2020-2021学年4.3 排队取号模拟系统教学设计

这是一份2020-2021学年4.3 排队取号模拟系统教学设计，共4页。教案主要包含了考勤，课前测评，引入，总结等内容，欢迎下载使用。

课 题
4-3排队取号模拟系统
课时安排
1
课型
素养目标
课程标准要求：1.理解队列的概念及其特征。
理解基数排序的基本过程。
了解排队取号模拟系统的基本功能。
信息意识：信息意识：能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息；在合作解决问题的过程中，愿意与团队成员共享信息，实现信息的更大价值。
计算思维：针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题。能提取问题的基本特征，进行抽象处理，并用形式化的方法表述问题。运用队列结构设计解决问题的方案，结合队列的相关操作，编程实现。
数字化学习与创新：1.理解队列结构及其现实。
2.熟练运用数据结构解决生活中的真实问题，并在此过程中自主或协作探究；能够评估常见的数字化资源与工具对学习数据结构的价值，根据需要合理选择。
信息社会责任：能够分析数据与社会各领域间的关系，自觉遵守相应的理论道德和法律法规。
教学重点
1.理解队列的概念及其特征。
2.理解基数排序的基本过程。
教学难点
了解排队取号模拟系统的基本功能。
教学方法
讲解法、互动法
学习方法
互动、讨论
教学过程
个别化教案
一、考勤。
二、课前测评。
三、引入
日常生活中，我们经常会遇到排队的情况，如在食堂排队买饭、在电影院排队买票、在超市排队结账等。排队的过程会形成一个队列，排在队列最前面的优先处理，后来的必须排在队尾。在计算机解决问题的过程中也经常会用到队列。本节主要学习队列的概念及其特征、队列抽象数据类型的定义、队列的实现方法。任务一：认识生活中的队列。
队列：队列是一种操作受限的线性结构，数据元素只能在一端进，在另一端出，且具有“先进先出”的特征。队列出现在日常生活各类“排队”活动中，如影院排队入场、商店排队付款和餐厅排除就餐就时都会形成队列。另外，计算机科学中的很多功能，如打印队列、进程调度和键盘缓冲等也都是利用队列结构来实现的。
1.本单元通过“排队买票”项目，理解队列结构的基本概念及特征，学习队列的两种实现方法。
队列(queue)是一种操作受限制的线性结构，只允许在表的前端(队首)进行数据元素删除操作，在表的后端(队尾)进行插入操作。在队列中插人一个数据元素称为人队，从队列中删除一个数据元素称为出队。因为队列只允许在队尾插人、在队首删除，所以先进入队列的元素先从队列中删除，故队列又称为先进先出(First In First Out，FIFO)线性表。
队列抽象数据类型：
为了在程序中使用队列结构来解决问题，我们需要定义队列抽象数据类型(ADT Queue)。根据问题解决需要，我们为队列抽象数据类型定义了如下接口。
·Queue()：创建一个空队列，返回值是一个空的队列。
·enQueue(item)：将数据元素 item添加到队尾，无返回值。
·deQueue()：从队首删除数据元素，返回队首数据元素。
·size()：返回队列中数据元素的个数。
·isEmptyO：判断是否为空队列，返回布尔值。
基数：
十进制记数是逢十进一，从零开始计数，数到十的时候，就要进一位，即变成10，个位数上是0，十位数上是1。一个十进制数的每个数位上可能的数字是0，1，2，…，9中的某一个。十进制的基数是10。二进制记数是逢二进一，从零开始计数，数到二的时候，就要进一位，即变成10(2)。一个二进制数的每个数位上可能的数字是0，1。二进制的基数是2。同理，一个N进制数是逢N 进一，它的基数是N，采用N个不同的数字符号来表示。例如，十六进制的基数是16，采用0~9和A~F这16个符号来记数。
基数排序的基本思路：
分发过程：
分发的过程是按照数据的某个数位上的数字依次把队列 mainQueue中的各个数据分发到相应的基数队列中，最先人队的数据处于队列的队首位置。
收集过程：
收集的过程是按照基数队列下标从小到大的顺序，将所有基数队列中的数据移出队列，放人队列 mainQueue，最先人队的数据处于队列的队首位置。
迭代次数：
因为要从低位到高位对数据的每一位进行一轮分发和收集，所以整个排序过程要进行k次分发和收集。k是需要排序的所有数据中最大值的位数，它可以通过以下表达式得到：
K=len(str(max(alist)))
排队取号模拟系统：
餐馆排队取号包括取号和叫号两个部分。取号就是根据所选餐桌类型生成排队号码等信息将顾客人队。叫号就是根据空闲餐桌类型，将排在该餐桌类型队列队首的顾客出队。
class Queue:
def __init__(self):
self.items = []
def enQueue(self, item):
(item)
def deQueue(self):
return (0)
def isEmpty(self):
return self.size() == 0
def size(self):
return len(self.items)
class Guest: # 客人
def __init__(self, tableType):
self.tableType = tableType #顾客所选餐桌类型
self.stayTime = randm.randrange(20, 60) #随机生成顾客用餐时间
def takeTicket(self, number,rder, timeTick): #生成顾客取号信息
self.ticket = '%s%03d 前面还有%d位' % (self.tableType,number,rder) #生成排号单
self.tableTypeNum='%s%03d' % (self.tableType,number) #排队序号
self.arriveTime = timeTick #顾客取号时间
class Table: # 餐桌
def __init__(self, id, type):
self.id = id # 桌号
self.type = type # 类型'A','B','C'，容量分别是（2，4，8）
self.status = 'free' # 状态（free, busy)
self.remain = 0 # 顾客占用时长
def setBusy(self, remain): # 设置餐桌状态
self.status = 'busy' #设置桌子为“在用”状态
self.remain = remain #设置占用时长
def tickRemain(self): # 餐桌用餐状态检测
if self.remain > 0: #判断是否还有占用时长
self.remain -= 1 #占用时长减少1
if self.remain == 0: #判断占用时长是否为零
self.status = 'free' #设置桌子为“空闲”状态
class QueueSystem: # 排号机
def __init__(self):
self.guestQueues = {'A': Queue(), 'B': Queue(), 'C': Queue()} #顾客队列
self.guestCunt = {'A': 0, 'B': 0, 'C': 0} #排队号码
self.ttalWaitTime = 0 #总等待时间
self.ttalGuest = 0 #总就餐人数
def assignTicket(self, guest, timeTick):
# 有顾客来，排队取号
table = guest.tableType #顾客餐桌类型
queue = self.guestQueues[table] #顾客所排的餐桌队列
self.guestCunt[table] += 1 #生成排队号码
guest.takeTicket(self.guestCunt[table],queue.size(),timeTick) #顾客取号
queue.enQueue(guest) #顾客入队
# 显示信息
print('顾客取号：', guest.ticket,'取号时间：',timeTick)

