2021华为软件精英挑战赛

github地址: https://github.com/lh4027/huawei-software-competition2021.git.

比赛心得

今年首次参加华为软挑，一开始只想进前64 强拿个证书就满足了，没想到队友太猛直接肝进初赛正式赛第六。
复赛由于时间关系没有好好准备加上没有很好的思路，训练赛的时候掉到了16，现场赛3个小时又出现了意外（换了数据集后，训练赛提交成功的代码竟然正式赛运行异常），只好现场改用初赛最好成绩那份代码，不出意料，最后只取得了复赛21的成绩，总的来说还是比较遗憾的，毕竟复赛期间改良的代码没有用上。初赛，复赛成绩如下：

接下来我会具体总结一下我们队伍的思路和方法，时间仓促，可能有叙述不合理的地方，见谅。

赛题分析：（具体赛题也上传在github上）

题目中所给的虚拟机有两种部署方式，分别为单双节点部署，单节点部署指的是一台虚拟机所需的资源（CPU和内存）完全由主机上的一个节点提供；双节点部署指的是一台虚拟机所需的资源（CPU 和内存）必须由一台服务器的两个节点同时提供，并且每个节点提供总需求资源的一半。
赛题要求根据所给的请求序列，创建服务器，部署虚拟机，或者按照用户请求在对应的服务器上删除相应的虚拟机。但要注意，服务器上的任意一个节点(A和 B)上的资源负载(CPU 和内存)均不能超过其容量上限。在完成每一天的服务器的扩容之后，在处理每一天的新请求之前，你还可以对当前存量虚拟机进行一次迁移，即把虚拟机从一台服务器迁移至另一台服务器。对于单节点部署的虚拟机，将其从一台服务器的 A 节点迁移至 B 节点(或反之)也是允许的。但迁移的虚拟机总量不超过当前存量虚拟机数量的千分之五。
我们可以发现这是一个类似于装箱的问题，把服务器比作箱子，把虚拟机比作需要放进去的货物。官方推文上给的提示复杂难懂，但本质好像也是多维装箱问题。

我们程序的流程

首先解析出来所有服务器类型，虚拟机类型，以及请求天数，然后对每一天到来的虚拟机请求处理，迁移，部署最后扩容。
我们的方法是针对每一天的请求数据来进行的，（初赛一次性给出了所有天数的请求，意味着可以用上帝视角去处理这个问题，但是实际场景中不可能知道全部数据，只能预测到有限天数的请求，这也是复赛赛题变动的地方）。
第一天的时候我们根据所有的Add请求进行扩容，也就是首次购买服务器，如何选取服务器会在后续扩容策略里面详述，然后再进行虚拟机的部署，也就是分配，我们的add请求和delete请求是分开处理的，先处理完所有add请求，再去处理所有delete请求，因为我们是基于一天数据的全局视角来处理数据的，这对我们的程序来说很重要。
后面的每一天我们先取出所有虚拟机请求，首先进行迁移，这里的迁移其实是针对上一天的，因为上一天会有删除请求，会空出很多服务器资源，这时候就需要对这些空置资源重新整合。然后进行虚拟机的分配，也就是部署add请求的虚拟机。将这一天的所有add请求单独拿出来，往剩余的服务器资源里面部署，直到剩余服务器资源再也部署不进去虚拟机后终止。
将剩余的add请求交给扩容，选择购买一批服务器放入这剩下的add请求，至此所有add请求我们都处理完毕，接下来处理所有delete请求。一天结束。循环往复，直至最后一天。

扩容策略：

我们的扩容策略其实就是基本的装箱问题加贪心算法，主要利用了降序梯度最佳适应算法，加上一些小技巧，在我们的代码中，将每天分配部署后的剩余虚拟机add请求拿过来，按照这些请求所需资源大小降序排列，即让大的虚拟机先放，遍历所有可购买的服务器，每一台服务器放入其自身容量极限的虚拟机后，计算服务器剩余资源，取出差值最小的服务器，一次循环选出一台服务器，每次选出后服务器后，记录该服务器上的虚拟机，这里在购买服务器的同时已经相当于把这些虚拟机分配好了，后面直接查找这些虚拟机所在的服务器就可以直接输出了。

每选择好一台服务器后，就更新现在的虚拟机请求总表，即去掉已经分配在购买的服务器上的虚拟机请求。当这一天的虚拟机总表为空时，我们就完成了扩容。这种方法使得利用率很高，但有个很大问题，时间复杂度会很高，尤其是一天的虚拟机请求特别多时，会很耗费时间。
这里我们用了一些小技巧，一个是数据切分，另一个是按照虚拟机内核比>1和内核比<1分类，服务器也按照内核比分成两类。流程：数据切分->按照内核比分类->按照请求所需资源大小降序排列，这样当虚拟机请求数很多时（程序中设置为3000），我们分为几个数据块，每个数据块单独执行扩容策略，再用上多线程，很好地解决了超时问题。

分配策略：

每天在扩容之前，我们需要将虚拟机请求先进行一次部署，如何保证较好的资源利用率尤为重要，在这个阶段，我们部署越多的虚拟机请求，扩容时需要购买的服务器就越少，成本就会越低。这里使用的策略依旧是贪心算法，找放入虚拟机后剩余服务器资源量最小的，每次遍历所有服务器，策略和扩容类似。

迁移策略：

将剩余服务器资源从大到小排序，将剩余资源多的服务器上的虚拟机迁移到剩余资源少的服务器上，复杂度很高，采用了很多剪枝方法，加了很多限制，如迁移成功率，失败率等。（膜拜大佬队友，优化时间很有一套）具体可看代码。

复赛的时候我们又改进了分配算法和迁移算法，用初赛数据集测试总成本可以达到11亿以下，可惜复赛现场赛出了bug，所以代码一定要多测试，提升鲁棒性。
以上仅为我们团队思路和方法，非科班出身，能力不足请轻喷。
最后总结一下，在参加这类比赛时，代码更新迭代非常快，最好做好版本管理和代码留存说明，写代码时多思考，不要堆砌代码，否则后期自己都看不懂自己的代码了，修改起来很麻烦。