Solveur de suggestions (OR-Tools CP-SAT) — ne place jamais personne

Nouveau module `backend/app/solver/` (mêmes conventions que
`validation/` : models purs, engine pur testé, loader seul lien avec la
base). Pour chaque créneau encore sous son effectif idéal, calcule une
liste ordonnée de bénévoles candidats — c'est la coordination qui
affecte, dans l'écran habituel ; le solveur fait juste remonter ces
candidats en tête de liste (voir le câblage frontend à suivre).

- Seule contrainte dure : aucun chevauchement de créneaux pour un même
  bénévole (règle SHIFT_OVERLAP), à la fois contre l'existant et entre
  deux suggestions du même calcul. L'effectif idéal est un plafond dur.
- Tout le reste est un terme de l'objectif, pas un blocage : priorité
  forte aux créneaux sous l'effectif minimal, bonus vœu de poste, malus
  disponibilité manquante (réutilise `validation.engine.uncovered_minutes`),
  cumul de 8 h et repos (contre les affectations déjà décidées),
  répartition de la charge.
- `POST /editions/{id}/solver/suggestions` (COORDINATION/référent) :
  recalcule à la demande, ne persiste jamais d'affectation.

Dépendance `ortools`. 18 nouveaux tests (moteur + API), 172 tests au
vert, `ruff` et `alembic check` verts. Testé sur le jeu de démo (120
bénévoles, 100 créneaux) : ~0,3 s.

CLAUDE.md : nouvelle section 4 (solveur), renumérotation 5-10,
compétences retirées de « hors périmètre », journal étape 15.

Co-Authored-By: Claude Sonnet 5 <noreply@anthropic.com>
Claude-Session: https://claude.ai/code/session_017uUsRg7XzopkCPWimwg9ZM
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2026-09-11 08:16:17 +02:00
co-authored by Claude Sonnet 5
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+22
View File
@@ -0,0 +1,22 @@
"""Solveur de suggestions (OR-Tools CP-SAT) — voir `engine.py` pour le détail
des règles. Ne place jamais personne : seule la coordination affecte."""
from app.solver.engine import solve
from app.solver.loader import build_solver_input
from app.solver.models import (
ShiftSuggestion,
SolverInput,
SolverShift,
SolverSolution,
SolverVolunteer,
)
__all__ = [
"ShiftSuggestion",
"SolverInput",
"SolverShift",
"SolverSolution",
"SolverVolunteer",
"build_solver_input",
"solve",
]
+190
View File
@@ -0,0 +1,190 @@
"""Solveur de suggestions (OR-Tools CP-SAT) — cœur du produit, second moteur.
Ne place jamais personne : il propose, pour chaque créneau encore sous son
effectif idéal, une liste ordonnée de bénévoles candidats. C'est la
coordination qui affecte (dans l'app, via l'écran habituel — le solveur se
contente de faire remonter ces candidats en tête de liste).
Contrainte dure : aucun chevauchement de créneaux pour un même bénévole (règle
`SHIFT_OVERLAP`, cf. `app.validation`). Tout le reste (disponibilité, cumul de
8 h, repos, vœu de poste, équité de charge) est un terme de l'objectif, pas
une contrainte — comme le moteur de validation, qui reste seul juge au moment
où la coordination confirme une affectation.
"""
import datetime as dt
from ortools.sat.python import cp_model
from app.solver.models import (
ShiftSuggestion,
SolverInput,
SolverShift,
SolverSolution,
SolverVolunteer,
)
