# P5：机场起降模拟系统

马誉航、王振宇、王意伟、宋岱瑾


**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。




任务分工及完成情况。



工作量占比。
```
宋岱瑾  王振宇   王意伟  马誉航
 25      25      25      25 
```


# 1. 系统分析

## 1.1 问题描述

考虑一个繁忙的小型机场仅有一个跑道。在每个单位时间内，只有一架飞机可以降落或起飞，但不能同时进行。随时有飞机准备着降落或起飞，因此在任何给定的时刻，跑道可能是空闲的，或者一架飞机正在降落或起飞，也可能有几架飞机等待着降落或起飞。在模拟中，我们特别关注飞机在起飞或降落时需要排队等待的时间，因此，测量时间对我们的程序至关重要。我们将模拟时间划分为单位，使得在任何给定的时间单位内，只有一架飞机可以利用跑道进行起飞或降落。

（1）模拟开始前，用户应设定模拟时长，等待起飞或降落的队列最大容量，单位时间内到达的飞机数量期望值，单位时间内离开的飞机数量期望值。
（2）每一个时间单位内，随机生成准备起飞或降落的飞机，并进入等待队列；若等待降落队列已满，则拒绝降落，引导到其他机场降落；若等待起飞队列已满，则拒绝起飞，安排其他时间起飞。
（3）若有飞机等待降落，则优先处理飞机降落，若没有飞机等待降落，才允许等待的飞机起飞；既没有飞机降落，也没有飞机起飞时，跑道空闲。
（4）模拟结束后，给出统计数据，至少包括处理的飞机总数，请求降落的飞机数，请求起飞的飞机数，接受降落的飞机数，接受起飞的飞机数，拒绝降落的飞机数，拒绝起飞的飞机数，实际降落的飞机数，实际起飞的飞机数，仍在等待降落的飞机数，仍在等待起飞的飞机数，跑道空闲时间占比，平均等待降落时间，平均等待起飞时间。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

机场只有一个跑道，准备降落的飞机和准备起飞的飞机分别组成一个队列，排队等待降落和起飞。本项目涉及的对象主要包括飞机、跑道，等待降落和起飞的队列。假设每个单位时间内，平均起飞（降落）的飞机数为 ，则下一个单位时间内起飞（降落）的飞机数服从参数为 的泊松分布（Poisson distribution）

## 1.3 需求分析

### （1）输入和输出

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。

### （2）参数设定

1.飞机运行的时间。
2.降落和起飞队列最多容纳的飞机数。
3.平均每个单位时间请求降落的飞机数。
4.平均每个单位时间请求起飞的飞机数。

### （3）生成随机数功能

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。
———————————————————————————
| # include <iostream>     |
|                          |
| using namespace std;     |
| int main()               |
| {                        |
|  for(int i=0;i<10;i++)   |
|  {                       |
|    cout<<rand()<<endl;   |
|  }                       |
|}                         |
————————————————————————————
### （4）泊松分布功能
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;
}



# 2. 系统设计

## 2.1 概要设计

模块一：随机数的生成以及泊松分布的实现；
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；
模块三：使用printf函数输出过程。



## 2.2 数据结构设计

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。

### （1）xxx结构

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。

### （2）xxx结构

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。

### 

## 2.3 算法设计

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。

### （1）XXX算法

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。

### （2）XXX算法

给出核心算法的设计，包括伪代码或流程图。



# 3. 系统实现

说明所使用的语言、开发工具等。

介绍项目的文件结构，以及主要函数的功能。

## 3.1 核心数据结构的实现

描述数据结构的实现方法。

可以配合程序代码加以说明。如：

```cpp
struct LNode {
    E data;      // 数据元素
    LNode *next; // 指向下一个结点的指针
};
```



对该数据结构的特点进行分析。



## 3.2 核心算法的实现

描述算法的实现方法。

可以配合程序代码加以说明。如：

```cpp
// 冒泡排序
void bubble_sort(T a[], int n)
{
    ......
}
```



对该算法的时间和空间复杂度进行分析。



# 4. 系统测试
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|请输入飞机场运行的时间。              
|3                                   
|请输入降落和起飞队列最多容纳的飞机数。 
|3                                   
|请输入平均每个单位时间请求降落的飞机数。
|3                                    
|请输入平均每个单位时间请求起飞的飞机数。
|3                                    
——————————————————————————————————————————————
——————————————————————————————————————————————
|##0号时间##
|没有飞机降落，也没有飞机起飞，此时跑道为空。
|
|
|##1号时间##
|没有飞机降落，也没有飞机起飞，此时跑道为空。
|0号飞机请求降落，并进入降落队伍。
|1号飞机请求降落，并进入降落队伍。
|2号飞机请求降落，并进入降落队伍。
|3号飞机请求降落但被拒绝了。
|4号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
|5号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
|6号飞机请求起飞，并进入起飞队伍。
|7号飞机请求起飞但被拒绝了。
|8号飞机请求起飞但被拒绝了。
|9号飞机请求起飞但被拒绝了。
|
|
|##2号时间##
|0号飞机降落了，等了0个单位时间。
|历经3个单位时间，机场停止接收请求。
|
|
|一共收到了10架飞机的请求。
|一共有4架请求降落。其中有3架被接受了，1架被拒绝了。
|一共有6架请求起飞。其中有3架被接受了，3架被拒绝了。
|
|成功降落了1架，还有2架在排队等待降落。
|成功起飞了0架，还有3架在排队等待起飞
|
|轨道有66.67%的时间是空闲的。
|降落平均要等0.00个单位时间。
|起飞平均要等0.00个单位时间。
|
|这个机场平均每个单位时间收到1.33个降落请求。
|这个机场平均每个单位时间收到2.00个起飞请求。
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# 5. 总结

概况项目和完成情况。

遇到的问题和解决方法。

个人小结：

成员1：

王振宇：通过本次实践作业，我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。总的来说，本次实践作业让我学到了很多。
成员3：

成员4：




# 参考文献


[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
[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
[3] CSDN 【数据结构笔记】 队列的应用——飞机场模拟  ——勇敢琪琪