离散事件模拟——银行业务处理

假设银行有4个窗口为客户服务，某一时刻每个窗口仅能接待一位客户，客户众多时需要排队等候。 请模拟银行一天的业务活动，并统计客户在银行逗留的平均时间。

题目分析

根题目的要求，我们可以得到：

使用队列的数据结构模拟银行中顾客的行为；
利用一个指针数组来表示银行的四个窗口，并且再添加两个指针数组作为这四个队列的头指针与尾指针；
加入时间线以确定何时顾客进入，何时离开；
利用随机数生成顾客的进入与离开的时间；

声明部分

handle是用来对后续输出文本进行处理的；TIME是记录顾客在银行逗留的总时间的，用来求平均逗留时间。
柜台节点中除了一个指针链表，还存有各个柜台实时的排队人数。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#include<windows.h>HANDLE handle = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
double TIME = 0.0;typedef struct Truck *Win;
typedef struct Node *Peo;
typedef struct Time *Tl;struct Truck//柜台节点
{int PeoNum[4];Peo Que[4];
};struct Node//人员节点
{int Num;int ArrTime;//到达时间int Departure;//离开时间Peo Next;
};struct Time//记录时间
{int Note;Tl Next;
};Tl Time;//创建离开时间线

辅助函数

初始化窗口节点

Win CreatWindows(Win W)
{for(int i=0;i<4;i++){W->PeoNum[i] = 0;W->Que[i] = NULL;}return W;
}

创建顾客节点

由于每次调用函数时，生成随机数的种子都会新生成一次，这是每次生成的随机数其实是一样的，我们这里在函数外生成随机数，并通过参数a和b传入，分别为到达时间与离开时间（以秒表示），num为此顾客的序号。
之后分别申请顾客节点P与时间节点T，由于我们不关注顾客的到达时间，所以其中时间节点中只储存每个顾客的离开时间。
最后将新生成的时间节点插入到离开时间线上合适的位置。

Peo CreatPeople(int a,int b,int num)
{Peo P = (Peo)malloc(sizeof(struct Node));Tl T = (Tl)malloc(sizeof(struct Time)),q = Time;P->ArrTime = a;P->Departure = b;P->Num = num;P->Next = NULL;T->Note = b;T->Next = NULL;while(q->Next != NULL){if(q->Next->Note > b)break;q = q->Next;}T->Next = q->Next;q->Next = T;return P;
}

比较四个窗口的排队人数

int Compare(Win W)
{int j = 0;for(int i = 0;i < 4;i++)if(W->PeoNum[i] < W->PeoNum[j])j = i;return j;
}

输出离开顾客的信息

这里主要是对输出信息进行了一个处理。

void ReadInformation(Peo P)
{char c[4];//存序号int m[3],n[3],//m存开始时间，n存结束时间a = P->Num,b = P->ArrTime,d = P->Departure;for(int i = 3;i >= 0;i--){c[i] = 48 + a % 10;a /= 10;}m[0] = b/3600+8;//假设8点开始营业b %= 3600;m[1] = b/60;m[2] = b%60;n[0] = d/3600+8;//假设8点开始营业d %= 3600;n[1] = d/60;n[2] = d%60;SetConsoleTextAttribute(handle, FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_GREEN);//变绿printf("\n%c%c%c%c - ArriveTime %02d:%02d:%02d - Departure %02d:%02d:%02d\n",c[0],c[1],c[2],c[3],m[0],m[1],m[2],n[0],n[1],n[2]);//输出用户信息（绿色字体）
}

主要函数

首先申请窗口节点和离开时间线的头结点并初始化：

 Win W = (Win)malloc(sizeof(struct Truck));Time = (Tl)malloc(sizeof(struct Time));Tl   pr;Time->Next = NULL;Time->Note = -1;W = CreatWindows(W);//创建窗口

声明首指针与尾指针，创建生成随机数的种子：

 Peo P,p[4],q[4];//q为首指针，p为尾指针int num = 1,min,i,j,a,b;srand((unsigned)time(NULL));

使用for循环实现时间的流动（模拟时间线）：

 for(i = 0;i < 32400;i++)//假设每天工作9个小时(=32400秒){if((i == 0 || i == a) && i<31500)//顾客进入{a = rand()%601 + i;//制造一个随机进入时间b = rand()%301 + a;//制造一个随机离开时间TIME += (b - a);P = CreatPeople(a,b,num);//开始制作顾客min = Compare(W);//找到人数最少的窗口if(W->Que[min] == NULL)//将顾客分配到最短队列中{W->Que[min] = P;q[min] = P;}elsep[min]->Next = P;p[min] = P;if(q[min] != P)//进到队列中后，需要再加上前一个人的等待时间{Bef = q[min];while(Bef->Next != P)Bef = Bef->Next;P->Departure += (Bef->Departure - i);}W->PeoNum[min]++;num++;if(a == i)//解决两人同时进入的问题i--;}if(Time->Next != NULL && i == Time->Next->Note)//顾客离开{pr = Time->Next;for(j = 0;j < 4;j++)//找到需要离开的顾客所在的窗口if(W->Que[j] != NULL && W->Que[j]->Departure == i)break;ReadInformation(q[j]);//读取离开顾客的数据W->Que[j] = q[j]->Next;//出队W->PeoNum[j]--;free(q[j]);q[j] = W->Que[j];Time->Next = pr->Next;//删除时间节点free(pr);pr = Time->Next;i--;//解决离开时间相同的问题}}

