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@ -1,18 +1,29 @@
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# 马誉航快写
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# P5：机场起降模拟系统
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马誉航、王振宇、王意伟、宋岱瑾
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**摘要**：本项目针对什么问题，实现了哪些功能。为了有效地存储和处理何种数据，采用了何种数据结构。为了解决什么问题，采用了什么算法，算法效率如何。针对其他特定需求做了哪些工作。项目的整体效果如何，有何亮点和创新。
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**摘要**：随着航空运输和长途旅游业的迅速发展，飞机的需求量在日常生活中逐渐增多，机场航班的起降协调工作也变得越来越重要。而随着时代发展，充满着主观性，不确定性的传统塔楼式人工调度已经无法满足机场的现代化需求，并且在机场规模逐渐增大，飞机班次逐渐增多的今天，使用传统的调度方式也容易出现调度冲突和信息延误等问题。针对这些问题，我们设计了这个模拟机场调度的代码，有效模拟了单位时间内飞机起降的各类数据。同时，为了进一步提高模拟数据的真实性，我们通过生成随机数，使用泊松分布等方法使得模拟结果更具有参考价值。
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任务分工及完成情况。
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| 任务 | 人员 |
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| 文档资料查询 | 马誉航 、王意伟 |
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| 文档汇总 | 王振宇、马誉航 |
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| 代码资料查询 | 王振宇、宋岱瑾、王意伟 |
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| 代码开发 | 宋岱瑾、王振宇、马誉航、王意伟 |
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| 代码测试 | 王意伟、宋岱瑾 |
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工作量占比。
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```
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宋岱瑾 王振宇 王意伟 马誉航
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25 25 25 25
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```
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# 1. 系统分析
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@ -36,150 +47,331 @@
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### （1）输入和输出
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确定系统的主要输入和输出，如可以设定的参数，数据文件等，明确其主要作用。
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用户首先输入自主设定的数据，如飞机场运行时间，起飞和降落队列最多容纳的飞机数目，和单位时间内请求起飞和降落的飞机的频数，为程序设定计算的条件和初始值。程序在经过运行后输出根据输入数据所得的，本次运行的统计数据和具体情况，分析各类不同情况下的飞机的数目，跑道空闲时间占比，平均落地时间等用户所需求数据。
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### （2）数据字典
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### （2）参数设定
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描述系统中需要处理的所有数据包含的具体信息。例如：
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1.飞机运行的时间。
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2.降落和起飞队列最多容纳的飞机数。
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3.平均每个单位时间请求降落的飞机数。
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4.平均每个单位时间请求起飞的飞机数。
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学生 = 学号 + 姓名 + 成绩
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### （3）生成随机数功能
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### （3）数据文件
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rand()会返回一随机数值, 范围在0至RAND_MAX 间。RAND_MAX定义在stdlib.h, 其值为2147483647。
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```
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———————————————————————————
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| # include <iostream> |
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| using namespace std; |
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| int main() |
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| { |
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| for(int i=0;i<10;i++) |
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| { |
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|
| cout<<rand()<<endl; |
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| } |
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|} |
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————————————————————————————
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```
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|
### （4）泊松分布功能
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系统中需要读取xx数据文件以获取xx数据，或者需要导出xx数据。举例说明xx数据文件的具体格式。
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```c++
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int Random::poisson(double mean)
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|
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{
|
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|
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double limit=exp(-mean);
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|
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|
|
double product=random_real();
|
|
|
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|
int count=0;
|
|
|
|
|
while(product>limit){
|
|
|
|
|
count++;
|
|
|
|
|
product*=random_real();
|
|
|
|
|
}
|
|
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|
|
return count;
|
|
|
|
|
}
|
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|
|
```
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### （4）参数设定
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系统开始运行时，需要设置的参数。可以用户手册的形式给出设定参数的过程，如系统提示信息和用户输入等。
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# 2. 系统设计
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### （5）XX功能
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## 2.1 概要设计
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其他具体功能。
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模块一：随机数的生成以及泊松分布的实现；
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模块二：将起飞和降落的飞机分为两个队列并且分别处理请求；
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模块三：使用printf函数输出过程。
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首先简要说明该功能的主要作用，可以用户手册的形式给出系统提示信息、用户输入和系统输出等。
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### （6）XX功能
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其他功能逐项列出。
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## 2.2 数据结构设计
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以下是用到的数据结构：
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飞机：设计一个结构体或类来表示飞机，包括飞机的编号、起降状态、起飞时间、降落时间、所属航班等信息。
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# 2. 系统设计
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航线：设计一个结构体或类来表示航线，包括航班编号、起降机场、航班状态、预计起飞时间、预计降落时间等信息。
