数据结构（C语言）代码实现（十一）——离散事件模拟

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参考资料

 代码实现

有序链表头文件LinkList.h

 链队列LinkQueue.h

银行业务模拟程序头文件 Bank_Simulation.h

具体函数实现以及主函数

实验中遇到的问题

参考资料

1、数据结构严蔚敏版

2、大佬已有的成套的作业。基本思路照搬大佬和课本，不过自己这些代码绝不是复制粘贴，是自己一个个敲下来，并经过测试的。Data-Structure/VisualC++/CourseBook/0309_BankQueuing/BankQueuing.c at master · Stronger-Git/Data-Structure · GitHub

 代码实现

有序链表头文件LinkList.h

有序链表，首次出现在一元多项式相加一节，是单链表的扩展，多了按顺序插入的函数。

#pragma once
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1
#define OVERFLOW -2
typedef int Status;//Status是函数的类型，其值是函数结果状态代码//-----线性链表的存储结构---------
//-----实现单向非循环有序链表-----
//-----头结点与首元结点不一致-----
//-----从2.4节改编而来------------typedef struct {int OccurTime;//事件发生时刻int NType;    //事件类型，0表示到达事件，1至4表示4个窗口的离开事件
}Event,ElemType;//事件类型，有序链表LinkList的数据元素类型typedef struct LNode {//结点类型ElemType data;struct LNode* next;
}LNode, * Link, * Position;typedef struct LinkNode {      //链表类型Link head, tail;  //分别指向线性链表中的头结点和最后一个结点int len;          //指示线性链表中数据元素的个数
}LinkNode, * LinkList;typedef LinkList EvenList;//事件链表类型，定义为有序链表Status MakeNode(Link& p, ElemType e) {//分配由p指向的值为e的结点，并返回OK；若分配失败，则返回ERRORp = (Link)malloc(sizeof(LNode));if (!p)return ERROR;p->data = e;return OK;
}
void FreeNode(Link& p) {//相当于free函数重命名//释放p所指结点free(p);p = NULL;
}Status InitList(LinkList& L) {//构造一个空的线性链表LL = (LinkList)malloc(sizeof(LinkNode));if (!L)return ERROR;L->head = L->tail = (Link)malloc(sizeof(LNode));if (!L->head)return ERROR;L->head->next = NULL;L->len = 0;return OK;
}Status DestroyList(LinkList& L) {//销毁线性链表L，L不再存在Link p;while (L->head) {//删除所有结点p = L->head;L->head = L->head->next;free(p);}free(L);L = NULL;return OK;
}Status ClearList(LinkList& L) {//将线性链表L重置为空表，并释放原链表的结点空间Link p = L->head;while (L->head->next) {//保留一个结点，让其作为头结点p = L->head->next;L->head->next = p->next;free(p);}L->tail = L->head;L->len = 0;return OK;
}Status InsFirst(Link h, Link s) {//已知h指向线性链表的头结点，将s所指结点插入到首元结点之前s->next = h->next;h->next = s;//这个函数没修改L->len的值，课本算法2.20需要补充L->len++。return OK;
}Status DelFirst(Link h, Link& q) {//已知h指向线性链表的头结点，删除链表中的首元结点并以q返回q = h->next;if (q == NULL)return ERROR;h->next = q->next;q->next = NULL;return OK;
}Status Append_add(LinkList& L, Link s) {//将指针s所指(彼此以指针相链)的一串结点链接在线性链表L的最后一个结点(用L->tail寻找)//之后，并改变链表L的尾指针指向新的尾结点while (s) {L->tail->next = s;L->tail = s;L->len++;s = s->next;}return OK;
}Status Append_sub(LinkList& L, Link s) {//将指针s所指(彼此以指针相链)的一串结点链接在线性链表L的最后一个结点(用L->tail寻找)//之后，并改变链表L的尾指针指向新的尾结点while (s) {s->data = s->data;L->tail->next = s;L->tail = s;L->len++;s = s->next;}return OK;
