В чем заключается особенности очереди. В чем заключается особенности очереди.

Содержание

В этой версии программы очередь переполняется, когда указатель записи приближается к указателю вызова; в противном случае остается место для вставки события. Очередь пуста, если rpos равен spos.

Очередь с приоритетами

Очередь приоритетов — это абстрактный контейнер, похожий на обычную очередь, но с определенными характеристиками:

Каждому элементу очереди с приоритетами сопоставлено некоторое значение, именуемое приоритетом этого элемента. Приоритеты допускают сравнение друг с другом;
Функция извлечения из очереди с приоритетами возвращает тот элемент, приоритет которого является максимальным.

Ученик, выполняющий домашние задания по разным предметам, может ввести различные индексы для определения порядка выполнения: от наиболее популярных предметов к наименее популярным, от наименее сложных к наиболее трудновыполнимым и т.д. Пожарная бригада планирует действия в зависимости от категории сложности пожара. Операционная система компьютера выделяет аппаратные ресурсы сначала приложениям, которые работают с приоритетом реального времени, и только потом другим приложениям. Эти примеры помогают объяснить назначение и функции очередей приоритетов.

Интерфейс

Интерфейс приоритетной очереди в целом похож на интерфейс обычной очереди, но операция добавления добавляет второй аргумент, а операция удаления возвращает элемент с наивысшим приоритетом:

недействительный	enqueue(T1 value, T2 priority)	— вставить элемент`значение`с приоритетом`Приоритет`в очереди,
T1	dequeue()	— извлекает из очереди элемент с наивысшим приоритетом,
bool	isEmpty()	— Проверяет очередь на наличие отсутствующих элементов.

Демонстрация работы

Очередь приоритетов, основанная на обычной таблице или списке, допускает вставку O(1), но поиск и удаление элемента с наивысшим приоритетом будет иметь сложность O(N). Более быстрая реализация приоритетной очереди предполагает особый вид организации данных, называемый пирамидой (кучей; не путать с динамическим пространством хранения, которое также называется кучей).

Определение пирамиды

Пирамида — это двоичное дерево, элементы которого удовлетворяют дополнительному условию (называемому основным свойством пирамиды): Значение элемента в родительском узле больше (точнее, не меньше), чем значения во всех дочерних узлах.

Пирамиду можно построить в таблице, используя соотношения между индексами ячеек таблицы для определения отношений между элементами. На рисунке показан пример пирамиды с 8 элементами и их распределение по таблице.

Если элементы таблицы имеют индекс, начинающийся с единицы, то прямые потомки элемента с индексомiимеют индексы(2 * i)и(2 * i + 1)а родительским элементом является элемент с индексом(i / 2). Таким образом, потомками элемента с индексом 1 являются элементы с индексами 2 и 3, потомками элемента с индексом 2 являются элементы с индексами 4 и 5, родителем элемента с индексом 8 является элемент с индексом 4.

Если индексация элементов таблицы начинается с нуля, то прямые потомки элемента с индексомiимеют индексы(2 * i + 1)и(2 * i + 2)а родительским элементом является элемент с индексом((i - 1) / 2). Таким образом, потомками элемента с индексом 0 являются элементы с индексами 1 и 2, потомками элемента с индексом 1 являются элементы с индексами 3 и 4, родителем элемента с индексом 7 является элемент с индексом 3.

Для дальнейшего упрощения кода мы определяем вспомогательные функцииродитель(),leftChild()иrightChild():

int parent(int i)int leftChild(int i)int rightChild(int i)

Пирамида в этой реализации представляет собой почти полное двоичное дерево: только самый нижний уровень может быть заполнен не полностью и заполняется строго слева направо. Можно показать, что в N-элементной пирамиде ⌈N/2⌉ последние элементы являются листьями, т.е. не имеют потомков. Если матрица имеет индекс один, то листья имеют индексы.(N / 2 + 1)на сайтеNи если индекс равен нулю, то листья имеют индексы(N / 2)на сайте(N - 1).

