电梯模拟系统(2020年整理).doc

1、学海无涯目录一：问题描述第2页二：问题分析第2页三：数据结构第2页四：算法设计第4页五设计与调试分析第6页六：体会及建议第7页七：参考文献第7页八：原代码第7页一：问题描述设计一个电梯模拟系统。这是一个离散的模拟程序，因为电梯系统是乘客和电梯等“活动体”够成的集合，虽然他们彼此交互作用，但是他们的行为是基本独立的。在离散的模拟 中，一模拟时钟决定每个活动体的动作发生的时刻和顺序，系统在某个模拟瞬间处理有待完成的各种事情，然后把模拟时钟推进到某个动作预定要发生的下一个时刻。二：问题分析（1 ）、模拟某校五层教学楼的电梯系统。该楼有一个自动电梯，能在每层停留。五个楼层由下至上依次称为地下层、第一层

2、、第二层、第三层和第四层，其中第一层是大楼的进出层， 即是电梯的“本垒层”，电梯“空闲”时，将来该层候命。五个楼层从下到上的编号为：0、1、2、3、4。除了地下层外，每一层都有一个要求向下的按钮除了第四层外，每一层都有一个要求向上的按钮。对应的变量为：CallUp0.3 和CallDown1.4。电梯内的五个目标层按钮对应的变量为：CallCar0.4。（2）、电梯一共有七个状态,即正在开门（Opening）、已开门（Opened）、正在关门（Closing ）、已关门（Closed ）、等待（Waiting ）、移动（Moving ）、减速（Decelerate ）。（3 ）、乘客可随机地进

3、出于任何层。对每个人来说，他有一个能容忍的最长等待时间，一旦等候电梯时间过长，他将放弃。对于在楼层内等待电梯的乘客，将插入在等候队列里，每一层有两个等候队列，一队要求向上，一队要求向下，用链队列来实现。对于在电梯内的乘 客，用五个乘客栈来实现，该乘客要去哪一层，就把他放在相应编号的栈中，对应变量为 EleStack0 4。（4）、模拟时钟从0开始，时间单位为0.1秒。人和电梯的各种动作均要耗费一定的时间单 位（简记为t ）:有人进出时，电梯每隔 40t测试一次，若无人进出，则关门关门和开门各需要 20t每个人进出电梯均需要25t电梯加速需要 15t如果电梯在某层静止时间超过300t，则驶回1层

4、候命。（5）、按时序显示系统状态的变化过程：发生的全部人和电梯的动作序列。三：数据结构1、乘客类型反映乘客的所有属性。ADT Clie nt数据对象：D=ai 乘客信息，1=1,2,n, n0数据关系：R=|a 口，a i D,i=2,n基本操作：PrintClientlnfo(Client const &e,ClientStatus) 操作结果：输出乘客信息。CreatClie nt(Clie nt *&p)操作结果：生成新的乘客。DestoryClie nt(Clie nt *&p)操作结果：该乘客离开系统。GoAbove(Clie nt co nst &e)操作结果：判断该乘客是否去往高

5、层。CIn floor(Clie nt con st &e)操作结果：返回乘客进入的楼层。CInTime(Client const &e)操作结果：返回乘客进入时间。COutfloor(Client const &e)操作结果：返回乘客进入时间。2、乘客栈类型电梯内的乘客用乘客栈表示，去不同楼层的乘客放在不同的栈中。ADT Estack数据对象：D=ai 乘客信息，1=1,2,n,n0 数据关系：R=|a i-1 ,a i D,i=2,n基本操作： 略。3、等候队列类型在电梯外等待的乘客用等待队列表示。每层各有两个等待队列，分别为上楼队列和下楼队列。与一般队列不同的是在基本操作中加入了放弃操作

6、CGiveUp(WQueue&Q,i ntfloor)。4、电梯类型表示电梯的各个属性和所有动作。ADT Elevator数据对象：D=ai 电梯信息，1=1,2,n,n 0基本操作：In itEle(Elevator &E)操作结果：初始化电梯类型。DestoryEle(Elevator &E)操作结果：销毁电梯类型。EleDecide(Elevator & E,WQueue wMaxfloor+12)操作结果：电梯动作决策。ElevatorRu n(Elevator & E,WQueue wMaxfloor+12) 操作结果：电梯状态转换。Cou ntOver(Elevator &E)操作