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## 2.1 概要设计
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排队队列：设计一个队列结构来存储飞机的起飞或降落排队队列信息。
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系统划分为几个模块，可以画模块图。
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栈：用来存储已经起飞或降落的飞机信息，方便回退操作。
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逐个说明每个模块的功能（输入、输出、做什么，这里不写怎么做）。
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###（1）queue队列结构
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设计一个队列结构来存储飞机的起飞或降落排队队列信息。
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```
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|
queue <struct plane> q1; //q1是准备降落的飞机队列
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queue <struct plane> q2; //q2是准备起飞的飞机队列
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```
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###（2）Random结构
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生成随机数：
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```
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class Random{
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public:
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|
Random(bool pseudo=true);
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double random_real();
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int poisson(double mean);
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private:
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|
int reseed();
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|
int seed,
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|
|
multiplier,add_on;
|
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|
|
|
};
|
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|
```
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|
|
###(3)plane结构
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|
```
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|
struct plane{
|
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|
|
int name;
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|
int in_queue_time;
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|
|
} plane;
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```
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## 2.3 算法设计
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## 2.2 数据结构设计
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### （1）泊松分布实现随机数生成算法
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```
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|
class Random{
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|
public:
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|
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|
|
Random(bool pseudo=true);
|
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|
double random_real();
|
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|
int poisson(double mean);
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private:
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|
|
int reseed();
|
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|
int seed,
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|
multiplier,add_on;
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|
|
|
};
|
|
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|
首先，分析对比几种可选的数据结构设计方案。如图可以采用邻接矩阵，也可以采用邻接表，表示集合可以用普通的查找表，还可以用不相交集。给出每一种设计方案的特点（优势、不足等）。然后，综合考虑各种因素（空间、时间、乃至团队成员的水平等），给出你的选择。
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int Random::reseed()
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|
{
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|
seed=seed*multiplier + add_on;
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|
|
|
|
return seed;
|
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|
}
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### （1）xxx结构
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Random::Random(bool pseudo)
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|
给出核心数据结构的设计，包括文字描述和示意图。讲清楚数据是如何组织的。多个数据结构，逐一列出。
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{
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|
if(pseudo)
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|
seed=1;
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|
|
|
else
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|
seed=time(NULL)%INT_MAX;
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|
multiplier=2743;
|
|
|
|
|
add_on=5923;
|
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|
}
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### （2）xxx结构
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double Random::random_real()
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|
{
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|
|
double max=INT_MAX + 1.0;
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|
|
double temp=reseed();
|
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|
if(temp<0)
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|
|
temp=temp+max;
|
|
|
|
|
return temp/max;
|
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|
|
|
}
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|
|
给出核心数据结构的设计，包括文字描述和示意图。讲清楚数据是如何组织的。
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|
int Random::poisson(double mean)
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
double limit=exp(-mean);
|
|
|
|
|
double product=random_real();
|
|
|
|
|
int count=0;
|
|
|
|
|
while(product>limit){
|
|
|
|
|
count++;
|
|
|
|
|
product*=random_real();
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
return count;
|
|
|
|
|
}
|
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```
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|
### （2）排队算法
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```
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if(!q1.empty()){
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temp=q1.front();
|
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wait_time=i-temp.in_queue_time-1;
|
|
