Django模型实现时间表(调度)功能的体系结构

Question

我正在开发Django应用程序，目的是为10K+人员(以及将来更多的人)维护时间表(时间表)。基本上，问题陈述如下:每个人都有各自的时间表，明年有空位。它是离散的，步骤为15分钟。我需要开发模型体系结构(这将意味着下面的数据库设计)来完成以下工作：

1. 查询给定人员的所有空闲时隙。
2. 询问所有在某一时间有空的人。

例如，我有约翰，他从11月14日上午8点到下午14点自由，萨拉从上午10点到11月14日上午11点自由。如果我质疑约翰的空闲时间，我想得到“上午8:00-下午14 :00-11月14日”。如果我质疑“早上8点到11点免费的人”，我就会得到约翰，因为萨拉直到上午10点才有空。如果我质疑“从上午10点到上午11点自由的人”，我想得到约翰和萨拉。我考虑过这个问题，我的想法如下。

解决方案№1:我们创建了一个模型FreeTimeSlot，它可以存储每15分钟时间间隔的信息，并从人的角度构建与其相关的信息。

    class Person(models.Model):
        name = models.CharField(max_length=32, null=False, blank=False)
        free_slots = models.ManyToManyField(FreeTimeSlot, related_name='tutor_set', null=True, blank=True, through='PersonSlot')

    class TimeSlot(models.Model):
        time = models.DateTimeField(db_index=True) #perhaps other field type

    class PersonSlot(models.Model):
        person = models.ForeignKey(Person)
        timeslot = models.ForeignKey(Slot)

        class Meta:
            db_table = 'person_free_slots'
            unique_together = (('timeslot', 'person'))

在接下来的一年中，我们每隔15分钟就创建365*24*4 TimeSlot模型，如果person在他的计划中指定了空闲时间，我们就添加到该TimeSlot中。使用这种架构，为人获得免费的时隙就像通过管理器一样简单: person.free_time_slots使所有的人在特定的时间(例如10-10:45)自由也很容易，平滑就像：

timeslots = TimeSlot.objects.filter(time__in=['10:00', '10:15', '10:30'])
PersonSlot.objects.filter(timeslot__in=timeslots).values('person')

解决方案2：我们避免为每个时隙创建模型，但将日期保存在PersonTime模型本身中：

    class Person(models.Model):
        name = models.CharField(max_length=32, null=False, blank=False)

    class TimeSlot(models.Model):
        person = models.ForeignKey(Person, related_name='slots')
        time_start = models.DateTimeField(db_index=True)
        time_end = models.DateTimeField(db_index=True)

获取空闲时隙列表也很容易(person.slots)。在某一时间(例如10-10:45)让所有人自由，就像：

TimeSlot.objects.filter(time_start__gte="10:00", time_end__lte="10:45").values('person')

此解决方案不适用于相交的间隔，我也不确定查询索引间隔时间(在同一字段上使用gte和lte比较)是否有效，并将快速工作。如果有关系我就用Postgres。我还用伪代码编写了时间查询，以使代码更简单。

因此，我的问题是，django开发人员如何才能更好地实现这个功能，从而为大数据上的两个查询提供速度？我希望能就我目前的解决方案或新想法的可能的注意事项/好处提出建议。

Answer 1

让我们把这个问题分成两部分。

第1部分-数据编码

考虑编码与时隙相关的数据。如果您需要精确的15分钟，您有96个插槽(4个插槽在1小时*24小时在一天中)，持续时间为15分钟在任何给定的一天。每个插槽可以有两种可能的状态:1-插槽是空闲的，0-插槽是繁忙的(或者反之亦然，如果你愿意的话)。因此，您可以用0s和1s的字符串来表示每天的时间表。例如，字符串(仅为便于阅读而添加的空格) 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110 0000 ...表示上午00:00AM至09:00AM (没有人在夜间工作)之间的繁忙时隙，然后是上午9:00到9:45之间的空闲时间(连续三个1)，然后是从9:45AM开始的繁忙时间时段。

所以，你可以这样写你的模型：

class Person(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=32)

class DailySchedule(models.Model):
    person = models.ForeignKey(Person, related_name='day_schedule')
    date = models.DateField()
    schedule = models.CharField(max_length=96)

第2部分-查询

因此，我们对有关可用/繁忙时隙的信息进行了编码，但是如何从数据库中提取它呢？幸运的是，Django有regex字段查找的可能性！幸运的是，Django 1.4支持它！

因此，为了在特定的时间段内找到谁可用，可以使用DailySchedule.objects.filter(date=date, schedule__regex=r'<expression>')。由于提取不同时间框架的表达式并不明显，我们需要一个支持函数：

def time_slot_to_regex(start_time, end_time):
    # times should be in HH:MM format
    start_hour, start_minutes = start_time.split(':')
    end_hour, end_minutes = end_time.split(':')

    slots_before_needed_time = (int(start_hour)*4 + int(start_minutes)/15)

    # compute how many hours are between given times and find out nr of slots
    hour_duration_slots = (int(end_hour) - int(start_hour)) * 4  # 4 slots in each hour

    # adjust nr of slots according to minutes in provided times. 
    # e.g. 9:30 to 10:45 - we have 10-9=1 hour, which is 4 time slots, 
    # but we need to subtract 2 time slots, because we don't have 9:00 to 10:00, 
    # but 9:30 to 10:00 so we subtract 30/15=2 timeslots and add what is left 
    # from the incomplete hour of 10:45 time, which is 45/15 minutes = 3 slots
    minute_duration_slots = int(end_minutes)/15 - int(start_minutes)/15

    total_duration = hour_duration_slots + minute_duration_slots

    regular_expression = r'^[01]{%d}1{%d}' % (slots_before_needed_time, total_duration)

    return regular_expression

让我们弄清楚这个函数是如何工作的，

假设我们想找出上午9:15到9:45之间有谁可用我们称之为slots_expression = time_slot_to_regex('9:15', '9:45')，它计算：

• slots_before_needed_time = 37，它是通过将9乘以4+ 15/15得到的。这是我们不关心的插槽数，它将进入我们的regular_expression字符串- '^[01]{37}'的第一部分。
• hour_duration_slots = 0，因为两个时间值中的小时是相同的。
• minute_duration_slots = 2，我们从45/15中减去15/15
• 前面的2加在一起使我们需要在regular_expression中设置为1的两个插槽，从而获得'^[01]{37}1{2}'。

现在我们可以将这个正则表达式提供给我们的过滤器，获得DailySchedule.objects.filter(schedule__regex=slots_expression)和瞧！，我们得到了结果。

保存数据过程

我已经描述了编码数据的原理，但是没有提到编码它的过程。通过使用另一个支持函数可以轻松地完成这一任务，该函数接受一串现有的繁忙/可用插槽以及更新现有计划的start_date和end_date。如果你也需要这个方法，请告诉我。

优点

• 没有M2M关系，这会导致更快的查询
• 可以使用不同的正则表达式在一天内搜索几个空闲时段(例如，^[01]{36}1{4}[01]{24}1{4}将查找从上午9点到上午10点和从下午4点到下午5点可用的人。
• 相对简单的实现
• 作为一个副作用，您可以更容易地访问来查找繁忙的时间段，因为您将在数据库中获得所需的信息，并且不需要为其运行计算。

缺点

• 不是冗长的，对某些人来说，这可能是令人困惑的
• 在数据库中需要更多的空间，因为您将节省空闲和繁忙的时间插槽。