离散事件模拟(银行业务模拟。实现算法3.6、3.7的程序)

// func3-3.cpp、algo3-12.cpp和algo3-13.cpp用到的函数及变量等
#include"c1.h"
typedef struct // 定义ElemType为结构体类型
{
	int OccurTime; // 事件发生时刻
	int NType; // 事件类型，Qu表示到达事件，0至Qu-1表示Qu个窗口的离开事件
}Event,ElemType; // 事件类型，有序链表LinkList的数据元素类型(见图3.40)
#include"c2-5.h" // 从实际应用角度出发重新定义的线性链表结构
typedef LinkList EventList; // 事件链表指针类型，定义为有序链表
#include"bo2-6.cpp" // 基于c2-5.h存储结构的基本操作
typedef struct
{
	int ArrivalTime; // 到达时刻
	int Duration; // 办理事务所需时间
}QElemType; // 定义队列的数据元素类型QElemType为结构体类型(见图3.41)
#include"c3-2.h" // 链队列存储结构
#include"bo3-2.cpp" // 链队列基本操作
// 程序中用到的主要变量(全局)
EventList ev; // 事件表头指针
Event en,et; // 事件,临时变量
//FILE *fp; // 文件型指针，用于指向b.txt或d.txt文件
long int TotalTime=0; // 累计客户逗留时间(初值为0)
int CloseTime,CustomerNum=0; // 银行营业时间(单位是分),客户数(初值为0)
int cmp(Event a,Event b)
{ // 依事件a的发生时刻<、=或>事件b的发生时刻分别返回-1、0或1
	if(a.OccurTime==b.OccurTime)
		return 0;
	else
		return (a.OccurTime-b.OccurTime)/abs(a.OccurTime-b.OccurTime);
}
void Random(int &d,int &i)
{ // 生成两个随机数
	d=rand()%Blsj+1; // 1到Blsj之间的随机数(办理业务的时间)
	i=rand()%(Khjg+1); // 0到Khjg之间的随机数(客户到达的时间间隔)
}
void OpenForDay();
void CustomerArrived();
void CustomerDeparture();
void Bank_Simulation()
{ // 银行业务模拟函数
	Link p;
	OpenForDay(); // 初始化事件表ev且插入第1个到达事件，初始化队列
	while(!ListEmpty(ev)) // 事件表ev不空
	{
		DelFirst(ev,ev.head,p); // 删除事件表ev的第1个结点，并由p返回其指针，在bo2-6.cpp中
		// if(p->data.OccurTime<50) // 输出前50分钟内发生的事件到文件d.txt中
		// fprintf(fp,"p->data.OccurTime=%3d p->data.NType=%d\n",p->data.OccurTime,p->data.NType);
		en.OccurTime=GetCurElem(p).OccurTime;
		// GetCurElem()在bo2-6.cpp中，返回p->data(ElemType类型)
		en.NType=GetCurElem(p).NType;
		if(en.NType==Qu) // 到达事件
			CustomerArrived(); // 处理客户到达事件
		else // 由某窗口离开的事件
			CustomerDeparture(); // 处理客户离开事件
	} // 计算并输出平均逗留时间
	printf("窗口数=%d 两相邻到达的客户的时间间隔=0～%d分钟每个客户办理业务的时间=1～%d分钟\n",Qu,Khjg,Blsj);
	printf("客户总数:%d, 所有客户共耗时:%ld分钟,平均每人耗时:%d分钟,",CustomerNum,TotalTime,TotalTime/CustomerNum);
	printf("最后一个客户离开的时间:%d分\n",en.OccurTime);
}