}Status Remove(LinkList& L, Link& q) {//删除线性链表L中的尾节点并以q返回，改变链表L的尾指针指向新的尾结点if (!L->tail)return ERROR;Link p = L->head;while (p->next != L->tail)p = p->next;//寻找尾结点的上一个结点q = L->tail;L->tail = p;//改变尾结点L->tail->next = NULL;L->len--;return OK;
}Status InsBefore(LinkList& L, Link& p, Link s) {//已知p指向线性链表L中的一个结点，将s所指结点插入在p所指结点之前//并修改指针p指向新插入的结点Link q = L->head;while (q->next != p)q = q->next;//寻找结点q的上一个结点q->next = s;s->next = p;//插入sp = s;//修改指针pL->len++;return OK;
}Status InsAfter(LinkList& L, Link& p, Link s) {//已知p指向线性链表L中的一个结点，将s所指的结点插入在p所指结点之后//并修改指针p指向新插入的结点s->next = p->next;p->next = s;p = s;L->len++;return OK;
}Status SetCurElem(Link& p, ElemType e) {//已知p指向线性链表L中的一个结点，用e更新p所指结点中数据元素的值p->data = e;return OK;
}ElemType GetCurElem(Link p) {//已知p指向线性链表L中的一个结点，返回p所指结点中数据元素的值return p->data;
}Status ListEmpty(LinkList L) {//若线性链表L为空表，则返回TRUE，否则返回FALSEif (!L->len)return TRUE;elsereturn FALSE;
}int ListLength(LinkList L) {//返回线性链表L中元素个数return L->len;
}Position GetHead(LinkList L) {//返回线性链表L中头结点的位置return L->head;
}Position GetLast(LinkList L) {//返回线性链表L中尾结点的位置return L->tail;
}Position PriorPos(LinkList L, Link p) {//已知p指向线性链表L中的一个结点，返回p所指结点中的直接前驱的位置//若无前驱，则返回NULLLink q = L->head;if (p == L->head)return NULL;while (q->next != p)q = q->next;return q;
}Position NextPos(LinkList L, Link p) {//已知p指向线性链表L中的一个结点，返回p所指结点中的直接后继的位置//若无后继，则返回NULLreturn p->next;
}Status LocatePos(LinkList L, int i, Link& p) {//返回p指示线性链表L中第i个结点的位置并返回OK，i值不合法时返回ERROR//头结点当作第0结点，首元结点第1个，尾结点第（L->len）个if (i<0 || i>L->len)return ERROR;int j = 0;Link q = L->head;while (j < i) {q = q->next;++j;//j++也一样}p = q;return OK;
}Status LocateElem(LinkList L, ElemType e, Position& q, int(*compare)(ElemType, ElemType))
{   // 若升序链表L中存在与e满足判定函数compare()取值为0的元素，则q指示L中// 第一个值为e的结点的位置，并返回TRUE；否则q指示第一个与e满足判定函数// compare()取值>0的元素的前驱的位置。并返回FALSEPosition p = L->head;Position pp = NULL;while (p != NULL && compare(p->data, e) < 0){//没到表尾且没有比当前指数大的指数pp = p;    //记录当前位置p = p->next;    //继续往后找}if (p == NULL || compare(p->data, e) > 0) // 到表尾或比当前指数大的指数{q = pp;return FALSE;}else // 找到{// 没到表尾且p->data.expn=e.expnq = p;return TRUE;}
}//有序插入
Status OrderInsert(LinkList& L, ElemType e, int(*compare)(ElemType, ElemType)) {//按有序判定函数compare()的约定，将值为e的结点插入到有序链表L的适当位置上Position s = L->head;Position p = L->head->next;while (p != NULL && compare(p->data, e) < 0) {p = p->next;s = s->next;}Link pp = (Link)malloc(sizeof(LNode));if (pp == NULL)return ERROR;//警告C6011pp->data = e;s->next = pp;pp->next = p;if (pp->next == NULL)//在3.5节发现该函数没有修改tail和len。L->tail = pp;L->len++;return OK;
}//遍历链表
Status ListTraverse(LinkList L, void (*visit)(Link)) {//依次对L的每个元素调用函数visit()。一旦visit()失败，则操作失败。Link p = L->head;for (int i = 1;i <= L->len;i++) {p = p->next;visit(p);}printf("\n");return OK;
}

