算法题009 电梯调度算法

电梯调度算法

 

题目描述

　　大厦中有电梯，在高峰时间，每层都有人上下，电梯在每层都停。

　　想的解决办法如下：

　　所有的乘客都从一楼上电梯，每个乘客选择自己的目的层，之后电梯自动计算出一个楼层。

　　电梯往上走时，只在这个楼层停下来，所有的乘客再从这里爬楼梯到自己的目的楼层。

　　现在就想问，电梯停在哪一层楼，能够保证这次乘坐电梯的所有乘客爬楼梯的层数之和最少。

 

分析

　　该问题本质上是一个优化问题。

　　首先为这个问题找到一个合适的抽象模型。

　　有两个因素会影响结果：乘客的数目和乘客的目的楼层。

　　假设楼层总共有N层，电梯停在x层，要去第i层的乘客数目总数为Tot[i]，这样，所爬楼梯的总数就是:

　　

                                                   

　　因此，我们就是需要找到一个整数x，使得上式的值最小。

 

解法一

　　最为直接的一个解法就是从第一层开始，枚举x一直到第N层，计算出电梯在第x层楼停的话，所有乘客总共需要爬多少楼。

　　这个算法需要两重循环来完成。

　　代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
    int N = 0;
    int nPerson[100];
    int nFloor, nMinFloor, nTargetFloor;
    nTargetFloor = -1;

    while( cin >> N) //输入总的楼层
    {
        //进行状态清零
        nTargetFloor = -1;
        nMinFloor = 0;

        //输入到每一层的人的个数
        for(int i = 0; i < N; ++i)
        {
            cin >> nPerson[i];
        }

        //开始计算最佳楼层
        for(int i = 0; i < N; ++i)
        {
            //对于每一个楼层，先假设是停在这个楼层

            //用一个变量记录要步行的楼层总数
            nFloor = 0;

            //假设停在第i层，统计所有人需要步行的楼层总数
            for(int j = 0; j < N; ++j)
            {
                if(j < i)
                {
                    nFloor += nPerson[j] * (i - j);
                }
                else if(j > i)
                {
                    nFloor += nPerson[j] + (j - i);
                }

            }

            //第一次记录，或者当前结果小于之前最小时，记录结果

            if(-1 == nTargetFloor || nMinFloor > nFloor)
            {
                nMinFloor = nFloor;
                nTargetFloor = i;
            }
        }

        //输出计算结果
        cout << "The best floor is:  " << nTargetFloor + 1 << 

endl;

    }

    return 0;
}

 

　　这个基本解法的时间复杂度为O(N²)。

 

解法二

　　假设电梯停在i层，我们可以计算出所有乘客总共需要爬楼梯的层数Y。

　　假设有N1个乘客在i层楼以下，N2个乘客在第i层楼，还有N3个乘客在第i层楼以上。

　　这个时候，如果电梯改停在i-1层，所有目的地在第i层及以上的乘客都需要多爬一层，即N2+N3层，而所有目的地在i-1层及以下的乘客可以少爬一层，总共可以少爬N1层。

　　因此，乘客总共需要爬的层数为Y-N1+N2+N3 = Y-(N1-N2-N3)层。

　　反之，如果电梯在i+1层停，则总共需要爬的层数为Y+(N1+N2-N3)层。

　　由此可见：

　　当N1 > N2 + N3时，i-1层比i层好；

　　当N1 + N2 < N3时，i+1层比i层好。

　　根据这个规律，我们从第一层开始考察，计算各位乘客需要爬楼梯的层数。然后再根据上面的策略进行调整，直到找到最佳楼层。

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
    int N = 0;
    int nPerson[100];
    int nMinFloor, nTargetFloor;
    int N1, N2, N3;


    while( cin >> N) //输入总的楼层
    {
        //输入到每一层的人的个数
        for(int i = 0; i < N; ++i)
        {
            cin >> nPerson[i];
        }

        //进行状态清零
        nTargetFloor = 0;
        nMinFloor = 0;

        N1 = 0; 
        N2 = nPerson[0];
        N3 = 0;

        for (int i = 1; i < N; ++i)
        {
            N3 += nPerson[i];
            nMinFloor += nPerson[i] * (i - 1);
        }

        for(int i = 1; i < N; ++i)
        {
            if(N1 + N2 < N3)
            {
                nTargetFloor = i;
                nMinFloor +=(N1 + N2 - N3);

                N1 += N2;
                N2 = nPerson[i];
                N3 -= N2;
            }
            else
            {
                //否则第i层的结果已经最小，故不需要计算第i+1层 
                break;
            }
        }



        //输出计算结果
        cout << "The best floor is:  " << nTargetFloor + 1 << endl;

    }

    return 0;
}

 

　　总的时间复杂度将降为O(N)。

 

参考资料

　　《编程之美》1.8节

　　相关博客：http://www.cppblog.com/jake1036/archive/2011/06/29/149720.html?opt=admin

 

　　PS:

　　每天更新有点扛不住了，还是不要强求每天了。。。