// algo3-12.cpp 银行业务模拟。实现算法3.6、3.7的程序
#define Qu 4 // 客户队列数
#define Khjg 5 // 两相邻到达的客户的时间间隔最大值
#define Blsj 30 // 每个客户办理业务的时间最大值
#include"func3-3.cpp" // 包含algo3-12.cpp和algo3-13.cpp共同用到的函数和变量等
LinkQueue q[Qu]; // Qu个客户队列
QElemType customer; // 客户记录，临时变量
//FILE *fq; // 文件型指针，用于指向a.txt文件
void OpenForDay()
{ // 初始化事件链表ev且插入第1个到达事件，初始化Qu个队列
	int i;
	InitList(ev); // 初始化事件链表ev为空(见图3.42)
	en.OccurTime=0; // 设定第1位客户到达时间为0
	// (银行一开门，就有客户来)
	//fprintf(fq,"首位客户到达时刻=%3d,",en.OccurTime);
	en.NType=Qu; // 到达
	OrderInsert(ev,en,cmp); // 将第1个到达事件en有序插入事件表ev中，在bo2-6.cpp中(见图3.43)
	for(i=0;i<Qu;++i) // 初始化Qu个队列(见图3.44)
		InitQueue(q[i]);
}
int Minimum(LinkQueue Q[])
{ // 返回最短队列的序号，若有并列值，返回队列序号最小的
	int l[Qu];
	int i,k=0;
	for(i=0;i<Qu;i++)
		l[i]=QueueLength(Q[i]);
	for(i=1;i<Qu;i++)
		if(l[i]<l[0])
		{
			l[0]=l[i];
			k=i;
		}
		return k;
}
void CustomerArrived()
{ // 处理客户到达事件en(en.NType=Qu)
	QElemType f;
	int durtime,intertime,i;
	++CustomerNum; // 客户数加1
	Random(durtime,intertime);//生成当前客户办理业务的时间和下一个客户到达的时间间隔2个随机数
	et.OccurTime=en.OccurTime+intertime; // 下一客户et到达时刻等于当前客户en的到达
	// 时间加时间间隔
	et.NType=Qu; // 下一客户到达事件
	i=Minimum(q); // 求长度最短队列的序号，等长为最小的序号(到达事件将入该队)
	//if(CustomerNum<=20) // 输出前20个客户到达信息到文件a.txt中
	// fprintf(fq,"办理业务的时间=%2d,所排队列=%d\n下一客户到达时刻=%3d,",durtime,i,et.OccurTime);
	if(et.OccurTime<CloseTime) // 下一客户到达时银行尚未关门
		OrderInsert(ev,et,cmp); // 按升序将下一客户到达事件et插入事件表ev中，在bo2-6.cpp中
	f.ArrivalTime=en.OccurTime; // 将当前客户到达事件en赋给队列元素f
	f.Duration=durtime;
	EnQueue(q[i],f); // 将f入队到第i队列(i=0～Qu-1)
	if(QueueLength(q[i])==1) // 该元素为队头元素
	{
		et.OccurTime=en.OccurTime+durtime; // 设定一个离开事件et
		et.NType=i;
		OrderInsert(ev,et,cmp); // 将此离开事件et按升序插入事件表ev中
	}
}
void CustomerDeparture()
{ // 处理客户离开事件en(en.NType<Qu)
	int i;
	i=en.NType; // 确定离开事件en发生的队列序号i
	DeQueue(q[i],customer); // 删除第i队列的排头客户
	TotalTime+=en.OccurTime-customer.ArrivalTime;
	// 客户逗留时间=离开事件en的发生时刻-该客户的到达时间
	if(!QueueEmpty(q[i]))
	{ // 删除第i队列的排头客户后，第i队列仍不空
		GetHead(q[i],customer); // 将第i队列新的排头客户赋给customer
		et.OccurTime=en.OccurTime+customer.Duration;
		// 设定离开事件et,新排头的离开时间等于原排头的离开时间加新排头办理业务的时间
		et.NType=i; // 第i个队列的离开事件
		OrderInsert(ev,et,cmp); // 将此离开事件et按升序插入事件表ev中
	}
}
void main()
{
	//fq=fopen("a.txt","w"); // 打开a.txt文件，用于写入客户到达信息
	//fp=fopen("b.txt","w"); // 打开b.txt文件，用于写入有序事件表的历史记录
	printf("请输入银行营业时间长度(单位:分): ");
	scanf("%d",&CloseTime);
	//srand(time(0));
	// 设置随机数种子，以使每次运行程序产生的随机数不同(time(0)是长整型数，与调用时间有关)
	Bank_Simulation();
	//fclose(fq); // 关闭a.txt
	//fclose(fp); // 关闭b.txt
}

代码的运行结果如下：

/*
请输入银行营业时间长度(单位:分): 480
窗口数=4 两相邻到达的客户的时间间隔=0～5分钟每个客户办理业务的时间=1～30分钟
客户总数:184, 所有客户共耗时:22684分钟,平均每人耗时:123分钟,最后一个客户离开的时
间:753分
Press any key to continue
*/

