# 银行业务模拟系统

成员：费良荣、冯国平、武杭凯、李聪颖

**摘要**：本项目针对银行业务系统运行的问题，实现客户和窗口的功能、管理客户、队列的功能和计算一天中客户在银行逗留的平均时间的功能。为了有效地存储和处理银行的开门时间、关门时间、营业窗口数目、银行营业的工作记录、客户的到达时间、离开时间等数据，采用了线性表、队列等数据结构和排序、随机数等数据结构知识。



项目开发过程中采用 Kanban（看板）进行任务管理和分工协作，并使用 Git 对程序代码和文档进行版本管理。任务分工情况如下：

|  任务  |   设计  |  开发   |   测试   |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|  C1 银行业务模拟，统计一天内客户在银行逗留的平均时间  |  费良荣  |  冯国平  |  武杭凯  |
|  C2 比较事件发生先后  |  冯国平  |  李聪颖  |  费良荣  |
|  C3 银行开门  |  李聪颖  |  武杭凯  |  冯国平  |
|  C4 插入事件  |  武杭凯  |  冯国平  |  李聪颖  |
|  C5 客户进门  |  费良荣  |  费良荣  |  李聪颖  |
|  C6 客户离开  |  冯国平  |  武杭凯  |  费良荣  |
|  C7 求长度最短队列  |  李聪颖  |  冯国平  |  武杭凯  |
|  C8 链表初始化  |  费良荣  |  费良荣  |  冯国平  |
|  C9 在第i个位置之前插入元素e  |  武杭凯  |  李聪颖  |  费良荣  |
|  C10 判断链表是否为空  |  冯国平  |  武杭凯  |  李聪颖  |
|  C11 删除链表中第一个结点并以q返回  |  费良荣  |  李聪颖  |  冯国平  |
|  C12 返回链表头结点  |  武杭凯  |  费良荣  |  费良荣  |
|  C13 已知p指向线性链表中的一个结点，返回p所指结点中元素的值  |  费良荣  |  冯国平  |  李聪颖  |
|  C14 打印事件链表  |  武杭凯  |  费良荣  |  冯国平  |
|  C15 遍历链表  |  李聪颖  |  武杭凯  |  费良荣  |
|  C16 链队列的初始化  |  费良荣  |  冯国平  |  李聪颖  |
|  C17 入队  |  费良荣  |  武杭凯  |  冯国平  |
|  C18 出队  |  李聪颖  |  费良荣  |  武杭凯  |
|  C19 返回队列的长度  |  冯国平  |  李聪颖  |  武杭凯  |
|  C20 获取队头元素  |  冯国平  |  武杭凯  |  李聪颖  |
|  C21 判断队列是否为空  |  武杭凯  | 冯国平  |  李聪颖  |
|  C22 打印队列  |  李聪颖  |  武杭凯  |  冯国平  |
|  C23 遍历队列Q   |  费良荣  |  费良荣  |  李聪颖  |

工作量占比：

|  费良荣  |  冯国平  |  李聪颖  |  武杭凯  |
| ---- | ---- | ---- |  ----  |
| 25 | 25  | 25  | 25 |


# 1. 系统分析

## 1.1 问题描述

设计一个银行业务模拟系统，模拟银行的业务运行并计算一天中客户在银行逗留的平均时间。银行有 $N$ 个窗口对外接待客户，从早晨银行开门起不断有客户进入银行。由于每个窗口在某个时刻只能接待一个客户，因此在客户人数多时需分别在各个窗口前排队，对于刚进入银行的客户，如果某个窗口的业务员正在空闲，则可上前办理业务；反之，若 $N$ 个窗口均有客户正在办理业务，新来的客户便会排在人数最少的队伍后面。

