C++数据结构学习之队列的应用

在学习C++队列的运用中，我看了两本书，都是讲解队列应用的，而且都是银行营业模拟。细比较，这两本书模拟的银行营业的方式还是不同的。老式的营业模式，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)。另一种营业模式——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。

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我按照实际情况模拟，实现如下：

 
 
   
  
  #ifndef Simulation_H    
  
  #define Simulation_H    
  
     
  
  #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 << "输入模拟参数" << endl;    
  
  　　　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(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 << "模拟参数" << endl;    
  
  　cout << "柜台数量： " << tellerNum << "\t营业时间：" << simuTime << endl;    
  
  　cout << "两个顾客来到的最小间隔时间：" << arrivalLow << endl;    
  
  　cout << "两个顾客来到的最大间隔时间：" << arrivalHigh << endl;;    
  
  　cout << "柜台服务最短时间：" << serviceLow << endl;    
  
  　cout << "柜台服务最长时间：" << serviceHigh << endl;    
  
  }    
  
     
  
  void PrintResult()    
  
  {    
  
  　int tSN = 0;    
  
  　long tST = 0;    
  
  　cout << endl;    
  
  　cout << "－－－－－－－－－－－－－模拟结果－－－－－－－－－－－－－－－－－－－";    
  
  　cout << endl << "tellerID\tServiceNum\tServiceTime\tAverageTime" << 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 << "Customer WaitTime:\t" << customerTime << "\tAvgWaitTime:\t";    
  
  　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

几点说明

1、Run()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。

2、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。

3、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。

4、注释掉的#define PRINTPROCESS，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)。

这是数据结构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 (int i = 1; i < 16; i++)    
  
  {    
  
  　Simulation a(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。

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文章标题：C++数据结构学习之队列的应用
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