[LeetCode] 由 “打印机任务队列" 所想

一、这是个基础问题

Ref: Python之队列模拟算法（打印机问题）【首先研究这个问题作为开始】

任务队列

定义一个任务队列，来管理任务，而无需关心队列的”任务类型"。

# 自定义队列类
class Queue(object):
    def __init__(self):                        #初始化空队列
        self.items = []

    def isEmpty(self):                        #是否为空
        return self.items == []

    def enqueue(self, item):                #入队，索引为0，即队尾在左侧
        self.items.insert(0,item)

    def dequeue(self):                        #出队，列表最后一个，即队首在右侧
        return self.items.pop()

    def size(self):                            #查看队列的大小
        return len(self.items)

遍历循环队列

index不变，elem变化

queue.enqueue(queue.dequeue)

index变化，elem不变

position = index % Queue.size()

打印机类

三个状态：（1）接到一个新任务，就一个key: task timeRemaining（2）忙么？（3）执行任务一秒钟，更新任务状态。

所以，打印机类的”执行任务“，外层是一个”秒针滴答”的循环。

# 打印机类 需要实时监测是否正在执行打印任务
class Printer(object):
    def __init__(self, ppm):
        self.pagerate      = ppm            # 页面打印速率：打印一张需要多少秒
        self.currentTask   = None           # 初始化当前任务
        self.timeRemaining = 0              # 初始化剩余时间

    # 计算正在执行的打印任务的剩余时长，即减去当前秒(1秒时长)后的时长
    def tick(self):
        if self.currentTask != None:        # 正在执行打印任务
            self.timeRemaining = self.timeRemaining - 1 # 去除当前秒的任务剩余时长
            if self.timeRemaining <= 0:     # 当前打印任务结束后
                self.currentTask = None     # 在一次任务结束后将打印机设为空闲

    # 对外接口：打印机是否忙碌
    def busy(self):
        if self.currentTask != None:        # 当前打印机有任务，则
            return True                     # 忙碌
        else:                               # 当前打印机无任务，则
            return False                    # 空闲

    # 进入下一个打印任务
    def startNext(self, newtask):
        self.currentTask   = newtask
        self.timeRemaining = newtask.getPages() * 60/self.pagerate  # 新任务需要的时间秒数: (有几张 * 一张需要多少秒)

任务类

创建一个 “随机大小“ 的任务；并设定好 “生日”。

类中的只读属性，可以考虑使用@property。

# 一个单独的打印任务
class Task(object):
    def __init__(self,time):
        self.timestamp = time                   # 出生时间：任务被创建和被放入打印队列时的时间节点
        self.pages = random.randrange(1,21)     # 随机大小：随机生成1-20页的单个任务的打印页数

    # 对外接口：获取时间节点，此处没用到。
    def getStamp(self):
        return self.timestamp

    # 对外接口：获取页数
    def getPages(self):
        return self.pages

    # 已经等待了多久；用于检索任务开始打印前在队列中的等待时长
    def waitTime(self, currenttime):
        return currenttime - self.timestamp

开始模拟

例如：评估下”一小时内“ 使用一台 “每分钟打印五张” 打印机的情况，进行模拟。

每一秒，要考虑两个事情：（1）有新任务？（2）能处理新任务？（3）打印机处理一次。

# 指定时长、指定打印速率下的打印函数
def simulation(numSeconds, pagesPerMinute):
    labprinter   = Printer(pagesPerMinute)      # 实例化打印机类，参数为页/分钟
    printQueue   = Queue()                      # 创建打印队列
    waitingtimes = []                           # 初始化等待时长列表

    # 模拟：时间是 一秒一秒 地流逝，每一秒都要考虑两个事情。
    for currentSecond in range(numSeconds):     #在指定时长numSeconds内的当前秒时
        # (a) 有新来的打印任务嚒？
        if newPrintTask():                      #若有打印任务，则
            task = Task(currentSecond)          #创建打印任务，并记录当前时间节点
            printQueue.enqueue(task)            #将该打印任务入队
        # (b) 若打印机不忙碌，且打印队列不为空，则
        if (not labprinter.busy()) and (not printQueue.isEmpty()):
            nexttask = printQueue.dequeue()     #出队
            waitingtimes.append(nexttask.waitTime(currentSecond))  #将该任务等待时长加入等待列表
            labprinter.startNext(nexttask)      #打印该任务

        # (c) 打印机执行一次
        labprinter.tick()  #计算正在执行的打印任务的剩余时长，并在一次任务结束后将打印机设为空闲

    averageWait = sum(waitingtimes) / len(waitingtimes) #平均等待时长
    print("Average Wait %6.2f secs %3d tasks remaining." % (averageWait, printQueue.size()))

随机任务

条件判断之模拟，1/180的概率去做一件事。

# 使用随机函数创建打印任务
def newPrintTask():
    num = random.randrange(1, 181)              #生成随机数，平均3分钟有一个任务
    if num == 180:
        return True                             #有打印任务
    else:
        return False                            #没有打印任务

程序测试

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):                         #获取10次打印情况
        simulation(3600, 5)                     #获取1小时内，每分钟打印5张的打印情况

Output:

Average Wait  58.35 secs   0 tasks remaining.
Average Wait  85.43 secs   0 tasks remaining.
Average Wait  83.68 secs   4 tasks remaining.
Average Wait 107.12 secs   0 tasks remaining.
Average Wait  71.05 secs   0 tasks remaining.
Average Wait  30.77 secs   3 tasks remaining.
Average Wait 143.09 secs   0 tasks remaining.
Average Wait 195.75 secs   4 tasks remaining.
Average Wait 265.95 secs   1 tasks remaining.
Average Wait  70.94 secs   0 tasks remaining.

二、基础总结

首先，这是一个 “模拟现实” 并做出评估的问题，思维模式具有一定的实际意义。

Input 端的两个随机特性；

• • 随机输入
  • 随机负载

代码样例如下：

for currentSecond in range(numSeconds):
　　if random.randrange(0, 180) == 180    # 随机输入
　　　　task = Task(currentSecond)　　　　  # 随机负载
　　　　printQueue.enqueue(task) 

class Task(object):

    def __init__(self,time):
        self.timestamp = time
        self.pages = random.randrange(1,21)     # 随机负载

End.