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|
come_wait_time+=wait_time;
|
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|
|
printf("\n\n##%d号时间##\n%d号飞机降落了，等了%d个单位时间。\n", i, temp.name , wait_time);
|
|
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|
q1.pop();
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
else if(!q2.empty()){
|
|
|
|
|
temp=q2.front();
|
|
|
|
|
wait_time=i-temp.in_queue_time-1;
|
|
|
|
|
go_wait_time+=wait_time;
|
|
|
|
|
printf("\n\n##%d号时间##\n%d号飞机飞走了，等了%d个单位时间。\n", i, temp.name , wait_time);
|
|
|
|
|
q2.pop();
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
else {
|
|
|
|
|
printf("\n\n##%d号时间##\n没有飞机降落，也没有飞机起飞，此时跑道为空。\n",i);
|
|
|
|
|
spare_time++;
|
|
|
|
|
}
|
|
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|
|
```
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|
|
###
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## 2.3 算法设计
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首先，分析对比几种可选的算法设计方案。如是否排序，广度优先或深度优先搜索等。给出每一种设计方案的特点（优势、不足）。然后，综合考虑各种因素（空间、时间、乃至团队成员的水平等），给出你的选择。
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# 3. 系统实现
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#####系统使用C++语言进行开发，使用VScode作为开发工具。
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#####项目的文件结构如下：
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c.cpp：主程序文件，包含程序的主函数和主要逻辑。
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README.md：项目文档，包含程序的介绍和使用说明。
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#####程序的主要函数包括：
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Random()：构造函数，初始化随机数生成器。
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random_real()：生成0~1之间的随机实数。
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|
poisson()：生成泊松分布的随机数。
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main()：主函数，包含程序的主要逻辑，如输入、处理、输出等。包括两个队列的入队和出队，以及每个飞机的等待时间计算和输出。
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## 3.1 核心数据结构的实现
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### （1）XXX算法
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在程序中，定义了两个queue对象，一个用于存储准备降落的飞机，另一个则用于存储准备起飞的飞机。每个队列中存储结构体类型的plane对象，表示每个飞机的编号和进入队列的时间。
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给出核心算法的设计，包括伪代码或流程图。多个核心算法，逐一列出。只列举解决问题的核心算法，重点讲清楚是如何解决问题的。
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|
### （2）XXX算法
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给出核心算法的设计，包括伪代码或流程图。
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|
## 3.2 核心算法的实现
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|
系统的核心算法主要包括泊松分布实现随机数生成算法和排队算法
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|
# 4. 系统测试
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```
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——————————————————————————————————————————————
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|
|
请输入飞机场运行的时间。
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|
20
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|
请输入降落和起飞队列最多容纳的飞机数。
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|
5
|
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|
|
请输入平均每个单位时间请求降落的飞机数。
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|
|
0.4
|
|
|
|
|
请输入平均每个单位时间请求起飞的飞机数。
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|
0.5
|
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|
# 3. 系统实现
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##0号时间##
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没有飞机降落，也没有飞机起飞，此时跑道为空。
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说明所使用的语言、开发工具等。
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介绍项目的文件结构，以及主要函数的功能。
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##1号时间##
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|
|
没有飞机降落，也没有飞机起飞，此时跑道为空。
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|
|
|
|
0号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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|
## 3.1 核心数据结构的实现
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|
描述数据结构的实现方法。
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##2号时间##
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|
0号飞机飞走了，等了0个单位时间。
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可以配合程序代码加以说明。如：
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```cpp
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|
struct LNode {
|
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|
E data; // 数据元素
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|
|
|
LNode *next; // 指向下一个结点的指针
|
|
|
|
|
};
|
|
|
|
|
```
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|
|
|
|
##3号时间##
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|
|
|
|
没有飞机降落，也没有飞机起飞，此时跑道为空。
|
|
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|
|
1号飞机请求降落，并进入降落队伍。
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|
|
2号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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##4号时间##
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|
1号飞机降落了，等了0个单位时间。
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|
对该数据结构的特点进行分析。
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##5号时间##
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2号飞机飞走了，等了1个单位时间。
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|
|
3号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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|
## 3.2 核心算法的实现
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##6号时间##
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3号飞机飞走了，等了0个单位时间。
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|
|
|
|
描述算法的实现方法。
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|
|
|
|
|
可以配合程序代码加以说明。如：
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|
|
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|
##7号时间##
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|
|
|
|
没有飞机降落，也没有飞机起飞，此时跑道为空。
|
|
|
|
|
4号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
```cpp
|
|
|
|
|
// 冒泡排序
|
|
|
|
|
void bubble_sort(T a[], int n)
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
......