Высота пирамиды — это количество ребер на самом длинном пути от вершины пирамиды до любого листа. Легко видеть, что высота почти полной пирамиды из N элементов ⌊log.₂N⌋.

Поддержка основного свойства пирамиды

Добавление, изменение или удаление элемента пирамиды может нарушить фундаментальное свойство пирамиды. Каждое из этих нарушений можно отнести к одному из двух основных типов:

Значение элемента больше, чем у его родителя, и поэтому элемент должен занять место выше, чем имеет сейчас;
Значение элемента меньше, чем у хотя бы одного из его потомков, и поэтому элемент должен занять место ниже, чем имеет сейчас.

Процедураup().который исправляет нарушения первого типа, меняет местами конкретный элемент с его родителем до тех пор, пока значение элемента не станет меньше значения родителя или пока элемент не окажется на вершине пирамиды. Процедура берет индекс элемента, который вызывает нарушение родительского свойства пирамиды. Следующий код работает для таблицы, в которой индексация начинается с нуля.

Очередь

Очередь — это полезная структура данных в программировании. Представьте себе очередь у кинотеатра, где первый человек в очереди также является первым человеком, получившим билет.

Очередь следует правилу FIFO (First-In-First-Out) — первый элемент выбывает первым.

Подумайте об этой схеме. Поскольку 1 стоит в очереди раньше 2, он также покидает очередь первым. Это соответствует правилу FIFO.

В языке программирования вставка элемента в очередь (пустая очередь) называется «enqueue», а удаление элемента из очереди — «dequeue».

Мы можем реализовать очередь на любом языке программирования, таком как C, C++, Java, Python или C#, практически с теми же характеристиками.

Характеристики очереди Очередь

Очередь — это объект или, точнее, абстрактная структура данных (ADT), которая позволяет выполнять следующие операции:

Enqueue: добавить элемент в конец очереди;
Dequeue: удалить элемент из начала очереди;
IsEmpty: проверить, пуста ли очередь;
IsFull: проверьте, заполнена ли очередь;
Peek: получить значение начала очереди, не удаляя его.

Как работает очередь

Операции с очередями работают следующим образом:

Два указателя, называемые FRONT и REAR, используются для отслеживания первого и последнего элементов в очереди.
При инициализации очереди мы устанавливаем значение FRONT и REAR равным -1.
При добавлении элемента мы увеличиваем значение индекса REAR и помещаем новый элемент в положение, на которое указывает REAR.
При удалении элемента из очереди мы возвращаем значение, на которое указывает FRONT, и увеличиваем индекс FRONT.
Перед постановкой в очередь мы проверяем, заполнена ли очередь.
Перед снятием очереди мы проверяем, пуста ли очередь.
При инициализации первого элемента мы устанавливаем значение FRONT в 0.
При удалении последнего элемента мы сбрасываем значения FRONT и REAR в -1.

Реализация очереди в языке программирования.

В наиболее распространенной реализации очереди используются таблицы, но очередь также может быть реализована с помощью списков.

Реализация с помощью программирования на языке C

#include #define SIZE 5 void enQueue(int); void deQueue(); void display(); int itemsSIZE, front = -1, rear = -1; int main()void enQueue(int value)%d", value);>>void deQueue()rear) front = rear = -1;>>void display()
Когда вы запускаете эту программу, отображается следующее:
Гибкость обслуживания в очередях
Очереди, хотя и символизируют нашу веру в равенство, это не одно и то же. Более конкретно, люди в очередях имеют разные ожидания. Некоторые клиенты ожидают, что персонал будет очень дружелюбным и внимательным. Другие просто хотят получить то, за чем пришли, и побыстрее уйти. Некоторые клиенты размещают короткие, простые заказы. Другие размещают крупные и сложные проекты.
Некоторые клиенты приходят к нам вовремя, другие - нет. Некоторые клиенты, стоящие в очереди, приходят к стойке подготовленными, они знают, чего хотят, у них уже готовы деньги, они не задают слишком много вопросов. С другой стороны, некоторые клиенты неуважительны, неподготовлены и болтливы.
Как менеджер, одним из самых важных моментов при управлении очередями является понимание и работа с клиентами. Когда вы ожидаете прибытия клиентов? Есть ли у вас постоянный приток клиентов или бывают периоды, когда он увеличивается, или наоборот, когда он очень низкий? С каким типом клиентов вы сталкиваетесь чаще всего? Каковы ожидания ваших клиентов в отношении очередей, времени обработки заказов, обслуживания клиентов и взаимодействия с персоналом?
В большинстве случаев у предприятий есть возможность продемонстрировать клиентам свою готовность сделать процесс ожидания в очереди максимально безболезненным. Что могут сделать компании, чтобы облегчить процесс ожидания?

