教科版 高二选择性必修1信息技术第4单元第3课《排队取号模拟系统》课件+教案

4.2基数排序高中信息技术/教科版/选择性必修1目录1.创设情境，引入新课这是什么设备？其主要功能是什么？主要应用在哪些地方？这是什么设备？其主要功能是什么？主要应用在哪些地方？本节围绕“餐馆排队取号模拟系统”项目展开学习，通过项目活动来了解餐馆排队取号模拟系统的基本思路，体验队列在解决实际问题中的作用。本节主要包含“模拟餐馆排队取号”和“编程实现餐馆排队取号模拟系统”两个任务。2.体验探究，了解排队取号 任务一模拟餐馆排队取号 活动1体验餐馆排队取号小明和同学一起到餐馆排队就餐，拿到了如图4.3.1所示的排号单。从排号单中可以看出，小明在“2人桌”中排在了 号，目前在此队等候的共有 桌顾客。在小明和同学等待就餐的过程中，没有新顾客到来，“2人桌”叫号已经叫到A010号，此时还有 桌顾客等候就餐。图4.3.1取号机和排号单A01242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入队。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。 任务一模拟餐馆排队取号 活动1体验餐馆排队取号小明和同学一起到餐馆排队就餐，拿到了如图4.3.1所示的排号单。从排号单中可以看出，小明在“2人桌”中排在了 号，目前在此队等候的共有 桌顾客。在小明和同学等待就餐的过程中，没有新顾客到来，“2人桌”叫号已经叫到A010号，此时还有 桌顾客等候就餐。图4.3.1取号机和排号单A01242 任务一模拟餐馆排队取号 活动2模拟排队取号假设餐馆共有10张餐桌，“2人桌”5张，桌号1~5;“4人桌”3张，桌号6~8;“8人桌”2张，桌号9~10。为了区分不同的餐桌类型，排队号码的开头用不同的字母表示。“2人桌”用A表示，“4人桌”用B表示，“8人桌”用C表示。小明等两人12:08来到餐馆等待就餐，取到了A012号，排号单显示前面有4组顾客等候，则表示“2人桌”等待队列中有4组顾客，如图4.3.2所示。图4.3.2 “A012”入队 任务一模拟餐馆排队取号 活动2模拟排队取号12:10时，系统叫号“A008”到5号桌就餐，表示空出一张“2人，排在“2人桌”队首的顾客可以出队就餐，如图4.3.3所示。图4.3.3“A008”出队排在A008号的顾客排队等候时间为 分钟。7小梅等四人12:20来到餐馆等待就餐，取到了“B008”号，当前“4人桌”的排队情况如图4.3.4所示，请按照上面的思路将B008排进队列。B00812:20队首原队尾新队尾分析以上模拟过程可以发现，餐馆排队取号入队，总是排到不同餐桌类型的队尾。叫号就餐，总是从不同餐桌类型的队首开始。这个过程具有先进先出的特点，可以使用队列结构作为实现排队取号模拟系统的数据结构。3.引导分析，建立数据结构任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动1建立数据结构在排队取号用餐的过程中，与顾客有关的信息包括顾客所选的餐桌类型、顾客的用餐时间、顾客取号时间等。为了方便处理这些信息和操作，定义顾客类Guest，其Python代码如下。01. class Guest: #定义顾客类02.def __init__(self, tableType):03.self.tableType=tableType #顾客所选餐桌类型04.#随机生成顾客用餐时间05.self.stayTime=random.randrange(20，60) 06. #生成顾客取号信息07.def takeTicket(self，number,order,timeTick)任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动1建立数据结构08.#根据餐桌类型、排队号码、等候人数生成排号单09.self.ticket='%s%03d 前面还有%d位% (self.tableType.10.number，order)11.#餐桌类型和排队号码12.self.tableTypeNum='%s%03d'% (self.tableType,number)13.self.arriveTime=timeTick #顾客取号时间任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动1建立数据结构叫号过程中，需要根据餐桌类型和状态，呼叫相应餐桌队列中的顾客到指定餐桌就餐。为了方便处理餐桌信息，定义餐桌类Table，其Python代码如下。14.class Table: #定义餐桌类15.def __init__(self, id, type):16.self.id=id #餐桌桌号17.self.type=type #餐桌类型('A'，'B'，'C'，)18.self.status='free’ #餐桌状态(free，busy)19.self.remain=0 #顾客占用时长20.def setBusy(self，remain): #设置餐桌状态任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动1建立数据结构21.self.status='busy’#设置桌子为“在用”状态22.self.remain=remain #设置占用时长23.def tickRemain(self): #餐桌用餐状态检测24.if self.remain>0: #判断是否还有占用时长25.self.remain-=1 #占用时长减少126.if self.remain==0: #判断占用时长是否为零27.self.status='free #设置桌子为“空闲”状态任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动1建立数据结构排队取号模拟系统的核心是实现取号和叫号功能，为了方便实现排号和取号的操作，定义排号机类QueueSystem。排队取号过程中，需要根据不同的就餐人数选择在相应的餐桌队列中排队，根据任务一活动2的描述，需要建立三个队列，分别用来存放A、B、C三种餐桌类型的排队顾客Guest对象。为了方便处理，创建队列字典guestOueues和排队号码字典guestCount，其Python代码如下。任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动1建立数据结构28.class QueueSystem: #定义排号机类29.def __init__(self): #排号机构造函数30.#顾客队列31.self.guestQueues={'A': Queue( )，'B': Queue()，'c': Queue()}32.self.guestCount={'A':0 ,'B': 0,'C': 0} #排队号码33.self.totalwaitTime=0 #总等待时间34.self.totalGuest=0 #总就餐次数4.设计算法，完成函数代码任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动2设计算法排号机取号过程的算法描述如下：(1) 根据顾客所选餐桌类型，生成该餐桌类型的排队号码。