資料結構學習（C++）——佇列應用（事件驅動模擬） (轉)

資料結構學習（C++）——佇列應用（事件驅動模擬） (轉)[@more@]

我看的兩本教科書（《資料結構（C語言版）》還有這本黃皮書）都是以這個講解佇列應用的，而且都是銀行營業模擬（太沒新意了）。細比較，這兩本書模擬的銀行營業的方式還是不同的。1997版的《資料結構（C語言版）》的銀行還是老式的營業（畢竟是1997年的事了），現在的很多地方還是這種營業模式——幾個視窗同時排隊。這種方式其實不太合理，經常會出現先來的還沒有後來的先辦理業務（常常前面一個人磨磨蹭蹭，別的隊越來越短，讓你恨不得把前面那人幹掉）。1999版的這本黃皮書的銀行改成了一種掛牌的營業方式，每個來到的顧客發一個號碼，如果哪個櫃檯空閒了，就叫號碼最靠前的顧客來辦理業務；如果同時幾個櫃檯空閒，就按照一種法則來決定這幾個櫃檯叫號的順序（最簡單的是按櫃檯號碼順序）。這樣，就能保證顧客按照先來後到的順序接受服務——因為大家排在一個隊裡。這樣的營業模式我在北京的西直門工商銀行見過，應該說這是比較合理的一種營業模式。不過，在本文中最重要的是，這樣的營業模式比較好模擬（一個佇列總比N個佇列好操作）。

原書的這部分太難看了，我看的暈暈的，我也不知道按照原書的方法能不能做出來，因為我沒看懂（旁白：靠，你小子這樣還來現眼）。我按照實際情況模擬，實現如下：

#ifndef Simulation_H

#define Simulation_H

 :namespace prefix = o ns = "urn:schemas--com::office" />

#include

#include

#include

 

class Teller

{

public:

  int totalCustomerCount;

  int totalServiceTime;

  int finishServiceTime;

  Teller() :totalCustomerCount(0), totalServiceTime(0),

    finishServiceTime(0) {}

};

//#define PRINTPROCESS

class Simulation

{

public:

  Simulation()

  {

  cout << endl << "輸入模擬引數" << endl;

  cout << "櫃檯數量："; cin >> tellerNum;

  cout << "營業時間："; cin >> simuTime;

  cout << "兩個顧客來到的最小間隔時間："; cin >> arrivalLow;

  cout << "兩個顧客來到的最大間隔時間："; cin >> arrivalHigh;

  cout << "櫃檯服務最短時間："; cin >> serviceLow;

  cout << "櫃檯服務最長時間："; cin >> serviceHigh;

    arrivalRange = arrivalHigh - arrivalLow + 1;

    serviceRange = serviceHigh - serviceLow + 1;

    srand((unsigned)time(NULL));

  }

 

  Simulation(int tellerNum, int simuTime, int arrivalLow,  int arrivalHigh, int serviceLow, int serviceHigh)

  : tellerNum(tellerNum), simuTime(simuTime), arrivalLow(arrivalLow), arrivalHigh(arrivalHigh),

    serviceLow(serviceLow), serviceHigh(serviceHigh),

    arrivalRange(arrivalHigh - arrivalLow + 1), serviceRange(serviceHigh - serviceLow + 1)

  { srand((unsigned)time(NULL)); }

 

  void Initialize()

  {

    curTime = nextTime = 0;

    customerNum = customerTime = 0;

  for (int i = 1; i <= tellerNum; i++)

  {

    tellers[i].totalCustomerCount = 0;

    tellers[i].totalServiceTime = 0;

    tellers[i].finishServiceTime = 0;

  }

    customer.MakeEmpty();

  }

 

  void Run()

  {

    Initialize(); 

    NextArrived();

#ifdef PRINTPROCESS

  cout << endl;

  cout << "tellerID";

  for (int k = 1; k <= tellerNum; k++) cout << "tTELLER " << k;

  cout << endl;

#endif

  for (curTime = 0; curTime <= simuTime; curTime++)

  {

  if (curTime >= nextTime)

  {

    CustomerArrived();

    NextArrived();

  }

#ifdef PRINTPROCESS 

    cout << "Time: " << curTime << "  ";

#endif

    for (int i = 1; i <= tellerNum; i++)

  {

    if (tellers[i].finishServiceTime < curTime) tellers[i].finishServiceTime = curTime;

    if (tellers[i].finishServiceTime == curTime && !customer.IsEmpty())

    {

    int t = NextService();

#ifdef PRINTPROCESS 

    cout << 't' << customerNum + 1 << '(' << customer.GetFront() << ',' << t << ')';

#endif

      CustomerDeparture();

      tellers[i].totalCustomerCount++;

      tellers[i].totalServiceTime += t;

      tellers[i].finishServiceTime += t;

 

    }

#ifdef PRINTPROCESS 

    else cout << "t  ";

#endif

  }

#ifdef PRINTPROCESS 

    cout << endl;

#endif

  }

    PrintResult();

  }

 

  void PtintSimuPara()

