C++数据结构学习:事件驱动模拟

我看的两本教科书（《数据结构（C语言版）》还有这本黄皮书）都是以这个讲解队列应用的，而且都是银行营业模拟（太没新意了）。细比较，这两本书模拟的银行营业的方式还是不同的。1997版的《数据结构（C语言版）》的银行还是老式的营业模式（毕竟是1997年的事了），现在的很多地方还是这种营业模式——几个窗口同时排队。

　　这种方式其实不太合理，经常会出现先来的还没有后来的先办理业务（常常前面一个人磨磨蹭蹭，别的队越来越短，让你恨不得把前面那人干掉）。1999版的这本黄皮书的银行改成了一种挂牌的营业方式，每个来到的顾客发一个号码，如果哪个柜台空闲了，就叫号码最靠前的顾客来办理业务；如果同时几个柜台空闲，就按照一种法则来决定这几个柜台叫号的顺序（最简单的是按柜台号码顺序）。这样，就能保证顾客按照先来后到的顺序接受服务——因为大家排在一个队里。这样的营业模式我在北京的西直门工商银行见过，应该说这是比较合理的一种营业模式。不过，在本文中最重要的是，这样的营业模式比较好模拟（一个队列总比N个队列好操作）。

　　原书的这部分太难看了，我看的晕晕的，我也不知道按照原书的方法能不能做出来，因为我没看懂（旁白：靠，你小子这样还来现眼）。我按照实际情况模拟，实现如下：

　　#ifndefSimulation_H

　　#defineSimulation_H

　　#include

　　#include

　　#include

　　classTeller

　　{


　　public:

　　inttotalCustomerCount;

　　inttotalServiceTime;

　　intfinishServiceTime;

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

　　finishServiceTime(0){}

　　};

　　//#definePRINTPROCESS

　　classSimulation

　　{

　　public:

　　Simulation()

　　{

　　cout<
　　cout<<”柜台数量：”;cin>>tellerNum;

　　cout<<”营业时间：”;cin>>simuTime;

　　cout<<”两个顾客来到的最小间隔时间：”;cin>>arrivalLow;

　　cout<<”两个顾客来到的最大间隔时间：”;cin>>arrivalHigh;
　　
　　cout<<”柜台服务最短时间：”;cin>>serviceLow;

　　cout<<”柜台服务最长时间：”;cin>>serviceHigh;

　　arrivalRange=arrivalHigh-arrivalLow+1;

　　serviceRange=serviceHigh-serviceLow+1;

　　srand((unsigned)time(NULL));
　　
　　}　

　　Simulation(inttellerNum,intsimuTime,intarrivalLow,intarrivalHigh,intserviceLow,intserviceHigh)

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

　　serviceLow(serviceLow),serviceHigh(serviceHigh),

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

　　{srand((unsigned)time(NULL));}

　　voidInitialize()

　　{
　　
　　curTime=nextTime=0;
　　
　　customerNum=customerTime=0;

　　for(inti=1;i<=tellerNum;i++)

　　{

　　tellers[i].totalCustomerCount=0;
　　
　　tellers[i].totalServiceTime=0;

　　tellers[i].finishServiceTime=0;

　　}

　　customer.MakeEmpty();

　　}

　　voidRun()

　　{

　　Initialize();

　　NextArrived();

　　#ifdefPRINTPROCESS

　　cout<
　　cout<<”tellerID”;

　　for(intk=1;k<=tellerNum;k++)cout<<”\tTELLER”<
　　cout<
　　#endif

　　for(curTime=0;curTime<=simuTime;curTime++)
　　
　　{
　　
　　if(curTime>=nextTime)
　　
　　{
　　
　　CustomerArrived();
　　
　　NextArrived();

　　}

　　#ifdefPRINTPROCESS

　　cout<<”Time:”<
　　#endif

　　for(inti=1;i<=tellerNum;i++)

　　{

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

　　{

　　intt=NextService();

　　#ifdefPRINTPROCESS
　　
　　cout<<’\t’<
　　#endif

　　CustomerDeparture();

　　tellers[i].totalCustomerCount++;

　　tellers[i].totalServiceTime+=t;

　　tellers[i].finishServiceTime+=t;
　　　　
　　}

　　#ifdefPRINTPROCESS

　　elsecout<<”\t”;
　　
　　#endif
　　
　　}

　　#ifdefPRINTPROCESS

　　cout<
　　#endif

　　}

　　PrintResult();

　　}
　　voidPtintSimuPara()

