数据结构与算法报告Read.docx
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数据结构与算法报告Read
数据结构与算法实验报告
实验题目
对于单跑道飞机场的模拟
班级1050310521
姓名黄林峰
Ⅰ设计要求：
提出问题：
1）程序目的：
（1）模拟飞机在飞机场起飞和降落问题
（2）统计跑道上飞机工作情况，包括起飞或降落飞机的数量及等待时间,以及没有起飞或降
落的飞机数量、跑道的空闲时间
2）.程序功能：
模拟飞机在飞机场起飞和降落问题，以及统计跑道上飞机工作情况，包括起
飞或降落飞机的数量及等待时间
3）输入：
机场运行的时间，和单位时间内起飞和降落的飞机的架数
4）输出：
机场模拟的最终结果，包括用户输入的信息和模拟结束后统计得到的信息详情见
Conclude函数
Ⅱ问题分析：
1）．程序中的数据结构：
1）structPlane：
其中有两个变量，其中一个是飞机的编号，编号与飞机为一一对应的关系，另外一个变量记录飞机进入队列的时间
2）Queue*pl,*pt：
这是指向控制飞机降落和起飞的两个队列的两个指针，其中包括四个变量，队首front，队尾rear，记录队中元素个数从而知道等待起飞和等待降落的飞机的数量变量count，最后是用于储存降落和起飞飞机的两个队列，大小由事先定义的宏MAXQUEUE指定。
3）kindAction枚举变量用于标定飞机的状态，ARRIVE为降落，DEPART为起飞。
2.）程序中的相关函数及其作用：
1）NewPlane：
为一架新的飞机家里相关的数据，并将nplanes加1。
2）Refuse：
拒绝一架飞机提出的请求，由kind变量决定拒绝飞机的请求是降落还是起飞。
3）Land：
处理一架降落的飞机，并记录相应的信息，包括现在的时间，降落飞机的架数和等待的时间。
4）Fly：
处理一架起飞的飞机，并记录相应的信息，包括现在的时间，降落飞机的架数和等待的时间。
5）Start：
程序的初始化函数，同时包括了用户输入的必要信息，模拟的时间和单位时间内可以起飞和降落飞机的架数。
6）Idle：
记录机场为空，并记录下当前的时间，将机场为空的次数加一。
7）Conclude：
在模拟结束后，对相关信息进行统计，并打印相关的信息：
包括飞机处理飞机的架数，降落飞机的架数，起飞飞机的架数，拒绝请求的飞机的架数，起飞飞机等待的时间，降落飞机等待的时间，空闲的时间，结束的时间等模拟的信息
8）Randomize：
产生一个伪随机数。
9）PoissonRandom：
模拟Poisson分布。
返回Poisson分布下，一定概率下所对应的整数值。
10）UserSayYes：
确定用户是否继续运行程序，继续，则返回1，不继续，返回0。
队列系列函数：
10）CreateQueue：
创建一个队列，并初始化为空。
11）Queuefull：
用来判断队列是否为满，若队列满，返回1；否则返回0。
12）Queueempty：
用来判断队列是否为空，若队列空，返回1；否则返回0。
13）Queuesize：
返回队列中存储的元素的个数。
14）Add：
将一架飞机加入相应的队列。
15）Remove：
将一架飞机移除出队列。
3）．程序流程：
1）初始化，给出了程序的作用，并给出了用户需要输入的相关的信息，
包括单位时间内可以起飞或者降落的飞机的数量expecteddepart,expectedarrive，还
有模拟机场运行的时间endtime。
还有一个用于产生伪随机数的程序。
2.）令当前的时间curtime为1，根据输入的endtime，做for循环：
（1）首先根据expecteddepart,expectedarrive，调用Randomize函数和PoissonRandom函数，用在
（1）中产生的伪随机数返回Poisson分布下对应的数值pri（这里只取整数），分别在控制两个for循环，每次循环都是根据飞机的状态是ARRIVE还是DEPART（由枚举变量kind随机决定），分别向起飞队列和降落队列提出请求，如果队列已满，则拒绝请求（Refuse函数）,如队列未满则加入队列（Add函数）。
（2）判断降落队列pl是否为空，如不空，说明有飞机等待降落，将飞机从队列pl中清除Remove函数，同时飞机降落，记录下相关的信息：
包括飞机的编号，降落时的时间，等待时间（Land函数）。
如没有飞机等待降落，则处理起飞队列pt。
过程与处理飞机降落类似，由Remove函数和Fly函数共同完成。
因为题中要求降落的飞机的优先级高于起飞的飞机，所以首先判断是否有飞机等待降落，也就是首先判断队列pl是否为空
（3）如果既没有飞机降落，也没有飞机起飞，则说明跑到此时刻为空。
此时调用Idletime函数记录下当前为空的时间（curtime），同时记录跑道空的次数加1（idletime++）。
同时curtime++,表示本模拟单元已经过去，进入下一次模拟
3）总结相关信息，打印模拟的结果。
由Conclude函数完成。
Ⅲ计算机实现：
程序代码：
#defineMAXQUEUE5
#include
#include
#include
#include
#include
typedefenumaction{ARRIVE,LAND}Action;
typedefstructplane{
intid;/*identificationnumbeerofairplane*/
inttm;/*timeofarrivalinqueue*/
}Plane;
typedefPlaneQueueEntry;
typedefstructqueue{
intcount;/*numberjofairplanesinthequeue*/
intfront;/*frontofthequeue*/
intrear;/*rearofthequeue*/
QueueEntryentry[MAXQUEUE];
}Queue;
voidNewPlane（Plane*p,int*nplanes,intcurtime,Actionkind）;
voidRefuse（PlaneP,int*nrefuse,Actionkind）;
voidLand（Planep,intcurtime,int*nland,int*landwait）;