 链队列LinkQueue.h

#pragma once
//改编自3.4队列
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1
#define OVERFLOW -2
typedef int Status;//Status是函数的类型，其值是函数结果状态代码
typedef struct {int ArrivalTime;//到达时刻int Duration;   //办理事务所需时间int Count;      //客户编号
}QElemType;//队列的数据元素类型//-----ADT Queue的表示与实现-----
//-----单链队列——队列的链式存储结构-----
typedef struct QNode {QElemType data;struct QNode* next;
}QNode, * QueuePtr;
typedef struct {QueuePtr front;//队头指针QueuePtr rear;//队尾指针
}LinkQueue;//-----基本操作的算法描述-----
Status InitQueue(LinkQueue& Q) {//-----构造一个空队列QQ.front = Q.rear = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if (!Q.front)exit(OVERFLOW);//存储分配失败Q.front->next = NULL;return OK;
}Status DestroyQueue(LinkQueue& Q) {//销毁队列Qwhile (Q.front) {Q.rear = Q.front->next;free(Q.front);Q.front = Q.rear;}return OK;
}Status ClearQueue(LinkQueue& Q) {//将Q清为空队列QueuePtr p1 = Q.front->next,p2 = Q.front->next;while (p1) {p1 = p1->next;free(p2);p2 = p1;}Q.rear = Q.front;return OK;
}Status QueueEmpty(LinkQueue Q) {//若队列Q为空队列，则返回TRUE，否则返回FALSEif (Q.front == Q.rear)return TRUE;elsereturn FALSE;
}int QueueLength(LinkQueue Q) {//返回队列长度int n = 0;QueuePtr p = Q.front;while (p != Q.rear) {p = p->next;n++;}return n;
}Status GetHead(LinkQueue Q, QElemType& e) {if (Q.front == Q.rear)return ERROR;e = Q.front->next->data;return OK;
}Status EnQueue(LinkQueue& Q, QElemType e) {//插入元素e为Q的新的队尾元素QueuePtr p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if (!p)exit(OVERFLOW);p->data = e;p->next = NULL;Q.rear->next = p;Q.rear = p;return OK;
}Status DeQueue(LinkQueue& Q, QElemType& e) {//若队列不空，则删除Q的队头元素，用e返回其值，并返回OK；//否则返回ERRORif (Q.front == Q.rear)return ERROR;//Q.front->next==NULL;也行QueuePtr p = Q.front->next;e = p->data;Q.front->next = p->next;if (Q.rear == p)Q.rear = Q.front;//队列为空时将尾指针重置free(p);return OK;
}Status QueueTraverse(LinkQueue Q, Status visit(QElemType)) {if (Q.front == Q.rear) {printf("队列为空\n");return OK;}QueuePtr p = Q.front->next;while (p) {visit(p->data);p = p->next;}printf("\n");return OK;
}

银行业务模拟程序头文件 Bank_Simulation.h

#pragma once
#include <ctime>EvenList ev;   //事件表
Event    en;   //事件
LinkQueue q[5];//4个客户队列
QElemType customer;//客户记录
int TotalTime;//累计客户逗留时间
int CustomerNum;//客户数
int CloseTime;//银行开门时间//函数太多，开个头文件梳理一下
//算法3.6 银行业务模拟，统计一天内客户在银行逗留的平均时间
void Bank_Simulation_1();//算法3.7 同上
void Bank_Simulation_2();//初始化操作
void OpenForDay();//释放资源，打印统计信息
void CloseForDay();//判断事件表是否为空。
Status MoreEvent();//将待处理事件从事件表中移除，并将该事件存储到全局变量gEn中。
//event用来存储该事件的类型
Status EventDrived(char& event);//处理客户到达事件
void CustomerArrived();//处理客户离开事件
void CustomerDeparture();//代表遇到了无效的事件
void Invalid();//从这里往上是解决算法3.6的//比较两事件发生次序
int cmp(Event a, Event b);//生成随机数
//durtime: 当前客服办理业务所需时间
//intertime: 下一客户到达间隔的时间
void Random(int& durtime, int& intertime);//返回长度最短的队列的序号
int Minimum();//显示所有客户队列的排队情况
void Show();