输出平均逗留时间

 printf("\nThe average time of stay : %.4f s\n",TIME/num);

完整的头文件代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#include<windows.h>HANDLE handle = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
double TIME = 0.0;typedef struct Truck *Win;
typedef struct Node *Peo;
typedef struct Time *Tl;struct Truck//柜台节点
{int PeoNum[4];Peo Que[4];
};struct Node//人员节点
{int Num;int ArrTime;int Departure;Peo Next;
};struct Time//记录时间
{int Note;Tl Next;
};Tl Time;//创建时间线Win CreatWindows(Win W)
{for(int i=0;i<4;i++){W->PeoNum[i] = 0;W->Que[i] = NULL;}return W;
}Peo CreatPeople(int a,int b,int num)
{Peo P = (Peo)malloc(sizeof(struct Node));Tl T = (Tl)malloc(sizeof(struct Time)),q = Time;P->ArrTime = a;//输入P的参数P->Departure = b;P->Num = num;P->Next = NULL;T->Note = b;T->Next = NULL;while(q->Next != NULL){if(q->Next->Note > b)break;q = q->Next;}T->Next = q->Next;q->Next = T;return P;
}int Compare(Win W)
{int j = 0;for(int i = 0;i < 4;i++)if(W->PeoNum[i] < W->PeoNum[j])j = i;return j;
}void ReadInformation(Peo P)
{char c[4];//存序号int m[3],n[3],//m存开始时间，n存结束时间a = P->Num,b = P->ArrTime,d = P->Departure;for(int i = 3;i >= 0;i--){c[i] = 48 + a % 10;a /= 10;}m[0] = b/3600+8;//假设8点开始营业b %= 3600;m[1] = b/60;m[2] = b%60;n[0] = d/3600+8;//假设8点开始营业d %= 3600;n[1] = d/60;n[2] = d%60;SetConsoleTextAttribute(handle, FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_GREEN);//变绿printf("\n%c%c%c%c - ArriveTime %02d:%02d:%02d - Departure %02d:%02d:%02d\n",c[0],c[1],c[2],c[3],m[0],m[1],m[2],n[0],n[1],n[2]);//输出用户信息（绿色字体）
}void TimeLine()
{Win W = (Win)malloc(sizeof(struct Truck));Time = (Tl)malloc(sizeof(struct Time));Tl  pr;Time->Next = NULL;Time->Note = -1;SetConsoleTextAttribute(handle, FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_RED);//变红printf("Commence business!\n\n\n");Sleep(1000);Peo P,p[4],q[4];//q为首指针，p为尾指针int num = 1,min,i,j,a,b;W = CreatWindows(W);//创建窗口
//  SetConsoleTextAttribute(handle, FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_GREEN);//变绿srand((unsigned)time(NULL));for(i = 0;i < 32400;i++)//假设每天工作9个小时(=32400秒){if((i == 0 || i == a) && i<31500)//入队{a = rand()%601 + i;//制造一个随机进入时间b = rand()%301 + a;//制造一个随机离开时间TIME += (b - a);P = CreatPeople(a,b,num);//开始制作顾客min = Compare(W);if(W->Que[min] == NULL)//将顾客分配到最短队列中{W->Que[min] = P;q[min] = P;}elsep[min]->Next = P;p[min] = P;if(q[min] != P)//进到队列中后，需要再加上前一个人的等待时间{Bef = q[min];while(Bef->Next != P)Bef = Bef->Next;P->Departure += (Bef->Departure - i);}W->PeoNum[min]++;num++;if(a == i)i--;//解决两人同时进入的问题}if(Time->Next != NULL && i == Time->Next->Note)//出队{pr = Time->Next;for(j = 0;j < 4;j++)if(W->Que[j] != NULL && W->Que[j]->Departure == i)break;Sleep(50);ReadInformation(q[j]);W->Que[j] = q[j]->Next;W->PeoNum[j]--;free(q[j]);q[j] = W->Que[j];Time->Next = pr->Next;free(pr);pr = Time->Next;i--;//解决离开时间相同的问题}}printf("\nThe average time of stay : %.4f s\n",TIME/num);SetConsoleTextAttribute(handle, FOREGROUND_INTENSITY | FOREGROUND_RED);//变红printf("\nClose the door!\n");SetConsoleTextAttribute(handle, FOREGROUND_INTENSITY);//变白
}

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