餐館程序員用 Python 優化排班表節省成本18個絕招曝光
作者：手把手PythonAI編程
本篇文章從基礎概念出發，逐步介紹了如何使用Python來優化餐館的排班表。通過實戰案例，我們展示了如何將這些方法應用到實際的餐館運營中，從而節省成本，提高效率。
餐館運營中，排班表的管理是一項既復雜又重要的任務。合理的排班不僅能提升員工滿意度，還能有效降低人力成本。今天，我們就來聊聊如何用Python來優化餐館的排班表，節省成本。我們會從簡單的概念入手，逐步深入到高級技巧，讓你也能成為餐館的“超級程序員”。
1. 基礎概念：理解排班表
排班表，顧名思義，就是安排員工工作時間的表格。在餐館中，它通常需要考慮員工的可用性、工作時間限制、用餐高峰時段等因素。
2. 使用列表存儲員工信息
首先，我們需要一個數據結構來存儲員工信息。Python中的列表是一個不錯的選擇。
# 員工信息列表，包括姓名、可用時間段
employees = [
{"name": "張三", "available": [(9, 17), (20, 23)]},
{"name": "李四", "available": [(10, 18), (21, 24)]},
# 更多員工...
] 3. 提取可用時間段
為了優化排班，我們需要知道每個員工在哪些時間段是可用的。
def get_available_times(employee):
return employee["available"]
print(get_available_times(employees[0])) # 輸出: [(9, 17), (20, 23)] 4. 定義用餐高峰時段
餐館通常有幾個用餐高峰時段，我們需要確保在這些時段有足夠的人手。
peak_hours = [(11, 14), (18, 21)] 5. 初步排班：簡單貪心算法
貪心算法是一種逐步構建解決方案的算法，每一步都選擇當前最好的選擇。我們可以嘗試用這種方法來初步排班。
def greedy_scheduling(employees, peak_hours):
schedule = []
for start, end in peak_hours:
for emp in employees:
if any(peak_start <= t[0] < peak_end <= t[1] for t in emp["available"]):
schedule.append((emp["name"], start, end))
emp["available"] = [t for t in emp["available"] if not (peak_start <= t[0] < peak_end <= t[1])]
break
return schedule
print(greedy_scheduling(employees, peak_hours)) 6. 優化：考慮員工工作時長
簡單的貪心算法可能沒有考慮到員工的工作時長限制。我們可以添加這個約束條件。
def consider_work_hours(schedule, employee, max_hours=8):
current_hours = sum((end - start) for _, start, end in schedule if _ == employee["name"])
return current_hours < max_hours
def optimized_greedy_scheduling(employees, peak_hours, max_hours=8):
schedule = []
for start, end in peak_hours:
for emp in employees:
if consider_work_hours(schedule, emp, max_hours) and any(peak_start <= t[0] < peak_end <= t[1] for t in emp["available"]):
schedule.append((emp["name"], start, end))
emp["available"] = [t for t in emp["available"] if not (peak_start <= t[0] < peak_end <= t[1])]
break
return schedule
print(optimized_greedy_scheduling(employees, peak_hours)) 7. 進階：使用遺傳算法優化排班
遺傳算法是一種模擬自然選擇和遺傳機制的優化算法，適用于解決復雜問題。
import random
# 定義遺傳算法的基本組件
def create_individual(employees, peak_hours):
# 隨機選擇員工覆蓋高峰時段
individual = []
for start, end in peak_hours:
emp = random.choice([emp for emp in employees if any(peak_start <= t[0] < peak_end <= t[1] for t in emp["available"])])
individual.append((emp["name"], start, end))
emp["available"] = [t for t in emp["available"] if not (peak_start <= t[0] < peak_end <= t[1])]
return individual
def fitness(individual):
# 定義一個簡單的適應度函數，比如覆蓋的高峰時段越多，適應度越高
covered_hours = sum(end - start for _, start, end in individual)
return covered_hours
def select(population, fitnesses):
# 輪盤賭選擇
total_fitness = sum(fitnesses)
probabilities = [f / total_fitness for f in fitnesses]
selected_indices = random.choices(range(len(population)), weights=probabilities, k=len(population))
return [population[i] for i in selected_indices]
def crossover(parent1, parent2):
# 單點交叉
point = random.randint(1, len(parent1) - 1)
child1 = parent1[:point] + [t for t in parent2 if t not in parent1[:point]]
child2 = parent2[:point] + [t for t in parent1 if t not in parent2[:point]]
return child1, child2
def mutate(individual, mutation_rate=0.1):
# 隨機變異
if random.random() < mutation_rate:
idx = random.randint(0, len(individual) - 1)
individual[idx] = (random.choice([emp for emp in employees if emp["available"]]), *individual[idx][1:])
return individual
# 遺傳算法主流程
def genetic_algorithm(employees, peak_hours, generations=100, population_size=10, mutation_rate=0.1):
population = [create_individual(employees.copy(), peak_hours) for _ in range(population_size)]
for _ in range(generations):
fitnesses = [fitness(ind) for ind in population]
population = select(population, fitnesses)
new_population = []
for i in range(0, len(population), 2):
parent1, parent2 = population[i], population[i + 1]
child1, child2 = crossover(parent1, parent2)
new_population.extend([mutate(child1, mutation_rate), mutate(child2, mutation_rate)])
population = new_population
return max(population, key=fitness)
best_schedule = genetic_algorithm(employees, peak_hours)
print(best_schedule) 8. 實戰案例：優化某餐館的排班表
假設我們有一家小餐館，有5名員工，每天有兩個用餐高峰時段。我們希望用Python來優化排班表，減少人力成本。
# 員工信息
employees = [
{"name": "張三", "available": [(9, 17), (20, 23)]},
{"name": "李四", "available": [(10, 18), (21, 24)]},
{"name": "王五", "available": [(11, 19), (22, 24)]},
{"name": "趙六", "available": [(9, 16), (20, 23)]},
{"name": "孫七", "available": [(10, 18), (21, 24)]},
]
# 用餐高峰時段
peak_hours = [(11, 14), (18, 21)]
# 使用遺傳算法優化排班
best_schedule = genetic_algorithm(employees, peak_hours, generations=200, population_size=20, mutation_rate=0.05)
print("優化后的排班表：")
for emp, start, end in best_schedule:
print(f"{emp} 從 {start} 到 {end}") 實戰案例分析
在這個案例中，我們通過遺傳算法對餐館的排班表進行了優化。與簡單的貪心算法相比，遺傳算法能夠考慮到更多的因素，比如員工的工作時長限制、高峰時段的覆蓋情況等，從而得到更合理的排班方案。通過優化排班表，餐館可以減少不必要的人力成本，提高運營效率。
總結
本篇文章從基礎概念出發，逐步介紹了如何使用Python來優化餐館的排班表。我們首先從簡單的列表存儲員工信息開始，然后使用了貪心算法進行初步排班，接著考慮了員工的工作時長限制，最后引入了遺傳算法來進一步優化排班。通過實戰案例，我們展示了如何將這些方法應用到實際的餐館運營中，從而節省成本，提高效率。
責任編輯：趙寧寧
來源：
手把手PythonAI編程