　　{

　　cout<
　　cout<<”柜台数量：”<
　　cout<<”两个顾客来到的最小间隔时间：”<
　　cout<<”两个顾客来到的最大间隔时间：”<
　　cout<<”柜台服务最短时间：”<
　　cout<<”柜台服务最长时间：”<
　　}

　　voidPrintResult()

　　{

　　inttSN=0;

　　longtST=0;

　　cout<　　
　　cout<<”－－－－模拟结果－－－－－－”;

　　cout<
　　for(inti=1;i<=tellerNum;i++)

　　{

　　cout<<”TELLER”<
　　cout<<’\t’<
　　cout<<’\t’<
　　cout<<’\t’;

　　if(tellers[i].totalCustomerCount)

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

　　elsecout<<0;

　　cout<<”"<　　
　　}

　　cout<<”TOTAL\t”<
　　if(tSN)cout<<(float)tST/(float)tSN;elsecout<<0;

　　cout<<”"<
　　cout<<”CustomerNumber:\t”<
　　cout<<”CustomerWaitTime:\t”<
　　if(tSN)cout<<(float)customerTime/(float)tSN;elsecout<<0;
　　
　　cout<　　
　　}
　　　
　　private:
　　
　　inttellerNum;

　　intsimuTime;
　　
　　intcurTime,nextTime;

　　intcustomerNum;

　　longcustomerTime;

　　intarrivalLow,arrivalHigh,arrivalRange;

　　intserviceLow,serviceHigh,serviceRange;

　　Tellertellers[21];

　　Queuecustomer;

　　voidNextArrived()
　　
　　{

　　nextTime+=arrivalLow+rand()%arrivalRange;

　　}

　　　　intNextService()
　　
　　{
　　
　　returnserviceLow+rand()%serviceRange;

　　}

　　voidCustomerArrived()
　　
　　{

　　customerNum++;

　　customer.EnQueue(nextTime);
　　
　　}
　
　　voidCustomerDeparture()

　　{

　　customerTime+=(long)curTime-(long)customer.DeQueue();
　　
　　}
　　
　　};
　　
　　
　　
　　#endif
　　
　　几点说明
　　lRun()的过程是这样的：curTime是时钟，从开始营业计时，自然流逝到停止营业。当顾客到的事件发生时（顾客到时间等于当前时间，小于判定是因为个别时候顾客同时到达——输入arrivalLow＝0的情况，而在同一时间，只给一个顾客发号码），给这个顾客发号码（用顾客到时间标示这个顾客，入队，来到顾客数增1）。当柜台服务完毕时（柜台服务完时间等于当前时间），该柜台服务人数增1，服务时间累加，顾客离开事件发生，下一个顾客到该柜台。因为柜台开始都是空闲的，所以实际代码和这个有点出入。最后，停止营业的时候，停止发号码，还在接受服务的顾客继续到服务完，其他还在排队的就散伙了。
　　
　　l模拟结果分别是：各个柜台的服务人数、服务时间、平均服务时间，总的服务人数、服务时间、平均服务时间，来的顾客总数、没被服务的数目（来的太晚了）、接受服务顾客总等待时间、平均等待时间。
　
　
　　l这个算法效率是比较低的，实际上可以不用队列完成这个模拟（用顾客到时间推动当前时钟，柜台直接公告服务完成时间），但这样就和实际情况有很大差别了——出纳员没等看见人就知道什么时候完？虽然结果是一样的，但是理解起来很莫名其妙，尤其是作为教学目的讲解的时候。当然了，实际中为了提高模拟效率，本文的这个算法是不值得提倡的。
　　
l注释掉的#definePRINTPROCESS，去掉注释符后，在运行模拟的时候，能打印出每个时刻柜台的服务情况（第几个顾客，顾客到达时间，接受服务时间），但只限4个柜台以下，多了的话屏幕就满了（格式就乱了）。
　　
　　【后记】本来我没打算写这篇，后来，当我开始实现模拟的时候，竟欲罢不能了。这是数据结构这本书中第一个实际应用的例子，而且也有现实意义。你可以看出各个柜台在不同的业务密度下的工作强度（要么给哪个柜台出纳员发奖金，要么轮换柜台），各种情况下顾客的等待时间（人都是轮到自己就不着急了），还有各种情况下设立几个柜台合理（很少的空闲时间，很短的等待时间，几乎为零的未服务人数）。例如这样：
　　
　　for(inti=1;i<16;i++)
　　
　　{

　　Simulationa(i,240,1,4,8,15);
　　
　　a.Run();
　　
　　}

　　你模拟一下就会得出，在不太繁忙的银行，4～5个柜台是合适的——现在的银行大部分都是这样的。