结对作业——电梯调度算法的实现与测试之需求分析与算法设计

写在前面 我和我的小伙伴

结队成员：李宝全 & 黄一凡

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4路电梯调度算法展示：http://ele.libq.ren/

结对编程题目：电梯调度

      现有一新建办公大厦，共有21层，共有四部电梯，所有电梯基本参数如下表所示：

电梯编号	可服务楼层	最大乘客数量	最大载重量
1	全部楼层	10	800 kg
2	单层	10	800 kg
3	双层	20	1600 kg
4	全部楼层	20	2000 kg

      其使用规定如下：

      1、楼层号为0~20，其中0号为地下一层；

      2、有楼层限制的电梯不在响应楼层停靠，如单双层；

      3、所有电梯采用统一按钮控制

      请根据上述要求设计并实现一个电梯控制程序，如果有图形显示就更好了。

需求分析

• 四部电梯采用统一的外部按钮进行控制。
• 电梯内部按钮按下事件优先级高于外部按钮。
• 单层电梯仅在单层停靠，不在双层停靠。双层电梯仅在双层停靠，包括0层（地下一层）。
• 当电梯闲置时，电梯停靠在最后运动到的楼层。
• 合理调度电梯上下行以及对内外部消息的响应。
• 用图形界面对程序进行展示。

　　我们对于合理的电梯调度行为描述如下：

• 电梯优先响应内部按钮事件。
• 对于外部事件，每次只响应与电梯运动方向的外部事件。即电梯上行时，响应电梯所在层之上的外部事件；电梯下行时，响应电梯所在层之下的外部事件。
• 响应内部事件时，优先响应与电梯运动方向的内部事件。即电梯上行时，响应电梯所在层之上的内部事件；电梯下行时，响应电梯所在层之下的内部事件。
• 同一个外部事件可以有多个电梯同时响应，也可以是单部电梯进行相应。这是由当前4部电梯具体的运动状态所决定的。

算法设计

• 每个电梯独立运行，用消息队列InReqList存储电梯的停靠消息。每部电梯的消息队列相互独立。
• 在电梯内部按钮按下时，将消息放入此电梯的InReqList队列队列。因为内部按钮按下的楼层是电梯必须停靠的楼层，所以每次从InReqList队列中找出最合适的楼层，并停靠。
• 在电梯外部按钮按下时，进消息放入每部InReqList队列。因为外部按钮按下的楼层不一定是每部电梯都要停靠的楼层，所以要根据此电梯具体的InReqList队列找出适当的时候响应此外部事件。

　　先从单部电梯的调度里流程开始讨论，电梯的初始状态为闲置状态，在外部按钮事件的响应下唤醒电梯，电梯开始运动，调度图如下：

图1 单部电梯调度图

 　　在进行多部电梯的调度时，因为每部电梯的内部事件相互独立，所以只需要修改外部事件的响应规则即可。

• 在外部按钮按下时，遍历4部电梯的本层消息属性，若本层已有内部消息，则放弃写入；否则，在本层写入外部消息。
• 在电梯停靠时，清除停靠电梯本层的消息，然后遍历其他电梯的消息属性，若其他电梯本层为外部属性，则清除消息；否则，不进行任何处理。

 

图2 多部电梯调度图

 　　到此，电梯调度问题的核心就是如何在消息队列中寻找最适楼层。这个问题很容易解决：

　　由于电梯楼层固定为21层，可以用一维数组InReqList[21]保存一部电梯消息队列。当数组值为InReqList[i]=0时，表示第i层没有停靠消息，电梯不需要再此层停靠；当数组值为InReqList[i]=1时，表示第i层有一个内部按钮按下消息，电梯需要在此层停靠；当数组值为InReqList[i]=2时，表示第i层有一个外部按钮按下消息，电梯需要在此层停靠；

• 若当前楼层为 now_floor，电梯上行时，从InReqList数组的第now_floor+1项到第20项中，第一个数值不为0的项，其数组下标值即为消息队列中的最适楼层值。
• 若当前楼层为 now_floor，电梯下行时，从InReqList数组的第0项到第now_floor-1项中，第一个数值不为0的项，其数组下标值即为消息队列中的最适楼层值。

• 当上行时，本层之上消息队列为空，之下队列不为空，则将电梯运动状态改为下行。下行则反之。
• 当消息队列全为空时，电梯闲置。

界面设计

　　我们采用html+css的方式作出展示页面，后台算法用JavaScript实现，并且布置到了 ele.libq.ren 中。

图3 程序展示界面

 总结

　　在这次结对编程中，我第一次体会到了和其他人一起合作编程的感觉。果然和单兵作战不同的体验。虽然在合作之初我们两个人需要一些磨合，导致效率可能不是很高。但是在逐渐的适应之后，1+1>2，一个人容易走进死胡同，但旁边有个人给你建议那就不一样了。在相互的讨论中，思维碰撞的火花很容易给我们新的灵感。

　　由于使用了我们两都不是很熟悉的JavaScript来进行编程，我们首次想出来的算法并不能很好的适应JavaScript的特性。所以在经过讨论之后，我们重新换了个思路，将原先写过的代码推翻重写。在第二次，我们又没有考虑到JS是单线程执行的，在处理时延问题的时候只是简单的使用callback，导致程序出现了问题，我们在经过网上查找资料，我们使用定时器来处理时延，将代码写成了如今的版本。当然，我们还是有一些问题没有得到解决。比如外部请求分为上下行时的情况。

　　在这次结对作业中，我们也没有特别的进行分工，从刚开始的需求分析，算法设计，到后期的界面设计，实际编码以及最后的程序测试，我们都是在一起完成的，特别是编码过程中，一个人负责编程，一个人负责监督程序规范。我们在这次编程中也注意到了编码规范的问题。规范的编码以及适当的注释，让双方都对程序有了更好的了解，对后期的测试也有很大的帮助。也有助于代码的可读性，让阅读代码变得很舒服。　　

　　总之，这次结对编程，给我带来了新的体验。