7、结果：判断电梯计时是否完成。EleFloor(Elevator const &E) 操作结果：返回电梯所在的层。EleStatus(Elevator const &E) 操作结果：返回电梯状态。RequireAbove(Elevator const &E) 操作结果：判断是否有高层请求。RequireBelow(Elevator const &E) 操作结果：判断是否有低层请求。EleAchieved(Elevator &E)操作结果：判断电梯是否要停于当前层。EleOpe nDoor(Elevator &E) 操作结果：判断电梯是否要开门。5、高楼模块实现电梯和乘客之间的互交功能。包括：In

8、 Out(Elevator & E,WQueue wMaxfloor+12) 操作结果：进行乘客的进出电梯活动。NewClie nt(Elevator & E,WQueue w52) 操作结果：进入新乘客。Prin tStatus(Elevator & E,WQueue w52) 操作结果：输出当前状态。Prin t(Elevator & E,Action a) 操作结果：输出电梯动作信息。四：算法设计1:本程序包含(1)(2)(3)(4)(5)(6)6个模块：主程序模块乘客模块 乘客栈模块 电梯模块 等待队列模块 咼楼模块：实现电梯和乘客之间的互交。各模块之间的调用关系如下:2:主程序主程序

9、主要处理两类事件：乘客事件和电梯事件。除此之外，主程序还处理各个模块的初始化和销毁工作，以及电梯状态的输出。乘客事件包括新乘客到达 事件，乘客放弃等待事件，乘客进出电梯事件。电梯事件包括电梯运行事件。3:详细设计0空指针10#defi ne NULL#defi ne TRUE#defi ne FALSE#defi ne OK1#defi ne ERROR0#defi ne INFEASIBLE-1#defi ne OVERFLOW-2 #defi ne INT_MAX 32767/Status是函数类型，其值是函数结果状态代码 typedef int Status;#defi ne Empty

10、 0/ /电梯状态enumEleStatusOpe nin g,Ope ned,Clos in g,Closed,Movi ng,Decelerate,Wait in g;enum Action DoorOpe ned,DoorClosed,Go in gUp,Go in gDow n, Achieved,N on e; enumEleStageUp,Dow n, Ope nDoor,Stop;en umClie ntStatusNew,GiveUp,l n,O ut,Fi ni sh;#define CloseTest 40 /电梯关门测试时间#defi ne OverTime#defi n

11、e DoorTime 20#define InOutTime 25#defi ne Maxfloor4#defi ne Min floor0300 电梯停候超时时间 开门关门时间 /进出电梯时间最高层最低层long Time=0; /时钟long MaxTime;/系统运行最长时间int InOutCount=0;用于进出计时int InterTime=0;下一乘客进入系统的时间int ID=0;/乘客编号int GiveUpNumber=0;乘客放弃的数目int TotalTime=0;总共等待时间部分重要操作的算法：1、 判断运动方向函数 EleDecide的算法：2、统计高层和低层的请求

12、（不包括当前层）3、 高层和低层均无请求：发出Stop命令。4、否则,1）若电梯在上升期：1. 若有高层请求：上升；2. 若无高层请求：转下降期，下降。2）若电梯在下降期：1. 若有低层请求：下降；2. 若无有低层请求：转上升期，上升。判断电梯是否要停于当前层函数EleAchieved的算法：1. 该层的CallCar为1 ；2. 该层在上升（下降）期有上升（下降）请求（判断 CallUp或CallDown ）;3. 上升（下降）期高（低）层没有请求而该层由下降（上升）请求，要转换运行时期。判断电梯动作函数 ElevatorRu n的算法：1. 若电梯在 Opening状态，则转至 Opene

13、d状态。2. 若电梯在Opened状态，若无人进出，则转至Closing状态。3. 若电梯在Closed状态，则根据电梯请求情况转至相应状态。4. 若电梯在 Closing 状态，则转至 Closed状态。5. 若电梯在Moving状态，若达到目标层，则转至 Decelerate 状态。 否则，继续移动。6. 若电梯在 Decelerate 状态，则设定电梯时期，并转至 Opening状 态。7. 若电梯在 Waiting状态，在判断是否等待超时，若超时则向第一层 移动。否则，判断电梯请求情况并转至相应状态。五：设计与调试分析在本程序中如何判断电梯的动作最为关键。此外，合理划分各个模块和处理各

