展示和操作数据。你可以使用Vue.js或React来开发前端界面，与后端通过REST API通信。

张明：明白了。那我们接下来是不是可以测试一下系统？

李华：对，我们可以使用Postman来测试各个接口，比如获取课程列表、排课、选课等功能。

张明：好的，感谢你的帮助，我现在对这个走班排课系统有了更清晰的认识。

李华：不客气，如果你在后续开发中遇到问题，随时来找我。祝你项目顺利！