  {

  cout << endl << "模擬引數" << endl;

  cout << "櫃檯數量： " << tellerNum << "t營業時間：" << simuTime << endl;

  cout << "兩個顧客來到的最小間隔時間：" << arrivalLow << endl;

  cout << "兩個顧客來到的最大間隔時間：" << arrivalHigh << endl;;

  cout << "櫃檯服務最短時間：" << serviceLow << endl;

  cout << "櫃檯服務最長時間：" << serviceHigh << endl;

  }

 

  void PrintResult()

  {

  int tSN = 0;

  long tST = 0;

  cout << endl;

  cout << "－－－－－－－－－－－－－模擬結果－－－－－－－－－－－－－－－－－－－";

  cout << endl << "tellerIDtServiceNumtServiceTimetAverageTime" << endl;

  for (int i = 1; i <= tellerNum; i++)

  {

    cout << "TELLER " << i;

    cout << 't' << tellers[i].totalCustomerCount << "  "; tSN += tellers[i].totalCustomerCount;

    cout << 't' << tellers[i].totalServiceTime << "  "; tST += (long)tellers[i].totalServiceTime;

    cout << 't';

  if (tellers[i].totalCustomerCount)

    cout << (float)tellers[i].totalServiceTime/(float)tellers[i].totalCustomerCount;

    else cout << 0;

    cout << "  " << endl;

  }

  cout << "TOTAL  t" << tSN << "  t" << tST << "  t";

  if (tSN) cout << (float)tST/(float)tSN; else cout << 0;

  cout << "  " << endl;

  cout << "Customer Number:t" << customerNum << "tno Service:t" << customerNum - tSN << endl;

  cout <

  if (tSN) cout << (float)customerTime/(float)tSN; else cout << 0;

  cout << endl;

  }

 

private:

  int tellerNum;

  int simuTime;

  int curTime, nextTime;

  int customerNum;

  long customerTime;

  int arrivalLow, arrivalHigh, arrivalRange;

  int serviceLow, serviceHigh, serviceRange;

  Teller tellers[21];

  Queue customer;

 

  void NextArrived()

  {

    nextTime += arrivalLow + rand() % arrivalRange;

  }

 

  int NextService()

  {

  return serviceLow + rand() % serviceRange;

  }

 

  void CustomerArrived()

  {

    customerNum++;

    customer.EnQueue(nextTime);

  }

 

  void CustomerDeparture()

  {

    customerTime += (long)curTime - (long)customer.DeQueue();

  }

 

};

 

#endif

幾點說明

l  Run()的過程是這樣的：curTime是時鐘，從開始營業計時，自然流逝到停止營業。當顧客到的事件發生時（顧客到時間等於當前時間，小於判定是因為個別時候顧客同時到達——輸入arrivalLow＝0的情況，而在同一時間，只給一個顧客發號碼），給這個顧客發號碼（用顧客到時間標示這個顧客，入隊，來到顧客數增1）。當櫃檯服務完畢時（櫃檯服務完時間等於當前時間），該櫃檯服務人數增1，服務時間累加，顧客離開事件發生，下一個顧客到該櫃檯。因為櫃檯開始都是空閒的，所以實際程式碼和這個有點出入。最後，停止營業的時候，停止發號碼，還在接受服務的顧客繼續到服務完，其他還在排隊的就散夥了。

l  模擬結果分別是：各個櫃檯的服務人數、服務時間、平均服務時間，總的服務人數、服務時間、平均服務時間，來的顧客總數、沒被服務的數目（來的太晚了）、接受服務顧客總等待時間、平均等待時間。

l  這個演算法是比較低的，實際上可以不用佇列完成這個模擬（用顧客到時間推動當前時鐘，櫃檯直接公告服務完成時間），但這樣就和實際情況有很大差別了——出納員沒等看見人就知道什麼時候完？雖然結果是一樣的，但是理解起來很莫名其妙，尤其是作為教學目的講解的時候。當然了，實際中為了提高模擬效率，本文的這個演算法是不值得提倡的。

l  註釋掉的#define PRINTPROCESS，去掉註釋符後，在執行模擬的時候，能列印出每個時刻櫃檯的服務情況（第幾個顧客，顧客到達時間，接受服務時間），但只限4個櫃檯以下，多了的話螢幕就滿了（格式就亂了）。

【後記】本來我沒打算寫這篇，後來，當我開始實現模擬的時候，竟欲罷不能了。這是資料結構這本書中第一個實際應用的例子，而且也有現實意義。你可以看出各個櫃檯在不同的業務密度下的工作強度（要麼給哪個櫃檯出納員發獎金，要麼輪換櫃檯），各種情況下顧客的等待時間（人都是輪到自己就不著急了），還有各種情況下設立幾個櫃檯合理（很少的空閒時間，很短的等待時間，幾乎為零的未服務人數）。例如這樣：

for (int i = 1; i < 16; i++)

{

  Simulation a(i,240,1,4,8,15);

  a.Run();

}

你模擬一下就會得出，在不太繁忙的銀行，4～5個櫃檯是合適的——現在的銀行大部分都是這樣的。