14、个模块之间的联系也非常重要。在电梯调度方面不能按照预定的想法实现，所以和现实中的电梯有出入。没有显示电梯的运行到哪里，而是用有乘客进入电梯时显示乘客进入到哪层楼来告知电梯运行到几楼。开门，关门时需要精心思考， 此处记时及判断是否要开门也是难点，所以这些看似很平常的动作却是最难也是最容易错的地方。此外在指针的使用方面也是难点，很多地方比如乘客进队出队以及放弃乘坐电梯时均涉及指针的使用，也经常在这些地方通不过编译。为了便于控制循环，设计了电梯运行时间， 则在时间到达时即可退出系统。由于开始为了简化程序而定义了很多变量，结果发现并不实际，有的变量仅是在某些函数中赋予其值罢了，于是就将这些变量删除，比

15、如开始按照提示设置了D1表示人们正在进出电梯等等。Settst r at醜翩W黑評U达斷时间返0IE： 2iX第丄层- 寺时间二4目II达打环Z所要到达所要到达andX XXJCMIMLMZJMIJieMZXKiMXKaXXXXXXXXJKJtiKXlKXlKXXWXJtIMaiCJtZMJCX XKMM一欢迎使用电梯模拟系统一K K X浦耳耳料算再悴KXXIOt斧貝科KXXNKX貝强KXMXKKHMXdH幷nF所妾到达曙屋气、坠2咼泰宮进入第4层- 馳1己打开.1号泰君走症曲梯*要去第2层” _74”丘等待时闾皿回 g*i吋泳加II 乗斉进h第2层- 等伶吋咼20 U菇J吋泳朗4号邸辰-2嘗

16、汞宮抽弃案*六：体会及建议我们应重视编程思想的培养，语言很重要，但究竟只是工具，思想才是精髓。通过阅读书 中的各种数据结构及相应算法的代码来吸收书中的思想。我们可以利用各种途径来学习认识一种功能的实现，但是最终的串联编写还是应该靠自己的思路去不断完善，在这段时间中我们有充分的时间去了解我们完成任务所需的知识内容，而我们也应该去认真完成。在这阶段的设计过程中，编写时总是出现原来未曾遇到过的各种错误，很难解决，常常受到很长时间的困扰，虽然这属于纯粹的个人能力体现，属于自学运用，但老师并不能在有问题时及时给与有效建议。而我们的所学有限，考虑问题不是很全面，解决问题也总是难以有 高效的解决方案只能通过

17、不断的实践去比较结果。七：参考文献1严蔚敏等 数据机构（C语言版）清华大学出版社2:谭浩强C语言程序设计 清华大学出版社八：原代码#i nclude #in elude #i nclude #in elude #in elude #in elude #in elude /所有常量，全局变量和类型定义#defi ne NULL0#defi ne TRUE1#defi ne FALSE0#defi ne OK1#defi ne ERROR0#defi ne INFEASIBLE-1#defi ne OVERFLOW-2#defi ne INT_MAX32767/Status是函数类型，其值是函数结

18、果状态代码typedef int Status;#defi ne Empty0/电梯状态 enumEleStatusOpe nin g,Ope ned,Clos in g,Closed,Movi ng,Decelerate,Waiti ng;enumActi on DoorOpe ned,DoorClosed,Go in gUp,Go in gDow n, Achieved,N on e;enumEleStageUp,Dow n, Ope nDoor,Stop;en umClie ntStatusNew,GiveUp,l n,O ut,Fi ni sh;#defi ne CloseTest 4

19、0/电梯关门测试时间#defi ne OverTime300/电梯停候超时时间#defi ne DoorTime20/开门关门时间#defi ne InO utTime 25/进出电梯时间#defi ne Maxfloor4/最高层#defi ne Min floor0II最低层long Time=0;/时钟long MaxTime;/系统运行最长时间int InO utCou nt=O;用于进出计时int In terTime=0;下一乘客进入系统的时间int ID=0;/乘客编-口号int GiveUpNumber=O;乘客放弃的数目int TotalTime=0;总共等待时间/乘客类型t

20、ypedef struct int Cli netID;/乘客编号int Outfloor;/去哪层int In Time; /该乘客进入时间int GivepuTime;/所能容忍的等待时间int In floor;/乘客进入的楼层Clie nt;/乘客类型基本操作void Prin tClie ntl nfo(Clie nt co nst & e,Clie ntStatus s)switch(s) case New:printf(t%d号乘客进入第 d 层.n”,e.CIinetlD,e.lnfloor);break;case GiveUp:printf(t%d号乘客放弃等待.n”,e.C

21、IinetlD);break;case Out:printf(t%d号乘客走出电梯.n,e.ClinetlD);break;caseIn:pri ntf(t%d号乘客走进电梯， 要去第 %d层.n,e.Cli netlD,e.Outfloor);break;default:break;Status CreatClie nt(Clie nt *&p)int d;p=new Clie nt;if(!p) return OVERFLOW;p-Cli netlD=+ID;prin tf(%d所能容忍的等待时间:,ID);scan f(%d, &d);p-GivepuTime=d;p-l nTime=T