from app.validation.engine import uncovered_minutes
from app.validation.models import DayPartWindow, ShiftInfo
_EIGHT_HOURS_MIN = 8 * 60
# Poids de l'objectif (unités arbitraires, cf. docstring de `_score`).
# L'écart à un effectif minimal non atteint prime sur tout le reste : le
# solveur doit toujours proposer quelqu'un pour un créneau sous-staffé, quitte
# à ce que la disponibilité soit imparfaite (avertissement, pas un blocage —
# la validation reste seule juge à la confirmation). Au-delà du minimum, un
# candidat mal assorti peut légitimement ne pas être suggéré du tout.
_URGENT_BASE = 1000 # créneau encore sous son effectif minimal
_NORMAL_BASE = 20 # créneau entre effectif minimal et idéal
_WISH_BONUS = 30
_AVAIL_PENALTY_PER_HALF_HOUR = 5
_DAILY_OVERAGE_PENALTY_PER_MIN = 2
_REST_PENALTY = 60
_FAIRNESS_PENALTY_PER_HOUR = 2
def _overlaps(a: ShiftInfo, b: ShiftInfo) -> bool:
return a.starts_at < b.ends_at and b.starts_at < a.ends_at
def _day_boundary(day_parts: tuple[DayPartWindow, ...]) -> dt.time:
if not day_parts:
return dt.time(0, 0)
return min(day_parts, key=lambda part: part.order).start_time
def _day_key(moment: dt.datetime, boundary: dt.time) -> dt.date:
if moment.time() >= boundary:
return moment.date()
return moment.date() - dt.timedelta(days=1)
def _daily_overage_minutes(
volunteer: SolverVolunteer, shift: SolverShift, boundary: dt.time
) -> int:
"""Minutes qui dépasseraient les 8 h de la journée du créneau, en ne
comptant que les affectations déjà décidées (pas les autres suggestions
du même calcul — ce cas limite reste sous la vigilance du moteur de
validation au moment de la confirmation)."""
key = _day_key(shift.starts_at, boundary)
total = shift.ends_at - shift.starts_at
for other in volunteer.existing_shifts:
if _day_key(other.starts_at, boundary) == key:
total += other.ends_at - other.starts_at
minutes = int(total.total_seconds() // 60)
return max(0, minutes - _EIGHT_HOURS_MIN)
def _has_insufficient_rest(volunteer: SolverVolunteer, shift: SolverShift) -> bool:
candidate = shift.shift_info
for other in volunteer.existing_shifts:
if _overlaps(candidate, other):
continue
if other.ends_at <= candidate.starts_at:
gap = candidate.starts_at - other.ends_at
elif candidate.ends_at <= other.starts_at:
gap = other.starts_at - candidate.ends_at
else:
continue
if gap < dt.timedelta(minutes=_EIGHT_HOURS_MIN):
return True
return False
def _score(
volunteer: SolverVolunteer,
shift: SolverShift,
day_boundary: dt.time,
) -> int:
"""Score d'affinité (bénévole, créneau) : plus haut = meilleur candidat.
Purement additif (aucune interaction entre deux affectations proposées),
ce qui garde le modèle CP-SAT linéaire simple. Cumul de 8 h et repos ne
sont vérifiés que contre les affectations déjà décidées, pas entre deux
suggestions du même calcul : la validation finale (à la confirmation)
reste seule juge en cas de cas limite entre deux suggestions.
"""
score = _URGENT_BASE if shift.already_assigned < shift.min_staff else _NORMAL_BASE
if shift.position_id in volunteer.wished_position_ids:
score += _WISH_BONUS
missed = uncovered_minutes(shift.shift_info, volunteer.availability)
score -= (missed // 30) * _AVAIL_PENALTY_PER_HALF_HOUR
score -= _DAILY_OVERAGE_PENALTY_PER_MIN * _daily_overage_minutes(
volunteer, shift, day_boundary
)
if _has_insufficient_rest(volunteer, shift):
score -= _REST_PENALTY
score -= (_FAIRNESS_PENALTY_PER_HOUR * volunteer.existing_minutes) // 60
return score
def solve(
data: SolverInput,
*,
time_limit_seconds: float = 8.0,
seed: int = 42,
) -> SolverSolution:
"""Calcule les suggestions. Fonction pure : ne touche jamais la base."""