文件a.txt 的内容是每位客户的到达时刻和他办理业务所需的时间(二者根据随机函数
依次生成)以及他所排的队列等信息。排队的原则是排在人数最少的队列，如果有不止一
队的人数都同为最少，则排在序号最小的队列。由文件a.txt 的第3 条记录可知，第8 分
钟来了一个办理业务需要17 分钟的客户，这时除0 队有1 人外(1 队在第4 分钟来的人，
已在第7 分钟离去)，1～3 队均无人，客户排在了序号最小的1 队。
文件b.txt 的内容是事件表ev 的历史记录。ev 就象一个安装在门口的监视器，按照时
间顺序，记录客户的到达和离去。对于离去的客户，还要记录是由哪个窗口离去。文件
b.txt 的第3 条记录记下了第7 分钟在1 队(1 号窗口)发生了一个离去事件。这和由文件

a.txt 推算的结果(见图3
45)相吻合。

主程序main()的第5 行语句的作用是根据程序运行当前时间的不同，产生不同的随机
函数。否则，随机数总是一样的。在调试程序时，希望每次产生相同的随机数，以便分析
程序运行结果。而在实际应用时，则希望每次产生不同的随机数。
在运行algo3-12.cpp 时不会产生a.txt 和b.txt 文件，因为有关产生这两个文件的语句
已标为注释。在调试程序时，可加一些输出语句帮助分析，最后提交的程序应只输出需要
的结果。实际上，迷宫求解问题中，图3
11(到达终点时栈S 的内容)的数据也是根据增
加的输出语句得出的。
以上是银行开4 个服务窗口，两相邻客户到达的时间间隔为0～5 分钟，每个客户办
理业务所需的时间为1～30 分钟的模拟结果。模拟结果显示，客户等候耗时太多。最后一
个客户离开时，已14 个半小时了。如果开6 个窗口(修改程序algo3-12.cpp 的第1 行，定
义Qu 为6，6 个队列)，程序运行结果如下

平均每位客户等候耗时大大缩短。
目前银行大多使用排队机，即1 个队列，多个窗口。algo3-13.cpp 是根据这种情况编
制的程序。其中OpenForDay()、CustomerArrived()和CustomerDeparture()等3 个函数与
algo3-12.cpp 中的相应函数是同名函数，但内容不同。而Bank_Simulation()，甚至main()
函数(除了打开的文件名不同之外)都是相同的。