(2) 生成顾客取号信息。(3) 顾客入队。(4)显示取号信息。根据上述算法，定义取号函数assignTicket(self,guest,timeTick),参数self表示取号机，参数guest表示取号的顾客，timeTick表示取号的时间。请补全下面的代码。任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动2设计算法35. def assignTicket(self， guest，timeTick): #取号函数36.table=guest.tableType #顾客的餐桌类型37.queue=self.guestQueues[table] #顾客所排的餐桌队列38.self.guestCount[table]+=1 #生成排队号码39.guest.takeTicket(self.guestCount[table]， queue.size(),40.timeTick) #顾客取号41.queue.enQueue( )#顾客入队42.#显示顾客取号信息43.print(‘顾客取号’:，guest.ticket，‘取号时间’:,timeTick)guest任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动2设计算法叫号过程的算法描述如下。(1) 可以用餐餐桌类型队列中的顾客出队。(2) 设置就餐餐桌的状态和用餐时间。(3)累计用餐总人数和总等待时间。(4)显示叫号信息。根据上述算法，定义叫号函数arrangeTable(self,table,timeTick),参数self表示取号机，参数table表示可以用餐的餐桌，timeTick表示叫号的时间。请补全下面的代码。任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动2设计算法44.def arrangeTable(self， table， timeTick): #叫号函数45 .#判断队列是否为空46.if not self.guestQueues[table.type].isEmpty():47#顾客出队48.guest=self.guestQueues[table.type]. . 49.table.setBusy(guest.stayTime) #设置餐桌状态为占用50.self.totalGuest+=1 #累计用餐总次数deQueue( )任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动2设计算法51.#累计总等待时间52.self.totalwaitTime+=timeTick-guest.arriveTime53.#显示叫号信息54.print('叫号:’，guest.tableTypeNum，"到桌号’:，table.id)任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动2设计算法显示模拟系统统计信息定义函数showResult(self,totalTime)，参数self表示取号机，参数totalTime表示模拟的总时长，代码如下。55. def showResult(self， totalTime): #显示模拟信息函数56.print('*'*40) #输出一行*57.print('本次模拟一共’，totalTime，‘分钟’) #显示模拟总时长58.#显示模拟期间总用餐桌数5859.print('共有’，self.totalGuest，只桌顾客用餐')60.#顾客平均等待时间任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动2设计算法61.print(每桌顾客平均等待时间为'， round(self.totalwaitTime62./self.totalGuest)，‘分钟')63.print('模拟结束时各队列情况如下:’)64.for q in self.guestQueues: #显示各队列剩余排队情况65.print('桌型:’，9,'还有'，self.guestQueues[q].size()，‘桌66.顾客在排队')67.print('*'*40) #输出一行*5.编程实现，模拟测试任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动3编程实现活动2已经完成了排队取号模拟系统基本功能的算法设计和代码实现，接下来利用排队取号系统模拟餐馆就餐客流排队情况。首先，我们确定模拟系统的时间流逝，是一个以分钟为单位的整数增长过程。然后，在每一分钟内，模拟下列事件：(1)用随机数按照一定的概率来确定是否有顾客排队取号就餐;(2) 如果有顾客排队取号，用随机数按照一定概率决定就餐餐桌的类型，执行取号;(3) 检查餐桌状态，如果有餐桌可以就餐，则执行叫号;4)显示模拟统计信息。任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动3编程实现排队取号模拟系统的主程序代码如下，请补全下面的代码。68.import random69.#变量randomBox用于设定模拟来客的概率，20%概率2人桌，10%概率4人70.桌，5%概率8人桌71.randomBox=[None]*65+['A']*20+[B']*10+['C']*572.#餐桌设置，5张2人桌，3张4人桌，2张8人桌73.tableSetting='AAAAABBBCC’74.#生成餐桌对象列表75. tableList=[Table(i+1, tableSetting[i]) for i in range76.(len(tableSetting))]77.qsys= #生成一个排号机对象Queue System( )78.totalTime=4 *60 #模拟时间长度为4小时，最小单位为分钟79. for timeTick in range( )#按分钟进行迭代循环80.dice=random.choice(randomBox) #以设定概率随机模拟来客81.if dice is not None: #判断是否有顾客来82.guest= #生成顾客对象83.qsys.assignTicket(guest，timeTick) #顾客取号84.for table in tableList:85.table.tickRemain() #餐桌用餐状态检测86.if table.status=='free':87.qsys.arrangeTable(table,timeTick) #叫号入桌88. qsys.showResult(totalTime) #显示模拟统计信息totalTimedice任务二 编程实现餐馆排队取号模拟系统 活动3编程实现将上述代码输入一个文件，执行该程序，显示的模拟系统统计信息如图4.3.5所示。图4.35 显示模拟系统统计信息6.课堂小结本节课我们主要学习了排队取号模拟系统的基本功能、排队区号模拟系统的基本算法思想及代码实现的方法。作业布置：请同学们认真完成教材中的拓展练习哦！下节课见！