队列模拟（简单链表数据结构的处理）

模拟ATM机为客户队列提供服务。

用户输入队列最大人数、持续模拟时间、平均人流量。

程序采用随机方式自然模拟，最后得出统计数据：客户数、遗失的客户数、客户平均等待时间等。

（这里默认假设每位用户操作ATM的时间为1到3分钟，可以修改set()函数来自设定时间。）

 

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//头文件 queue.h

#ifndef QUEUE_H_
#define QUEUE_H_
class Customer
{
public:
 Customer(){arrive = processtime = 0;}
 void set (long when);
 long when ()const {return arrive;}
 int ptime()const {return processtime;}
private:
 long arrive;
 int processtime;
};

 

typedef Customer Item;

 

class Queue
{
public:
 Queue(int qs = Q_SIZE);
 ~Queue();
 bool isempty()const;
 bool isfull()const;
 int queuecount()const;
 bool enqueue(const Item &item);
 bool dequeue(Item &item);
private:
 Queue(const Queue & q):qsize (0){}                    //禁止传递类引用的构造函数（默认复制构造函数）
 Queue & operator=(const Queue & q){return *this;}     //禁止默认赋值操作符
 struct Node{Item item;struct Node * next;};           //类嵌套结构，结构嵌套类
 enum{Q_SIZE = 10};
 Node * front;
 Node * rear;
 int items;
 const int qsize;
};
#endif

 

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//类方法文件 queue.cpp

#include "queue.h"
#include <cstdlib>

Queue::Queue(int qs):qsize(qs)
{
 front = rear = NULL;
 items = 0;
}

Queue::~Queue()
{
 Node * temp;
 while (front != NULL)
 {
  temp = front;
  front = front->next;
  delete temp;
 }
}

 

bool Queue::isempty()const
{
 return items == 0;
}
bool Queue::isfull()const
{
 return items == qsize;
}

 

int Queue::queuecount()const
{
 return items;
}

 

bool Queue::enqueue(const Item & item) //将新数据加入链表尾
{
 if(isfull())
  return false;
 Node * add = new Node;
 if(add == NULL)
  return false;
 add->item = item;
 add->next = NULL;
 items++;
 if(front==NULL)
  front = add;
 else
  rear->next = add;
 rear = add;
 return true;
}

 

bool Queue::dequeue(Item & item)  //删除链表中首位单元
{
 if(front == NULL)
    return false;
 item = front->item;         //这里很巧妙，先删除队首客户，再在外部调用中等待该客户需要的服务时间。
 items--;
 Node * temp = front;
 front = front->next;
 delete temp;
 if(items == 0)
  rear = NULL;
 return true;
}

 

void Customer::set(long when)
{
 processtime = std::rand()%3+1; //需要停留的分钟数（这里是1到3分钟）
 arrive = when;                            //客户到达的时间（开始模拟后的第几分钟）
}

 

 

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//main.cpp

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include "queue.h"
const int MIN_PER_HR = 60;

 

bool newcustomer(double x);

 

int main()
{
 using::std::cin;
 using::std::cout;
 using::std::endl;
 using::std::ios_base;

 

 std::srand(std::time(0));  //为随机函数提供种子

 

 cout<<"案例研究：银行自动取款/n/n";
 cout<<"输入队列的最大人数: ";
 int qs;
 cin>>qs;
 Queue line(qs);

 

 cout<<"输入需要模拟的时间（小时）: ";
 int hours;
 cin>>hours;

 long cyclelimit = MIN_PER_HR * hours;

 

 cout<<"输入平均每小时用户人数: ";
 double perhour;
 cin>>perhour;
 double min_per_cust;
 min_per_cust = MIN_PER_HR / perhour;           //60分钟除以每小时人数，得到客户到达的间隔时间。
 cout<<endl;

 

 Item temp;
 long turnaways = 0;
 long customers = 0;
 long served = 0;
 long sum_line = 0;
 int wait_time = 0;
 long line_wait = 0;

 

 for (int cycle = 0;cycle < cyclelimit;cycle++) //cyclelimit（总模拟分钟数）。
 {
  if (newcustomer(min_per_cust))  //判断是否来人。
  {
      if (line.isfull()) //判断队列是否满了。
         turnaways++;  //丢失的客户数。
      else
      {
         customers++;        //加入队列的客户数。
         temp.set(cycle);    //设置并记录客户信息。
         line.enqueue(temp); //将客户加入队列。
      }
  }

  if (wait_time <= 0 && !line.isempty()) //line.isempty()判断队列是否为空，wait_time判断客户是否处理完毕。
  {
   line.dequeue(temp);                //删除队列中首位客户。
   wait_time = temp.ptime();          //得到当前客户需要的服务时间。
   line_wait += cycle - temp.when();  //首先用当前分钟数减去客户到达时分钟数，得到等待分钟数，并累加。
   served++;                                 //得到服务的客户数。
  }

  if(wait_time > 0)
  {
   wait_time--;    //客户需要的服务时间减一分钟。
  }

  sum_line += line.queuecount();    //累加每分钟队列人数。
 }

 

 if (customers > 0)
 {
  cout<<"接待的客户数: "<<customers<<endl;
  cout<<"成功提供服务数: "<<served<<endl;
  cout<<"因队列满而遗失的客户: "<<turnaways<<endl;
  cout<<"平均每分钟队列中人数: ";
  cout.precision(2);
  cout.setf(ios_base::fixed,ios_base::floatfield);
  cout.setf(ios_base::showpoint);
  cout<<(double)sum_line / cyclelimit<<endl;    //每分钟队列人数的累加 除以 总分钟数 得到平均队列人数。
  cout<<"得到服务的客户平均等待时间: "
   <<(double)line_wait / served<<" 分钟/n";

  //得到服务的每位客户的总等待时间 除以 成功提供服务的客户总数 得到 平均每位得到服务的客户等待时间。
 }
 else
  cout<<"没有客户!/n";

 cout<<endl;
 cout<<"银行自动取款，模拟结束!/n";

 return 0;
}

 

bool newcustomer(double x)
{
 return (std::rand()* x/RAND_MAX < 1); //随机数 * 客户到达的间隔时间 / 随机最大数（得到0到X之间）
 //平均每隔X次，这个值会有1次小于1.不过如果客户到达的平均时间间隔少于1分钟，则该方法无效。解决办法，提高时间分辨率，比如每次循环代表10秒。
}