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。

我按照实际情况模拟，实现如下：

#ifndef Simulation_H  
#define Simulation_H  
 
#include <iostream.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <time.h>  
 
 
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 << "tellerIDtServiceNumtServiceTimetAverageTime" << 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<int> 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。