（1）通过人机交互的方式设定程序所需的参数：银行的开门时间和关门时间，营业窗口数目。

（2）客户的到达时间可通过人机交互、文件导入或随机生成的方式输入。

（3）保存银行营业的工作记录，存储客户的到达时间、离开时间。

（4）显示出在某一天整个银行系统中客户在银行逗留的平均时间。

要求系统运行正常、功能完整；数据结构使用得当，算法有较高的效率；代码规范、可读性高，结构清晰；具备一定的健壮性、可靠性和可维护性。

## 1.2 可行性分析

解决此问题的核心数据结构是有序链表和队列

客户排队的过程是一个按照到达时间先到先接受服务的过程，这一过程可以通过队列实现。$N$ 个不同的窗口对应 $N$ 个队列，队列中每一个元素对应一个客户。

算法中处理的事件有两类：一类是客户到来事件，另一类是客户离开事件。客户到来事件发生的时刻随客户到来自然形成，客户到来后，使用排序算法找到最短的等待队列，将客户插入队列；客户离开事件发生的时刻由银行窗口为其办理业务的完成时间决定，业务办理完成后，客户从等待队列中出队，窗口为下一个客户（如果存在的话）服务。由于程序驱动是按事件发生时刻的先后顺序进行，则事件表应是有序表，其主要操作是插入和删除事件。


## 1.3 需求分析

### （1）输入和输出

主要输入：客户到达时间、客户离开时间（主要作用：确定某个客户的逗留时间）
         某天客户的数量
         银行的开门时间、银行的关门时间、营业窗口数目
主要输出：某一天整个银行系统中客户在银行逗留的平均时间

系统每次随机生成的是

1）当前顾客顾客的柜台被服务时间durtime

2）当前顾客和下一个顾客到达的间隔时间intertime


### （2）数据字典

某个客户逗留时间=客户离开时间-客户到达时间

假设当前事件发生的时刻为occurtime,则下一个客户到达事件发生的时刻为occurtime+intertime

注：每个顾客在银行的等待时间取决于队列里前一个节点的离开时间，而不是自己的到达时间+服务时间。

### （3）数据文件

1）通过人机交互的方式设定程序所需的参数：银行的开门时间和关门时间，营业窗口数目。
2）系统每次随机生成的是
当前顾客顾客的柜台被服务时间durtime
当前顾客和下一个顾客到达的间隔时间intertime
3）客户的到达时间可通过人机交互、文件导入或随机生成的方式输入。