22、ime;printf(下一乘客要到达的时间:);scan f(%d, &d);In terTime=d;printf(”所要到达的楼层:);scan f(%d, &d);p-Outfloor=d;while(p-l nfloor=ra nd()%(Maxfloor+1)=p-Outfloor);Prin tClie ntln fo(*p,New);return OK;Status DestoryClie nt(Clie nt *&p)delete p;p=NULL;return OK;Status GoAbove(Clie nt const &e)if(e.Outfloore. In floo

23、r) return TRUE; else return FALSE;Status CInfloor(Client const &e)retur n e.ln floor;Status CI nTime(Clie nt con st &e)return e.I nTime;Status COutfloor(Clie nt const &e) return e.Outfloor;#define STACK_INIT_SIZE10 /存储空间初始分配量#define STACKINCREMENT5/存储空间分配增量/乘客栈typedef Clie nt*SEIemType;typedef struc

24、t SElemType *base;SElemType *top;intstacksize;Clie ntStack;Status InitStack(ClientStack &S)S.base=(SElemType *)malloc(STACK_INIT_SIZE*sizeof(SElemType); if(!S.base) return OVERFLOW;S.top=S.base;S.stacksize=STACK_INIT_SIZE; return OK;Status DestroyStack(Clie ntStack &S) SElemType *p;if(S.base)for(p=S

25、.base;p=S.stacksize) S.base=(SElemType*)realloc(S.base,(S.stacksize+STACKINCREMENT)*sizeof(SEIemType); if(!S.base) return OVERFLOW;S.top=S.base+S.stacksize;S.stacksize+=STACKINCREMENT;*S.top+=e;return OK;Status Pop(Clie ntStack & S,SElemType &e)if(S.top=S.base) return ERROR;e=*(-S.top);return OK;voi

26、d PrintStack(ClientStack &S)SElemType *i;i=S.base;while(iS.top)coutCli netlD;/电梯类型/电梯所在层电梯内人数/电梯当前状态typedef struct int floor;int Clie ntNumber;/ EleStatus status;EleStage Stage;/电梯运行时期int Cou nt;用于电梯计时int CallUpMaxfloor+1; int CallDow n Maxfloor+1; int CallCarMaxfloor+1;/ Clie ntStack SMaxfloor+1;每层

27、的Up按钮每层的Down按钮电梯内的目标层按钮乘客栈,要去不同楼层的人放在不同的栈中Elevator;/电梯类型基本操作void In itEle(Elevator &E) int i;E.floor=1;E.status=Wait in g;E.Co un t=OverTime;E.Stage=Dow n;E.Clie ntNumber=O;for(i=0;i=Maxfloor;i+)E.CallUpi=0;E.CallDow n i=0;E.CallCari=0;for(i=0;i=Maxfloor;i+) In itStack(E.Si);Status Cou ntOver(Elevat

28、or &E) if(E.Count) E.Cou nt-;return FALSE;return TRUE;void DestoryEle(Elevator &E)int i;for(i=0;i=Maxfloor;i+) DestroyStack(E.Si);Status EleFloor(Elevator const &E)return E.floor;EleStatus EleStatus(Elevator const &E)return E.status;Status RequireAbove(Elevator const &E)for(i nt i=E.floor+1;i=Min fl

29、oor;i-)if(E.CallCari|E.CallDowni|E.CallUpi) return TRUE; return FALSE;Status EleAchieved(Elevator &E)if(E.CallCarE.floor) return TRUE;if(E.Stage=Up&E.CallUpE.floor|E.Stage=Dow n&E.CallDow nE.floor)return TRUE;if(E.Stage=Up&E.CallDow n E.floor&!RequireAbove(E)E.Stage=Dow n; return TRUE;if(E.Stage=Dow

30、 n&E.CallUpE.floor&!RequireBelow(E)E.Stage=Up;return TRUE;return FALSE;Status EleOpe nDoor(Elevator &E)if(E.CallCarE.floor|E.CallDow nE.floor &E.Stage=Dow n|E.CallUpE.f loor &E.Stage=Up)return TRUE;if(E.status=Waiti ng) if(E.CallDownE.floor) E.Stage=Down;return TRUE; if(E.CallUpE.floor) E.Stage=Up;r