boundary = _day_boundary(data.day_parts)
model = cp_model.CpModel()
variables: dict[tuple[int, int], cp_model.IntVar] = {}
scores: dict[tuple[int, int], int] = {}
for si, shift in enumerate(data.shifts):
gap = shift.ideal_staff - shift.already_assigned
if gap <= 0:
continue
for vi, volunteer in enumerate(data.volunteers):
if any(_overlaps(shift.shift_info, other) for other in volunteer.existing_shifts):
continue
key = (vi, si)
variables[key] = model.NewBoolVar(f"x_{vi}_{si}")
scores[key] = _score(volunteer, shift, boundary)
if not variables:
return SolverSolution()
# Effectif idéal comme plafond dur — le solveur ne sur-staffe jamais.
for si, shift in enumerate(data.shifts):
gap = shift.ideal_staff - shift.already_assigned
n_volunteers = len(data.volunteers)
shift_vars = [variables[vi, si] for vi in range(n_volunteers) if (vi, si) in variables]
if shift_vars and gap > 0:
model.Add(sum(shift_vars) <= gap)
# Aucun chevauchement entre deux créneaux nouvellement suggérés au même
# bénévole (règle `SHIFT_OVERLAP`, bloquante).
for vi in range(len(data.volunteers)):
my_shifts = [si for si in range(len(data.shifts)) if (vi, si) in variables]
for a in range(len(my_shifts)):
for b in range(a + 1, len(my_shifts)):
si_a, si_b = my_shifts[a], my_shifts[b]
if _overlaps(data.shifts[si_a].shift_info, data.shifts[si_b].shift_info):
model.Add(variables[vi, si_a] + variables[vi, si_b] <= 1)
model.Maximize(sum(score * variables[key] for key, score in scores.items()))
solver = cp_model.CpSolver()
solver.parameters.max_time_in_seconds = time_limit_seconds
solver.parameters.num_search_workers = 1
solver.parameters.random_seed = seed
status = solver.Solve(model)
chosen: dict[int, list[int]] = {}
if status in (cp_model.OPTIMAL, cp_model.FEASIBLE):
for (vi, si), var in variables.items():
if solver.Value(var):
chosen.setdefault(si, []).append(vi)
suggestions: list[ShiftSuggestion] = []
for si, shift in enumerate(data.shifts):
picked = sorted(chosen.get(si, []), key=lambda vi: -scores[(vi, si)])
if picked:
suggestions.append(
ShiftSuggestion(
shift_id=shift.id,
volunteer_ids=tuple(data.volunteers[vi].id for vi in picked),
)
)
return SolverSolution(suggestions=tuple(suggestions))
+97
View File
@@ -0,0 +1,97 @@
"""Construit un `SolverInput` depuis la base pour une édition. Couche de
liaison : c'est le seul endroit du module `solver` qui connaît la base."""
