电梯调度算法：FCFS、SSTF、SCAN 和 LOOK

心靈之曲

发布： 2024-10-27 14:24:19

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由于我使用 go 已经有一段时间了，我认为在 go 中实现一些经典的低级设计解决方案将是一个有趣的挑战。

设计电梯系统时，一个关键的方面是如何决定下一步服务哪一层，尤其是当电梯有多个请求时。 go 简单的语法和性能使其非常适合对此类系统进行建模，因此我着手创建 fcfs（先来先服务）、sstf（最短寻道时间优先）、scan 和 look 算法的基本实现。

1. 先到先得 (fcfs)

我从最简单的方法开始：按照收到的顺序发送服务请求。它很容易实现，但如果请求分散在各个楼层，则效率可能会很低，从而导致更多的出行时间。

func fcfs(currentfloor int, requests []int) []int {
    path := []int{}
    for _, floor := range requests {
        path = append(path, floor)
    }
    return path
}

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在fcfs中，电梯只是按照给定的顺序移动到每个请求的楼层。

2. 最短寻道时间优先（sstf）

sstf 尝试通过接下来选择最近的请求楼层来尽量减少出行。这减少了旅行时间，但如果新的更近的请求不断出现，可能会导致远处的请求“饥饿”。

func sstf(currentfloor int, requests []int) []int {
    path := []int{}
    remaining := append([]int{}, requests...)

    for len(remaining) > 0 {
        closestidx := 0
        mindistance := abs(currentfloor - remaining[0])

        for i, floor := range remaining {
            distance := abs(currentfloor - floor)
            if distance < mindistance {
                closestidx = i
                mindistance = distance
            }
        }

        currentfloor = remaining[closestidx]
        path = append(path, currentfloor)
        remaining = append(remaining[:closestidx], remaining[closestidx+1:]...)
    }
    return path
}

func abs(x int) int {
    if x < 0 {
        return -x
    }
    return x
}

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此功能每次都会找到距离当前楼层最近的楼层，并在每次移动后更新电梯的位置。

3. scan（电梯算法）

在 scan 中，电梯朝一个方向移动，服务该方向上的所有请求，直到到达终点，然后反转。这种方法比 sstf 更公平，因为它减少了饥饿。

func scan(currentfloor, maxfloor int, requests []int) []int {
    path := []int{}
    up := []int{}
    down := []int{}

    for _, floor := range requests {
        if floor >= currentfloor {
            up = append(up, floor)
        } else {
            down = append(down, floor)
        }
    }

    sort.ints(up)
    sort.sort(sort.reverse(sort.intslice(down)))

    path = append(path, up...)
    path = append(path, down...)
    return path
}

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此函数将请求拆分为当前位置上方和下方的楼层。它向上服务所有楼层，然后向下服务。

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4. 看

look 是 scan 的轻微变体。电梯不会一直走到尽头，而是在每个方向的最后一个请求时反转方向。它通过在请求结束的地方停止而不是在物理限制处来节省时间。

func LOOK(currentFloor int, requests []int) []int {
    path := []int{}
    up := []int{}
    down := []int{}

    for _, floor := range requests {
        if floor >= currentFloor {
            up = append(up, floor)
        } else {
            down = append(down, floor)
        }
    }

    sort.Ints(up)
    sort.Sort(sort.Reverse(sort.IntSlice(down)))

    path = append(path, up...)
    path = append(path, down...)
    return path
}

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与 scan 类似，这种方法仅移动到每个方向上的最后一个请求。

每种算法都有其权衡：