### （4）参数设定

通过人机交互的方式设定程序所需的参数：银行的开门时间和关门时间，营业窗口数目。
客户的到达时间可通过人机交互、文件导入或随机生成的方式输入。

### （5）管理客户、队列的功能

管理客户、队列的功能

主要作用：类似银行进门处的接待员，引导客户在哪里排队

# 2. 系统设计

## 2.1 概要设计

大体分为三大模块：
(1)客户
void Bank_Simulation(int CloseTime);//银行业务模拟，统计一天内客户在银行逗留的平均时间

int cmp(Event a, Event b);//比较事件发生先后

void OpenForDay();//银行开门

void OrderInsert(EventList L, Event en, int(*cmp)(Event a, Event b));//插入事件

void CustomerArrived();//客户进门

void CustomerDepature();//客户离开

int Minimum(LinkQueue Q[5]);//求长度最短队列

(2)链表
Status InitList(LinkList& L);//链表初始化

Status ListInsert_L(LinkList& L, int i, ElemType e);//在第i个位置之前插入元素e

Status ListEmpty(LinkList L);//判断链表是否为空

Status DelFirst(LinkList L, LNode*& q);//删除链表中第一个结点并以q返回

LNode* GetHead(LinkList L);//返回链表头结点

ElemType GetCurElem(LNode* p);//已知p指向线性链表中的一个结点，返回p所指结点中元素的值

void PrintEventList();//打印事件链表

Status ListTraverse(LinkList& L);//遍历链表 

(3)链队列
Status InitQueue(LinkQueue& Q);//链队列的初始化

Status EnQueue(LinkQueue& Q, QElemType e);//入队

Status DeQueue(LinkQueue& Q, QElemType& e);//出队

int QueueLength(LinkQueue Q);//返回队列的长度

Status GetHead(LinkQueue Q, QElemType& e);//获取队头元素 注：由于参数个数不同，发生函数重载

Status QueueEmpty(LinkQueue Q);//判断队列是否为空

void PrintQueue();//打印队列

Status QueueTraverse(LinkQueue Q);//遍历队列Q  

## 2.2 数据结构设计

采用了链表和链队列

### （1）链表结构

Status InitList(LinkList& L);//链表初始化

Status ListInsert_L(LinkList& L, int i, ElemType e);//在第i个位置之前插入元素e

Status ListEmpty(LinkList L);//判断链表是否为空

Status DelFirst(LinkList L, LNode*& q);//删除链表中第一个结点并以q返回

LNode* GetHead(LinkList L);//返回链表头结点

ElemType GetCurElem(LNode* p);//已知p指向线性链表中的一个结点，返回p所指结点中元素的值

void PrintEventList();//打印事件链表

Status ListTraverse(LinkList& L);//遍历链表 

### （2）链队列结构

Status InitQueue(LinkQueue& Q);//链队列的初始化

Status EnQueue(LinkQueue& Q, QElemType e);//入队

Status DeQueue(LinkQueue& Q, QElemType& e);//出队

int QueueLength(LinkQueue Q);//返回队列的长度

Status GetHead(LinkQueue Q, QElemType& e);//获取队头元素 注：由于参数个数不同，发生函数重载

Status QueueEmpty(LinkQueue Q);//判断队列是否为空

void PrintQueue();//打印队列

Status QueueTraverse(LinkQueue Q);//遍历队列Q  

### 

## 2.3 算法设计

### （1）链表初始化算法

链表初始化
{
  L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
  if (!L){
   exit(OVERFLOW);}
  L->next = NULL;
  return OK;
} 

### （2）链表判空算法

判断链表是否为空
{
  if (L->next)
  {return FALSE;}
  else{
   return TRUE;
  }
} 

###  (3) 打印事件链表算法

{ 
    printf("Current Eventlist is:\n");
    ListTraverse(ev);
}

###  (4) 遍历链表算法

{
  LNode* p = L->next;
  if (!p) {
    printf("List is empty.\n");
    return ERROR;
  }
  while (p != NULL) {
    printf("OccurTime:%d,Event Type:%d\n", p->data.OccurTime, p->data.NType);
    p = p->next;
  }
  printf("\n");
  return OK;
} 

###  (5) 链队列初始化算法

{
  Q.front = Q.rear = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
  if (!Q.front)
  {exit(OVERFLOW);}
  Q.front->next = NULL;
  return OK;
}

###  (6) 队列判空算法

{
  if (Q.front == Q.rear)
  {
    return TRUE;
  }
  return FALSE;
}

###  (7) 打印队列算法

{
  int i;
  for (i = 1; i <= 4; i++) {
    printf("窗口 %d 有 %d 个客户:", i, QueueLength(q[i]));
    QueueTraverse(q[i]);
  }
  printf("\n");
}

###  (8) 遍历队列算法

{
  QNode* p = Q.front->next;
  if (!p) {
    printf("--Is empty.\n");
    return ERROR;
  }
  while (p) {
    printf("(到达时刻 %d min 办理业务需要花费 %d min) ", p->data.ArrivalTime, p->data.Duration);
    p = p->next;
  }
  printf("\n");
  return OK;
} 

# 3. 系统实现

项目采用 C 语言编程实现，在 VS Code 集成开发环境（IDE）中用 GCC 进行编译。系统采用模块化设计，程序结构清晰

void Bank_Simulation(int CloseTime);//银行业务模拟，统计一天内客户在银行逗留的平均时间
int cmp(Event a, Event b);//比较事件发生先后
void OpenForDay();//银行开门
void OrderInsert(EventList L, Event en, int(*cmp)(Event a, Event b));//插入事件
void CustomerArrived();//客户进门
void CustomerDepature();//客户离开
int Minimum(LinkQueue Q[5]);//求长度最短队列
Status InitList(LinkList& L);//链表初始化
Status ListInsert_L(LinkList& L, int i, ElemType e);//在第i个位置之前插入元素e
Status ListEmpty(LinkList L);//判断链表是否为空
Status DelFirst(LinkList L, LNode*& q);//删除链表中第一个结点并以q返回
LNode* GetHead(LinkList L);//返回链表头结点
ElemType GetCurElem(LNode* p);//已知p指向线性链表中的一个结点，返回p所指结点中元素的值
void PrintEventList();//打印事件链表
Status ListTraverse(LinkList& L);//遍历链表 
Status InitQueue(LinkQueue& Q);//链队列的初始化
Status EnQueue(LinkQueue& Q, QElemType e);//入队
Status DeQueue(LinkQueue& Q, QElemType& e);//出队
int QueueLength(LinkQueue Q);//返回队列的长度
Status GetHead(LinkQueue Q, QElemType& e);//获取队头元素 注：由于参数个数不同，发生函数重载
Status QueueEmpty(LinkQueue Q);//判断队列是否为空
void PrintQueue();//打印队列
Status QueueTraverse(LinkQueue Q);//遍历队列Q  