voidFly（Planep,intcurtime,int*ntakeoff,int*takeoffwait）;
voidStart（int*endtime,double*expectarrive,double*expectdepart）;
voidIdle（intcurtime,int*idletime）;
voidConclude（intnplanes,intnland,intntakeoff,intnrefuse,
intlandwait,inttakeoffwait,intidletime,intendtime,
Queue*pt,Queue*pl）;
voidRandomize（void）;/*Generateapseudo-randominteger*/
intPoissonRandom（doubleexpectedvalue）;/*SimulatethedistributionofPoisson*/
boolUserSayYes（void）;
/*TheseriesfunctionsofQueue*/
voidCreateQueue（Queue*q）;
intQueuefull（Queue*q）;
intQueueempty（Queue*q）;
intQueuesize（Queue*q）;
voidAdd（QueueEntryx,Queue*q）;
voidRemove（QueueEntry*x,Queue*q）;
intmain（void）/*themainprogram*/
{
Queuelanding,takeoff;
Queue*pl=&landing;
Queue*pt=&takeoff;
Planeplane;
intcurtime;/*currenttime,oneunit=timefortakeofforlanding*/
intendtime;/*totalnumberoftimeunitstorun*/
doubleexpectarrive;/*numberofplanesarrivinginoneunit*/
doubleexpectdepart;/*numberofplanesnewlyreadytotakeoff*/
inti;/*loopcontrolvariable*/
intidletime;/*numberofunitswhenrunwayisidle*/
intlandwait;/*totalwaitingtimeforplaneslanded*/
intnland;/*numberofplaneslanded*/
intnplanes;/*numberofplanesprocessedsofar*/
intnrefuse;/*numberofplanesrefuseduseofairport*/
intntakeoff;/*numberofplanestakenoff*/
intpri;/*pseudo-randominteger*/
inttakeoffwait;/*totalwaitingtimefortakeoff*/
CreateQueue（pl）;
CreateQueue（pt）;
nplanes=nland=ntakeoff=nrefuse=0;
landwait=takeoffwait=idletime=0;
Start（&endtime,&expectarrive,&expectdepart）;
for（curtime=1;curtime<=endtime;curtime++）
{
pri=PoissonRandom（expectarrive）;
for（i=1;i<=pri;i++）/*Addtolandingqueue*/
{
NewPlane（&plane,&nplanes,curtime,ARRIVE）;
if（Queuefull（pl））
Refuse（plane,&nrefuse,ARRIVE）;
else
Add（plane,pl）;
}
pri=PoissonRandom（expectdepart）;
for（i=1;i<=pri;i++）/*Addtotakeoffqueue*/
{
NewPlane（&plane,&nplanes,curtime,LAND）;
if（Queuefull（pt））
Refuse（plane,&nrefuse,LAND）;//Ifthequeueoflandingisfull,refusetherequest.
else
Add（plane,pt）;
}
if（!
Queueempty（pl））/*Bringplanestoland*/
{
Remove（&plane,pl）;
Land（plane,curtime,&nland,&landwait）;
}
elseif（!
Queueempty（pt））/*Allowplanestotakeoff*/
{
Remove（&plane,pt）;
Fly（plane,curtime,&ntakeoff,&takeoffwait）;
}
else
Idle（curtime,&idletime）;
}
Conclude（nplanes,nland,ntakeoff,nrefuse,landwait,
takeoffwait,idletime,endtime,pt,pl）;
return0;
}
/*Start:
Printmessagesandinitializetheparameters.
Pre:
none
Post:
Askusersforresponsesandinitializesallvariables,
specifiedasparameters.
Uses:
Usessayyes*/
voidStart（int*endtime,double*expectarrive,double*expectdepart）
{
boolok;
printf（"Thisprogramsimulatesanairportwithonlyonerunway.\n"
"Oneplanecanlandortakeoffineachunitoftime.\n"
"Upto%dplanescanbewaitingtolandortakeoff"
"atanytime\n",MAXQUEUE）;
printf（"Howmanyunitsoftimewillbethesimulationrun?