from collections import defaultdict
from sqlmodel import Session, select
from app.models import (
Assignment,
Availability,
DayPart,
Edition,
Shift,
Volunteer,
VolunteerPositionWish,
)
from app.solver.models import SolverInput, SolverShift, SolverVolunteer
from app.validation.models import AvailabilityWindow, DayPartWindow, ShiftInfo
def build_solver_input(*, session: Session, edition: Edition) -> SolverInput:
day_parts = list(
session.exec(select(DayPart).where(DayPart.edition_id == edition.id))
)
shifts = list(session.exec(select(Shift).where(Shift.edition_id == edition.id)))
assignments = list(
session.exec(select(Assignment).where(Assignment.edition_id == edition.id))
)
shifts_by_id = {s.id: s for s in shifts}
assigned_count: dict = defaultdict(int)
shifts_by_volunteer: dict = defaultdict(list)
for a in assignments:
assigned_count[a.shift_id] += 1
shift = shifts_by_id.get(a.shift_id)
if shift is not None:
shifts_by_volunteer[a.volunteer_id].append(shift)
solver_shifts = tuple(
SolverShift(
id=str(s.id),
position_id=str(s.position_id),
starts_at=s.starts_at,
ends_at=s.ends_at,
min_staff=s.min_staff,
ideal_staff=s.ideal_staff,
already_assigned=assigned_count.get(s.id, 0),
)
for s in shifts
if assigned_count.get(s.id, 0) < s.ideal_staff
)
availabilities: dict = defaultdict(list)
for a in session.exec(
select(Availability).where(Availability.edition_id == edition.id)
):
availabilities[a.volunteer_id].append(
AvailabilityWindow(date=a.date, start_time=a.start_time, end_time=a.end_time)
)
wishes: dict = defaultdict(set)
for w in session.exec(
select(VolunteerPositionWish).join(
Volunteer, Volunteer.id == VolunteerPositionWish.volunteer_id
).where(Volunteer.edition_id == edition.id)
):
wishes[w.volunteer_id].add(str(w.position_id))
volunteers = list(
session.exec(select(Volunteer).where(Volunteer.edition_id == edition.id))
)
solver_volunteers = tuple(
SolverVolunteer(
id=str(v.id),
availability=tuple(availabilities.get(v.id, ())),
wished_position_ids=frozenset(wishes.get(v.id, ())),
existing_shifts=tuple(
ShiftInfo(id=str(s.id), starts_at=s.starts_at, ends_at=s.ends_at)
for s in shifts_by_volunteer.get(v.id, ())
),
existing_minutes=sum(
int((s.ends_at - s.starts_at).total_seconds() // 60)
for s in shifts_by_volunteer.get(v.id, ())
),
)
for v in volunteers
)
return SolverInput(
shifts=solver_shifts,
volunteers=solver_volunteers,
day_parts=tuple(
DayPartWindow(dp.code, dp.start_time, dp.end_time, dp.order)
for dp in day_parts
),
)
+60
View File
@@ -0,0 +1,60 @@
"""Types d'entrée/sortie du solveur — suggestions, pas d'affectation automatique.
Le solveur ne connaît que ces structures simples (jamais les modèles
SQLModel), comme le moteur de validation dont il réutilise les briques
(`app.validation.models`, `app.validation.engine.uncovered_minutes`).
"""
import datetime as dt
from dataclasses import dataclass, field
from app.validation.models import AvailabilityWindow, DayPartWindow, ShiftInfo
@dataclass(frozen=True)
class SolverShift:
"""Un créneau à compléter (`assigned < ideal_staff`)."""
id: str
position_id: str
starts_at: dt.datetime
ends_at: dt.datetime
min_staff: int
ideal_staff: int
already_assigned: int
@property
def shift_info(self) -> ShiftInfo:
return ShiftInfo(id=self.id, starts_at=self.starts_at, ends_at=self.ends_at)
@dataclass(frozen=True)
class SolverVolunteer:
id: str
availability: tuple[AvailabilityWindow, ...] = ()
wished_position_ids: frozenset[str] = frozenset()
# Créneaux déjà occupés (affectations existantes, décisions figées) :
# comptent pour chevauchement, cumul journalier, repos.
existing_shifts: tuple[ShiftInfo, ...] = ()
# Total déjà affecté sur l'édition (minutes), pour répartir la charge.
existing_minutes: int = 0
@dataclass(frozen=True)
class SolverInput:
shifts: tuple[SolverShift, ...] = field(default_factory=tuple)
volunteers: tuple[SolverVolunteer, ...] = field(default_factory=tuple)
day_parts: tuple[DayPartWindow, ...] = field(default_factory=tuple)
@dataclass(frozen=True)
class ShiftSuggestion:
"""Bénévoles suggérés pour un créneau, meilleur en tête."""
shift_id: str
volunteer_ids: tuple[str, ...]
@dataclass(frozen=True)
class SolverSolution:
suggestions: tuple[ShiftSuggestion, ...] = field(default_factory=tuple)