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第10章 Red Hat ビルドの Quarkus 上の Red Hat ビルドの OptaPlanner: 時間割のクイックスタートガイド

本書では、Red Hat ビルドの OptaPlanner の制約解決人工知能 (AI) を使用して Red Hat ビルドの Quarkus アプリケーションを作成するプロセスを説明します。学生および教師向けの時間割を最適化する REST アプリケーションを構築していきます。

timeTableAppScreenshot

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。ブルートフォース攻撃で可能なすべての組み合わせを単純に反復すると、スーパーコンピューターであっても、非簡単なデータセットでも数百年かかります。幸い、Red Hat ビルドの 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 3.6 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、NetBeans などの IDE が利用できる。

10.1. Maven プラグインを使用した OptaPlanner Red Hat ビルドの Quarkus Maven プロジェクトの作成

Apache Maven および Quarkus Maven プラグインを使用して、Red Hat ビルドの OptaPlanner および Quarkus アプリケーションの使用を開始できます。

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 3.6 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。

手順

  1. コマンドターミナルで以下のコマンドを入力し、Maven が JDK 11 を使用していること、そして Maven のバージョンが 3.6 以上であることを確認します。

    mvn --version
  2. 上記のコマンドで JDK 11 が返されない場合は、JDK 11 へのパスを PATH 環境変数に追加し、上記のコマンドを再度入力します。
  3. Quarkus OptaPlanner クイックスタートプロジェクトを生成するには、以下のコマンドを入力します。

    mvn com.redhat.quarkus.platform:quarkus-maven-plugin:2.2.3.Final-redhat-00013:create \
        -DprojectGroupId=com.example \
        -DprojectArtifactId=optaplanner-quickstart  \
        -Dextensions="resteasy,resteasy-jackson,optaplanner-quarkus,optaplanner-quarkus-jackson" \
        -DplatformGroupId=com.redhat.quarkus.platform
        -DplatformVersion=2.2.3.Final-redhat-00013 \
        -DnoExamples

    このコマンドは、./optaplanner-quickstart ディレクトリーで以下の要素を作成します。

    • Maven の構造
    • src/main/dockerDockerfile ファイルの例
    • アプリケーションの設定ファイル

      表10.1 mvn io.quarkus:quarkus-maven-plugin:2.2.3.Final-redhat-00013:create コマンドで使用したプロパティー

      プロパティー説明

      projectGroupId

      プロジェクトのグループ ID。

      projectArtifactId

      プロジェクトのアーティファクト ID。

      extensions

      このプロジェクトで使用する Quarkus 拡張のコンマ区切りリスト。Quarkus 拡張の全一覧については、特定のコマンドラインで mvn quarkus:list-extensions を入力します。

      noExamples

      テストまたはクラスを使用せずに、プロジェクト構造でプロジェクトを作成します。

      projectGroupID および projectArtifactID プロパティーの値を使用して、プロジェクトバージョンを生成します。デフォルトのプロジェクトバージョンは 1.0.0-SNAPSHOT です。

  4. OptaPlanner プロジェクトを表示するには、OptaPlanner Quickstarts ディレクトリーに移動します。

    cd optaplanner-quickstart
  5. pom.xml ファイルを確認します。コンテンツの例を以下に示します。

    <dependencyManagement>
      <dependencies>
        <dependency>
          <groupId>io.quarkus.platform</groupId>
          <artifactId>quarkus-bom</artifactId>
          <version>2.2.3.Final-redhat-00013</version>
          <type>pom</type>
          <scope>import</scope>
        </dependency>
        <dependency>
          <groupId>io.quarkus.platform</groupId>
          <artifactId>quarkus-optaplanner-bom</artifactId>
          <version>2.2.3.Final-redhat-00013</version>
          <type>pom</type>
          <scope>import</scope>
        </dependency>
      </dependencies>
    </dependencyManagement>
    <dependencies>
      <dependency>
        <groupId>io.quarkus</groupId>
        <artifactId>quarkus-resteasy</artifactId>
      </dependency>
      <dependency>
        <groupId>io.quarkus</groupId>
        <artifactId>quarkus-resteasy-jackson</artifactId>
      </dependency>
      <dependency>
        <groupId>org.optaplanner</groupId>
        <artifactId>optaplanner-quarkus</artifactId>
      </dependency>
      <dependency>
        <groupId>org.optaplanner</groupId>
        <artifactId>optaplanner-quarkus-jackson</artifactId>
      </dependency>
      <dependency>
        <groupId>io.quarkus</groupId>
        <artifactId>quarkus-junit5</artifactId>
        <scope>test</scope>
      </dependency>
    </dependencies>