// algo3-13.cpp 使用排队机的银行业务模拟
#define Qu 4 // 窗口数
#define Khjg 5 // 两相邻到达的客户的时间间隔最大值
#define Blsj 30 // 每个客户办理业务的时间最大值
#include"func3-3.cpp" // 包含algo3-12.cpp和algo3-13.cpp共同用到的函数和变量等
LinkQueue q; // 排队机队列q
QElemType customer[Qu]; // Qu个客户队列元素, 存放正在窗口办理业务的客户的信息
//FILE *fq; // 文件型指针，用于指向c.txt文件
//int j=0; // 计数器，产生c.txt文件用到
Boolean chk[Qu]; // 窗口状态，1为闲，0为忙
void OpenForDay()
{ // 初始化事件链表ev且插入第1个到达事件，初始化排队机q，初始化Qu个窗口为1(空闲)
	int i;
	InitList(ev); // 初始化事件链表ev为空(见图3.42)
	en.OccurTime=0; // 设定第1位客户到达时间为0(银行一开门，就有客户来)
	en.NType=Qu; // 到达
	OrderInsert(ev,en,cmp); // 将第1个到达事件en有序插入事件表ev中，在bo2-6.cpp中(见图3.43)
	InitQueue(q); // 初始化排队机队列q(见图3.47)
	for(i=0;i<Qu;i++)
		chk[i]=1; // 初始化Qu个窗口为1(空闲) (见图3.48)
}
int ChuangKou()
{ // 返回空闲窗口的序号(0～Qu-1)，若有多个窗口空闲，返回序号最小的。若无空闲窗口，返回Qu
	int i;
	for(i=0;i<Qu;i++)
		if(chk[i])
			return i;
		return i;
}
void CustomerArrived()
{ // 处理客户到达事件en(en.NType=Qu)，与algo3-12.cpp不同
	QElemType f;
	int durtime,intertime,i;
	++CustomerNum; // 客户数加1
	Random(durtime,intertime);//生成当前客户办理业务的时间和下一个客户到达的时间间隔2个随机数
	et.OccurTime=en.OccurTime+intertime; // 下一客户et到达时刻=当前客户en的到达时间+时间间隔
	et.NType=Qu; // 下一客户到达事件
	if(et.OccurTime<CloseTime) // 下一客户到达时银行尚未关门
		OrderInsert(ev,et,cmp); // 按升序将下一客户到达事件et插入事件表ev中，在bo2-6.cpp中
	f.ArrivalTime=en.OccurTime; // 将当前客户到达事件en赋给队列元素f
	f.Duration=durtime;
	EnQueue(q,f); // 将当前客户f入队到排队机
	i=ChuangKou(); // 求空闲窗口的序号
	if(i<Qu) // 有空闲窗口
	{
		DeQueue(q,customer[i]); // 删去排队机的排头客户(也就是刚入队的f由排队机到i号窗口)
		// if(j++<20) // 输出前20个客户到达信息及处理业务窗口信息到文件c.txt中
		// fprintf(fq,"客户到达时刻=%3d,办理业务的时间=%2d,所在窗口=%d\n",customer[i].ArrivalTime,customer[i].Duration,i);
		et.OccurTime=en.OccurTime+customer[i].Duration; // 设定一个i号窗口的离开事件et
		et.NType=i; // 第i号窗口的离开事件
		OrderInsert(ev,et,cmp); // 将此离开事件et按升序插入事件表ev中
		chk[i]=0; // i号窗口状态变忙
	}
}
void CustomerDeparture()
{ // 处理客户离开事件en(en.NType<Qu)，与algo3-12.cpp不同
	int i;
	i=en.NType; // 确定离开事件en发生的窗口序号i
	chk[i]=1; // i号窗口状态变闲
	TotalTime+=en.OccurTime-customer[i].ArrivalTime;
	// 客户逗留时间=离开事件en的发生时刻-该客户的到达时间
	if(!QueueEmpty(q))
	{ // 第i窗口的客户离开后，排队机仍不空
		DeQueue(q,customer[i]);
		// 删去排队机的排头客户并将其赋给customer[i](排队机的排头客户去i窗口办理业务)
		// if(j++<20) // 输出前20个客户到达信息及处理业务窗口信息到文件c.txt中
		// fprintf(fq,"客户到达时刻=%3d,办理业务的时间=%2d,所在窗口=%d\n",customer[i].ArrivalTime,customer[i].Duration,i);
		chk[i]=0; // i号窗口状态变忙
		et.OccurTime=en.OccurTime+customer[i].Duration;
		// 设定customer[i]的离开事件et,客户的离开时间等于原客户的
		// 离开时间加当前客户办理业务的时间
		et.NType=i; // 第i号窗口的离开事件
		OrderInsert(ev,et,cmp); // 将此离开事件et按升序插入事件表ev中
	}
}
void main()
{
	//fq=fopen("c.txt","w"); // 打开c.txt文件，用于写入客户到达信息
	//fp=fopen("d.txt","w"); // 打开d.txt文件，用于写入有序事件表的历史记录
	printf("请输入银行营业时间长度(单位:分): ");
	scanf("%d",&CloseTime);
	//srand(time(0));
	// 设置随机数种子,以使每次运行程序产生的随机数不同(time(0)是长整型数,与调用时间有关)
	Bank_Simulation();
	//fclose(fq); // 关闭c.txt
	//fclose(fp); // 关闭d.txt
}

代码的运行结果如下：

/*
请输入银行营业时间长度(单位:分): 480
窗口数=4 两相邻到达的客户的时间间隔=0～5分钟每个客户办理业务的时间=1～30分钟
客户总数:184, 所有客户共耗时:22323分钟,平均每人耗时:121分钟,最后一个客户离开的时
间:724分
Press any key to continue

*/

和algo3-12.cpp 的运行结果相比，在营业时间、营业窗口数和客户总数相同条件下，
algo3-13.cpp 的平均每人耗时和最后一个客户离开的时间比algo3-12.cpp 要略小。因为没
有调用srand()函数，两程序产生的随机数是一样的(通过比较文件a.txt 和c.txt 的内容可
看出)。不同的是，客户所排队列或窗口不完全相同。algo3-12.cpp 在关门后(不再有客户
进入)可能出现某队已空，而其他队还有若干人的情况。这就延长了最后一个客户离开的
时间，也增大了平均每人耗时。

修改程序algo3-13.cpp 的第1 行，定义Qu 为6，6 个队列，程序运行结果如下：