## 3.1 核心数据结构的实现

主要为有序链表和队列两种数据类型

配合程序代码加以说明。如下：
```cpp
typedef struct
{
 int OccurTime;//事件发生时刻
 int NType;//事件类型，0表示到达事件，1-4表示四个窗口的离开事件
}Event, ElemType;

typedef struct LNode
{
  ElemType data;
  struct LNode* next;
}LNode, * LinkList;

typedef LinkList EventList;

typedef struct
{
int ArrivalTime;//到达时刻
int Duration;//办理事务所需事件
}QElemType;

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;

EventList ev;//事件表
Event en;//事件
LinkQueue q[5];//四个客户队列
QElemType customer;//客户记录
int TotalTime, CustomerNum, CloseTime; 
```

## 3.2 核心算法的实现

程序代码加以说明。如下：

```cpp
void Bank_Simulation(int CloseTime)//银行业务模拟，统计一天内客户在银行逗留的平均时间
{
OpenForDay();//开始营业
LNode* p;
while (!ListEmpty(ev))
{
DelFirst(GetHead(ev), p);
printf("********action********\n");
en = GetCurElem(p);
if (en.NType == 0)
{
CustomerArrived();
}
else
{
CustomerDepature();
}
PrintQueue();
PrintEventList();
}
printf("The Average Time is %f\n", (float)TotalTime / CustomerNum);
}


int cmp(Event a, Event b)//比较事件发生先后
{
if (a.OccurTime > b.OccurTime) return 1;
if (a.OccurTime = b.OccurTime) return 0;
if (a.OccurTime < b.OccurTime) return -1;
}


void OpenForDay()//银行开门
//初始化操作
{
TotalTime = 0;//初始化累计时间为0
CustomerNum = 0;//初始化客户数为0
InitList(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);
for (int i = 1; i <= 4; i++)
{
InitQueue(q[i]);//将四个银行窗口队列初始化
}
}


void OrderInsert(EventList L, Event en, int(*cmp)(Event a, Event b))//插入事件
//事件插入函数，将不同事件按发生时间递增排序
{
LNode* p = L;
int i = 1;
while (p->next && cmp(en, p->next->data) > 0)//找到事件发生时间所在事件链表中的位置
{
p = p->next;
i++;
}
ListInsert_L(ev, i, en);//插入该事件
}


void CustomerArrived()//客户进门
//处理客户到达事件，en.NType=0
{
CustomerNum++;
int durtime = rand() % 30 + 1;//客户处理事务时间
int intertime = rand() % 8;//下一个客户到达的时间间隔
int t = en.OccurTime + intertime;//下一个客户到达的时刻
if (t < CloseTime)//如果他在营业时间内进来
{
printf("一个新客户在银行营业%2dmin后进来，办理业务花费了%2dmin，下一个客户过了%2dmin后进来\n", en.OccurTime, durtime, intertime);
OrderInsert(ev, { t, 0 }, cmp);//插入客户进门事件，NType=0为到达事件
}
int i = Minimum(q);//客户找最短队开始排队
EnQueue(q[i], { en.OccurTime, durtime });
if (QueueLength(q[i]) == 1)
{
OrderInsert(ev, { en.OccurTime + durtime,i }, cmp);//队列长度为1时，设定一个离开事件
}
}


void CustomerDepature()//客户离开
{
int i = en.NType;
DeQueue(q[i], customer);//删除第i队列的排头客户
TotalTime += en.OccurTime - customer.ArrivalTime;//累计客户逗留时间
if (!QueueEmpty(q[i])) {
GetHead(q[i], customer);
OrderInsert(ev, { en.OccurTime + customer.Duration, i }, cmp);//插入事件
}
}


int Minimum(LinkQueue Q[5])//求长度最短队列
{
int minLength = QueueLength(Q[1]);
int i = 1;
for (int j = 2; j < 5; j++)
{
if (minLength > QueueLength(Q[j]))
{
minLength = QueueLength(Q[j]);
i = j;
}
}
return i;
}


Status InitList(LinkList& L)//链表初始化
{
L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
if (!L)
{