def arrangeTable(self, table, timeTick): #叫号函数
# 有空桌，看看是否有顾客等候
if nt self.guestQueues[table.type].isEmpty():
guest = self.guestQueues[table.type].deQueue() #顾客出队
table.setBusy(guest.stayTime) #设置就餐状态为占用
# 计入等待时间
self.ttalGuest += 1 #累计用餐总人数
self.ttalWaitTime += timeTick - guest.arriveTime #累计总等待时间
# 显示信息
print('叫号：', guest.tableTypeNum, '到桌号：', table.id)
def shwResult(self, ttalTime):
print('*' * 40)
print('本次模拟一共', ttalTime, '分钟')
print('共有', self.ttalGuest, '桌顾客用餐')
print('每桌顾客在用餐前平均等待时间为', rund(self.ttalWaitTime / self.ttalGuest), '分钟')
print('模拟结束时各队列情况如下：')
fr q in self.guestQueues:
print('桌型：', q, '还有', self.guestQueues[q].size(), '桌顾客在排队')
print('*' * 40)
imprt randm
# 变量randmBx用于设定模拟来客的概率，20%概率2人桌，10%概率4人桌，5%概率8人桌
randmBx = [Nne] * 65 + ['A'] * 20 + ['B'] * 10 + ['C'] * 5
# 餐桌设置，5张2人桌，3张4人桌，2张8人桌
tableSetting = 'AAAAAAABBBBC'
# 生成餐桌对象列表
tableList = [Table(i + 1, tableSetting[i]) fr i in range(len(tableSetting))]
qsys = QueueSystem() # 生成一个排号机对象
ttalTime = 4 * 60 # 模拟时间长度为4小时，最小单位分钟
fr timeTick in range(ttalTime):
# 1，以设定概率随机模拟来客
dice = randm.chice(randmBx)
if dice is nt Nne: # 有客人来
guest = Guest(dice)
qsys.assignTicket(guest, timeTick) # 顾客取号
# 2，让餐桌用餐时间减1，查看餐桌是否有空闲
fr table in tableList:
table.tickRemain()
if table.status == 'free':
qsys.arrangeTable(table, timeTick) # 叫号入桌
# 显示模拟统计信息
qsys.shwResult(ttalTime)
四、总结
1.理解队列的概念及其特征。
2.理解基数排序的基本过程。
3.了解排队取号模拟系统的基本功能。
作 业
板
书
设
计
1.理解队列的概念及其特征。
2.理解基数排序的基本过程。
3.了解排队取号模拟系统的基本功能
教
学
反
思
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