具体函数实现以及主函数

#include "LinkList.h"
#include "LinkQueue.h"
#include "Bank_Simulation.h"int cmp(Event a, Event b) {//依事件a的发生时刻<或=或>事件b的发生时刻分别返回-1或0或1if (a.OccurTime < b.OccurTime)return -1;else if (a.OccurTime = b.OccurTime)return 0;elsereturn 1;
}void OpenForDay() {//初始化操作CloseTime = 480;                    //开门时间为480分钟TotalTime = 0;CustomerNum = 0;      //初始化累计时间和客户数为0InitList(ev);                       //初始化事件链表为空表en.OccurTime = 0;en.NType = 0;      //设定第一个客户到达事件OrderInsert(ev, en, cmp);           //插入事件表for (int i = 1;i <= 4;i++)InitQueue(q[i]);                //置空队列Show();
}void CustomerArrived() {//处理客户到达事件，en.NType=0。//QElemType customer;//客户记录//Event e;           //事件int durtime;  //当前客户办理业务需要的时间int intertime;//下一个客户达到时间间隔int t;        //下一个客户到达时间int i;        //队列编号++CustomerNum;Random(durtime, intertime);    //生成随机数t = en.OccurTime + intertime;    //下一客户到达时刻if (t < CloseTime) {           //银行尚未关门，插入事件表en.OccurTime = t;//下一客户的到达时间en.NType = 0;OrderInsert(ev, en, cmp);}i = Minimum();//课本中加了参数。这里可不加，因为已定义队列变量为全局变量//上面一行代码在求长度最短队列//记录当前客户信息customer.ArrivalTime = en.OccurTime;//到达时间customer.Duration = durtime;        //办理业务所需时间customer.Count = CustomerNum;       //客户编号//当前客户进入最短队列排队EnQueue(q[i], customer);printf("第 %3d 个客户到柜台 %d 中排队...\n", customer.Count, i);Show();//如果当前队列只有这一个客户排队，则需要计算其离开时间，//并构造一个“离开”事件插入事件表中if (QueueLength(q[i]) == 1) {en.OccurTime = en.OccurTime + durtime;//当前客户的离开时间en.NType = i;                         //“离开”事件类型，值为1-4，指示从第几个队列离开OrderInsert(ev, en, cmp);             //“离开”事件插入事件表}
}void CustomerDeparture() {ElemType e;int i = en.NType;DeQueue(q[i], customer);//删除第i队列的排头用户printf("第 %3d 个客户离开柜台 %d ...\n", customer.Count, i);Show();TotalTime += en.OccurTime - customer.ArrivalTime;//累计客户逗留时间if (!QueueEmpty(q[i])) {//设定第i队列的一个离开事件并插入事件表GetHead(q[i], customer);e.OccurTime = en.OccurTime + customer.Duration;e.NType = i;OrderInsert(ev, e, cmp);}
}void Bank_Simulation_2() {Link p;OpenForDay();        //初始化while (!ListEmpty(ev)) {DelFirst(GetHead(ev), p);if (p == NULL)break;//防止出现表内只有头结点无首元结点的局面en = GetCurElem(p);if (en.NType == 0)CustomerArrived();      //处理客户到达事件elseCustomerDeparture();    //处理客户离开事件}CloseForDay();
}void CloseForDay() {printf("当天共有%d个客户，平均逗留时间为%.2f分钟。\n",CustomerNum,(double)TotalTime/CustomerNum);
}void Random(int& durtime, int& intertime) {srand((unsigned)time(NULL));durtime = rand() % 20 + 1;intertime = rand() % 5 + 1;
}int Minimum() {int i1 = QueueLength(q[1]);int i2 = QueueLength(q[2]);int i3 = QueueLength(q[3]);int i4 = QueueLength(q[4]);if (i1 <= i2 && i1 <= i3 && i1 <= i4)return 1;if (i2 <= i1 && i2 <= i3 && i2 <= i4)return 2;if (i3 <= i1 && i3 <= i2 && i3 <= i4)return 3;if (i4 <= i1 && i4 <= i2 && i4 <= i3)return 4;return 0;
}void Show() {int i;QueuePtr p;//记录到来的客户是第几个//遍历所有客户队列for (i = 1;i <= 4;i++) {for (p = q[i].front;p;p = p->next) {if (p == q[i].front) {if (i == 1)printf("柜台(1)●");if (i == 2)printf("柜台(2)●");if (i == 3)printf("柜台(3)●");if (i == 4)printf("柜台(4)●");}elseprintf("(%03d)", p->data.Count);if (p == q[i].rear)printf("\n");}}printf("\n");
}//-----上面的是算法3.7所需要的函数-----
//-----下面的是算法3.6特有的部分-------
void Bank_Simulation_1() {char eventType;OpenForDay();               //初始化//如果事件表非空while (!MoreEvent()) {if (EventDrived(eventType) == ERROR)break;switch (eventType) {case 'A':CustomerArrived();//处理客户到达事件break;case 'D':CustomerDeparture();//处理客户离开事件break;default:Invalid();}}CloseForDay();
}Status MoreEvent() {return ListEmpty(ev);
}Status EventDrived(char& eventType) {Link p;DelFirst(GetHead(ev), p);if (p == NULL)return ERROR;//防止出现表内只有头结点无首元结点的局面en = GetCurElem(p);if (en.NType == 0)eventType = 'A';elseeventType = 'D';return OK;
}void Invalid() {printf("运行错误！");exit(OVERFLOW);
}int main()
{Bank_Simulation_1();//Bank_Simulation_2();return 0;
}

实验中遇到的问题

1、初始化操作未达到预期标准，经检查是OrderInsert函数插入最后的位置未修改对应链表的长度和尾指针所致。

若不修改L->len，在Bank_simulation_2函数中将跳出while循环；若不修改L->tail，呃，似乎没有影响。

2、当事件全部结束时，事件表内依然有一个结点，就是头结点，此时虽然表内元素全空，但表没空。在Bank_simulation_2函数中p结点为头结点的下一个结点，此时p==NULL，p->data无意义，所以在GetCurElem函数上会报错。

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