exit(OVERFLOW);
}
L->next = NULL;
return OK;
}


Status ListInsert_L(LinkList& L, int i, ElemType e)//在第i个位置之前插入元素e
{
LinkList p = L;
int j = 0;
while (p && j < i - 1)//注意是i-1,因为要找被插入元素的前一个元素
{
p = p->next;
j++;
}
if (!p || j > i - 1)
{
return ERROR;
}
LinkList s = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
if (!s)
{
exit(OVERFLOW);
}
s->data = e;
s->next = p->next;
p->next = s;
return OK;
}


Status ListEmpty(LinkList L)//判断链表是否为空
//空表：头指针和头结点仍然存在，但头结点指向NULL
{
if (L->next)
{
return FALSE;
}
else
{
return TRUE;
}
}


Status DelFirst(LinkList L, LNode*& q)//删除链表中第一个结点并以q返回
{
if (!L->next)
{
return ERROR;
}
q = L->next;
L->next = q->next;
return OK;
}


LNode* GetHead(LinkList L)//返回链表头结点
{
return L;
}


ElemType GetCurElem(LNode* p)//已知p指向线性链表中的一个结点，返回p所指结点中元素的值
{
return p->data;
}


void PrintEventList()//打印事件链表 
{ 
printf("Current Eventlist is:\n");
ListTraverse(ev);
}


Status ListTraverse(LinkList& L) //遍历链表  
{
LNode* p = L->next;
if (!p) {
printf("List is empty.\n");
return ERROR;
}
while (p != NULL) {
printf("OccurTime:%d,Event Type:%d\n", p->data.OccurTime, p->data.NType);
p = p->next;
}
printf("\n");
return OK;
}


Status InitQueue(LinkQueue& Q)//链队列的初始化
{
Q.front = Q.rear = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
if (!Q.front)
{
exit(OVERFLOW);
}
Q.front->next = NULL;
return OK;
}


Status EnQueue(LinkQueue& Q, QElemType e)//入队
{
QNode* 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)//出队
{
if (Q.front == Q.rear)
{
return ERROR;
}
QNode* p = Q.front->next;
e = p->data;
Q.front->next = p->next;
if (Q.rear == p)//注意这里要考虑到,当队列中最后一个元素被删后，队列尾指针也丢失了，因此需对队尾指针重新复制(指向头结点)
{
Q.rear = Q.front;
}
free(p);
return OK;
}


int QueueLength(LinkQueue Q)//返回队列的长度
{
int count = 0;
QNode* p = Q.front->next;
while (p) {
p = p->next;
count++;
}
return count;
}


Status GetHead(LinkQueue Q, QElemType& e)//获取队头元素
{
if (Q.front == Q.rear)
{
return ERROR;
}
e = Q.front->next->data;
}


Status QueueEmpty(LinkQueue Q)//判断队列是否为空
{
if (Q.front == Q.rear)
{
return TRUE;
}
return FALSE;
}


void PrintQueue()//打印队列
{
//打印当前队列  
int i;
for (i = 1; i <= 4; i++) {
printf("窗口 %d 有 %d 个客户:", i, QueueLength(q[i]));
QueueTraverse(q[i]);
}
printf("\n");
}


Status QueueTraverse(LinkQueue Q)//遍历队列Q  
{
QNode* p = Q.front->next;
if (!p) {
printf("--Is empty.\n");
return ERROR;
}
while (p) {
printf("(到达时刻 %d min 办理业务需要花费 %d min) ", p->data.ArrivalTime, p->data.Duration);
p = p->next;
}
printf("\n");
return OK;
}

```

# 4. 系统测试

![测试图](cheshi.svg)


# 5. 总结

本次项目综合运用线性表、队列、排序、随机数等数据结构知识，模拟银行业务系统的运行情况，掌握和提高分析、设计、实现及测试程序的综合能力。

个人小结：

成员1(费良荣)：

成员2(冯国平)：

成员3(李聪颖):

成员4(武杭凯)：

# 参考文献

[1] 严蔚敏, 吴伟民. 数据结构（C语言版）. 北京: 清华大学出版社, 2007.
[2] 作者：回到唐朝当少爷 https://www.bilibili.com/read/cv15955830 出处：bilibili