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
##8号时间##
|
|
|
|
|
4号飞机飞走了，等了0个单位时间。
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对该算法的时间和空间复杂度进行分析。
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##9号时间##
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没有飞机降落，也没有飞机起飞，此时跑道为空。
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5号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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6号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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##10号时间##
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5号飞机飞走了，等了0个单位时间。
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7号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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# 4. 系统测试
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描述测试的思路和方法。比如，先用小数据量进行测试，再用真实数据进行测试。
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##11号时间##
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6号飞机飞走了，等了1个单位时间。
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8号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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9号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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测试应考虑到输入数据的特殊情况。
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给出若干测试用例，包括输入、预期结果、运行结果或是否通过测试。运行结果和预期结果一致，为通过测试。
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##12号时间##
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7号飞机飞走了，等了1个单位时间。
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10号飞机请求降落，并进入降落队伍。
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##13号时间##
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10号飞机降落了，等了0个单位时间。
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11号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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# 5. 总结
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概况项目和完成情况。
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##14号时间##
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8号飞机飞走了，等了2个单位时间。
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12号飞机请求降落，并进入降落队伍。
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遇到的问题和解决方法。
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个人小结：
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##15号时间##
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12号飞机降落了，等了0个单位时间。
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成员1：
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成员2：
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##16号时间##
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9号飞机飞走了，等了4个单位时间。
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成员3：
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成员4：
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##17号时间##
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11号飞机飞走了，等了3个单位时间。
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13号飞机请求降落，并进入降落队伍。
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成员5：
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##18号时间##
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13号飞机降落了，等了0个单位时间。
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14号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
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# 参考文献
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##19号时间##
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14号飞机飞走了，等了0个单位时间。
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历经20个单位时间，机场停止接收请求。
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一共收到了15架飞机的请求。
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一共有4架请求降落。其中有4架被接受了，0架被拒绝了。
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一共有11架请求起飞。其中有11架被接受了，0架被拒绝了。
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成功降落了4架，还有0架在排队等待降落。
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成功起飞了11架，还有0架在排队等待起飞
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轨道有25.00%的时间是空闲的。
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降落平均要等0.00个单位时间。
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起飞平均要等0.60个单位时间。
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列出参考的文献资料，根据情况自行添加。
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这个机场平均每个单位时间收到0.20个降落请求。
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这个机场平均每个单位时间收到0.55个起飞请求。
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# 5. 总结
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通过本次实践作业，我们不但粗浅的了解了泊松分布的含义和使用，对于离散型分布等知识也有了一定的个了解。也更加深入的了解了课堂上的知识，比如结构体和队列的构建与使用。同时经过这次实践作业，我们也初步认识了合作的重要性，和程序设计的实践作业不同，本次数据结构的实践作业明显专业性更强，目的性更加的突出，难度也随之增大，对小组中每个人都有一定的挑战，需要小组成员团结合作，各自发挥自己的长处，从代码，排版，数据的搜集和使用等方面发挥不同的作用。
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# 参考文献
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[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.
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[1] CSDN C语言生成符合泊松分布（离散型）的随机数（手写）—— 10生万物
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[2] CSDN 《数据结构与程序设计》队列 case study ——— airport 模拟机场调度 ——超超超超超级菜
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[3] CSDN 【数据结构笔记】 队列的应用——飞机场模拟 ——勇敢琪琪
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宋岱瑾
马誉航
王振宇