\n"）;
scanf（"%d",endtime）;
Randomize（）;/*Initializerandomnumbergeneraton*/
do
{
printf（"Expectednumberofarrivalsineachunittime"
"?
\n"）;
scanf（"%lf",expectarrive）;
printf（"Expectednumberofdeparturesineachunittime?
\n"）;
scanf（"%lf",expectdepart）;
if（*expectarrive<0.0||*expectdepart<0.0）
{
printf（"Thesenumbersmustbenonnegative.\n"）;
ok=1;
}
elseif（*expectarrive+*expectdepart>1.0）
{
printf（"Theairportwillbecomesatarated."
"Readnewmembers?
"）;
ok=!
UserSayYes（）;/*ifusersayyes,repeatloop*/
}
else
ok=1;
}while（ok==0）;
}
/*NewPlane:
Makeanewrecordforaplane,andupdatenplanes.
Pre:
None
Post:
Makesanewstructureforaplaneandupdatesnplanes.*/
voidNewPlane（Plane*p,int*nplanes,intcurtime,Actionkind）
{
（*nplanes）++;
p->id=*nplanes;
switch（kind）//Judgetheplaneisreadytolandortakeoff.
{
caseARRIVE:
printf（"Plane%3dreadytoland.\n",*nplanes）;
break;
caseLAND:
printf（"Plane%3dreadytotakeoff.\n",*nplanes）;
break;
}
}
/*Refuse:
Processaplanewhenthequeueisfull.
Pro:
None.
Post:
Processaplanewaitingtousetherunway,butthequeueisfull.*/
voidRefuse（Planep,int*nrefuse,Actionkind）
{
switch（kind）
{
caseARRIVE:
printf（"Plane%3ddirectedtoanotherairport.\n",p.id）;
break;
caseLAND:
printf（"Plane%3dtoldtotrylater.\n",p.id）;
break;
}
（*nrefuse）++;
}
/*Land:
Processaplanethatisactuallylanding.
Pre:
None.
Post:
ProcessaPlanepthatisactuallylanding*/
voidLand（Planep,intcurtime,int*nland,int*landwait）
{
intwait;
wait=curtime-p.tm;
printf（"%3dplane%3dlanded;inqueue%3dunits.\n",curtime,p.id,wait）;
（*nland）++;
*landwait+=wait;
}
/*Fly:
Processaplanethatisactuallytakingoff.
Pre:
None
Post:
Processaplanethatisactuallytakingoff.*/
voidFly（Planep,intcurtime,int*ntakeoff,int*takeoffwait）
{
intwait;
wait=curtime-p.tm;
printf（"%3dplane%3dtookoff;inqueue%3dunits.\n",curtime,p.id,wait）;
（*ntakeoff）++;
*takeoffwait+=wait;//Addallthetakeofftimetogether,andgetthetotalwaitingtime.
}
/*Idle:
Updatesvariablesforidlerunway.
Pre:
None.
Post:
Updatesvariablesforatimeunitwhentherunwayisidle.*/
voidIdle（intcurtime,int*idletime）
{
printf（"%2d:
Runwayisidle.\n",curtime）;
（*idletime）++;
}
/*Conclude:
Writeoutstatisticsandconcludethesimulation.
Pre:
None
Post:
Writeoutallthestatisticsandconcludethesimulation.*/
voidConclude（intnplanes,intnland,intntakeoff,intnrefuse,
intlandwait,inttakeoffwait,intidletime,intendtime,
Queue*pt,Queue*pl）
{
printf（"Simulationhsaconcludedafter%dunits.\n",endtime）;
printf（"Totalnumberofplanesprocessed:
%3d\n",nplanes）;
printf（"Numberofplaneslanded:
%3d\n",nland）;
printf（"Numberofplanestakenoff:
%3d\n",ntakeoff）;
printf（"Numberofplanesrefuseduse:
%3d\n",nrefuse）;
printf（"Numberofplanesleftreadytoland:
%3d\n",Queuesize（pl））;
printf（"Numberofplanesleftreadytotakeoff:
%3d\n",Queuesize（pt））;
if（endtime>0）
printf（"Percentageoftimerunwayidle:
%6.2f\n",（（double）idletime/endtime）*100.0）;
if（nland>0）
printf（"Averagewaittimetoland:
%6.2f\n",（double）landwait/nland）;
if（ntakeoff>0）
printf（"Averagewaittimetotakeoff:
%6.2f\n",（double）takeoffwait/ntakeoff）;
}
/*Randomize:
Setstartingpointforpreudorandominteger*/
voidRandomize（void）
{
srand（（unsignedint）time（NULL）%10000）;
}
/*PoissonRandom:
GenerateapreudorandomintegeraccordingtothePoissondistribution
Pre:
None.
Post:
GenerateapreudorandomintegeraccordingtothePoissondistributionwiththe
valuegivenastheparameter*/
intPoissonRandom（doubleexpectedvalue）
{
intn=0;/*forloop*/
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