31、eturn TRUE;return FALSE;EleStage EleDecide(Elevator &E)int Above,Below;Above=RequireAbove(E);Below=RequireBelow(E);if(Above=0&Below=0) return Stop;else if(E.Stage=Up) if(Above!=0) return Up;else E.Stage=Dow n;return Dow n;else if(Below!=0) return Dow n;else E.Stage=Up;return Up;Actio n ElevatorR un

32、(Elevator &E)switch(E.status)case Opening:E.status=Ope ned;E.Co un t=CloseTest;retur n DoorOpe ned;case Opened:if(E.Stage=Dow n&!E.CallCarE.floor & !E.CallDow nE.floor| E.Stage=Up&!E.CallCarE.floor&! E.CallUpE.floor)E.status=Clos in g;E.Co un t=DoorTime; break;case Clos ing:E.status=Closed;retur n D

33、oorClosed;case Waiti ng:if(E.Count=0) if(E.floor!=1) E.CallCar1=1;else E.Cou nt-;if(EleOpe nDoor(E) E.status=Ope nin g;E.Co un t=DoorTime;break;case Closed:break;case Moving:/完成移动if(E.Stage=Up) E.floor+;elseE.floor-;retur n Achieved;E.status=Ope nin g;E.Co un t=DoorTime; break;return None;/单链队列一一队列的

34、链式存储结构typedef Clie nt *QEIemType;/等候队列typedef struct QNode QElemTypedata;struct QNode*n ext;QNode,*QueuePtr;typedef struct QueuePtrfront;QueuePtrrear;WQueue;/等待队列的基本操作Status Ini tQueue(WQueue &Q)Q.fron t=Q.rear= new QNode; if(!Q.front) return OVERFLOW;Q.fro nt- next=NULL;Q.fro nt-data=NULL;return OK

35、;Status DestroyQueue(WQueue &Q)while(Q.fro nt)Q.rear=Q.fro nt- next;if(Q.front-data) DestoryClient(Q.front-data); else Q.fro nt;Q.fr on t=Q.rear;return OK;Status En Queue(WQueue & Q,QEIemType e) QueuePtr p;p=new QNode;if(!p) return OVERFLOW;p-data=e;p-n ext=NULL;Q.rear- n ext=p;Q.rear=p;return OK;St

36、atus DeQueue(WQueue & Q,QElemType &e)QueuePtr p;if(Q.fro nt=Q.rear) return ERROR;p=Q.fr ont-n ext;e=p-data;Q.front-n ext=p-n ext;if(Q.rear=p) Q.rear=Q.fr on t;free(p);return OK;Status QueueEmpty(WQueue Q)if(Q.fro nt=Q.rear) return TRUE;else return FALSE;Status QDelNode(WQueue & Q,QueuePtr p)QueuePtr

37、 q;if(p=NULL|p- next=NULL) return ERROR; q=p-n ext;p_n ext=q _n ext;if(p-n ext=NULL) Q.rear=p;DestoryClie nt(q-data);free(p);return OK;Status CGiveUp(WQueue & Q,i nt floor)QueuePtr p;p=Q.fr ont;if(p- next!=NULL)if(p-n ext-data-GivepuTime=0&floor!=p-n ext-data-In floor) Prin tClie ntln fo(*(p- next-d

38、ata),GiveUp);TotalTime+=Time-C In Time(*(p-n ext-data); QDelNode(Q,p);GiveUpNumber+;else p -n ext-data-GivepuTime-;return OK;void Prin tQueue(WQueue Q)QueuePtr q;int coun t=0;if(Q.front-next=NULL) goto end;q=Q.fr ont-n ext;while(q!=NULL)coutsetw(3)data-Cli netlDn ext;coun t+;en d:while(co un t+=4) c

39、out; void In Out(Elevator & E,WQueue wMaxfloor+12)Clie nt *p;if(E.CallCarE.floor)if(StackEmpty(E.SE.floor) E.CallCarE.floor=0; elsePop(E.SE.floor,p);E.Clie ntNumber-;In OutCou nt=I nO utTime;Prin tClie ntI nfo(*p,Out);TotalTime+=Time-CI nTime(*p); DestoryClie nt(p);if(E.CallCarE.floor=0)if(!QueueEmpty(wE.floorE.Stage)DeQueue(wE.floorE.Stage,p);Push(E.SCOutfloor(*p),p);if(E.CallCarCOutfloor(*p)!=1)E.CallCarCOutfloor(*p)=1;E.Clie ntNumber+;In OutCou nt=I nO utTime;Prin tClie