Во-первых, предвидьте спрос и будьте готовы. Понимая, как движется спрос в течение дня, компании могут создавать графики работы сотрудников, которые помогают компаниям удовлетворять спрос и контролировать расходы.
Во-вторых, обучайте не только своих сотрудников, но и клиентов. Расскажите клиентам, как они могут получить быстрое обслуживание, оказавшись в очереди, имея готовый заказ, заполненные формы и готовую оплату.
В-третьих, расскажите о философии взаимоотношений вашей компании с клиентами. Вы пытаетесь быть дружелюбным? Вы пытаетесь предоставить быстрое обслуживание? Вы пытаетесь снизить расходы? Если вы сообщите об этом вашему клиенту, это поможет ему понять, почему вы делаете то, что делаете.
В-четвертых, будьте готовы к конфронтации с клиентами. Конфронтация с клиентами может замедлить ваши очереди, и они могут причинить дискомфорт другим клиентам. В то время как большинство клиентов, как правило, на короткое время встают на сторону компании, некоторые из них ожидают, что менеджер вмешается раньше, чтобы сотрудник мог вернуться и сосредоточиться на других людях в очереди.
В-пятых, сделайте систему очередей простой, логичной и современной. Выбирая справедливую, понятную и постоянно развивающуюся систему очередей, вы демонстрируете, что компания действительно ценит время клиентов и не желает причинять им неудобства.

Что мы можем сделать, чтобы клиентам было удобно ждать? Самое простое - телевизор, бесплатный WiFI, музыка, бесплатные образцы еды, материалы для чтения или, возможно, удобные места для отдыха или работы. Клиент является активным участником системы ожидания. Таким образом, они являются активными участниками вашего бизнеса.
Организация очередей и обслуживание клиентов
Мы имеем дело с очередями повсюду, и хотя мы можем просто рассматривать каждую очередь как очередь, существует множество переменных, которые должны учитывать руководители предприятий. Во-первых, давайте посмотрим на количество очередей.
В чем разница между банком, имеющим одну очередь для всех счетчиков, и банком, имеющим отдельную очередь для каждого счетчика? Одна очередь может показаться длинной, но она более справедлива: человек, стоящий перед вами, обслуживается раньше вас, а человек, стоящий за вами, - позже вас.
Если очередей несколько, мы можем сами выбрать одну из них. Но есть одна сложная деталь. Мы можем угадать и выбрать быструю очередь и понять, что приняли правильное решение, а можем выбрать медленную очередь, которая, скорее всего, заставит нас чувствовать себя расстроенными и некомфортно.
При таком типе очереди мы постоянно смотрим на другие очереди, чтобы понять, какая из них быстрее приведет нас к кассе. Одиночные очереди обычно намного лучше, так как клиенты испытывают меньше стресса и чувствуют себя равными.
Далее следует рассмотреть вопрос о рабочем месте, который руководители предприятий также должны принимать во внимание. Плохая планировка или старое оборудование могут замедлить работу даже самого опытного сотрудника. По мере увеличения количества людей, ожидающих своей очереди, растет и недовольство клиентов, что может заставить сотрудников нервничать. Это, в свою очередь, приводит к тому, что они допускают ошибки, а клиенты еще больше расстраиваются. Персоналу необходима хорошая рабочая обстановка, чтобы сохранить спокойствие и умиротворение в системе ожидания.
То, что клиент видит в вашем помещении, также может повлиять на его время ожидания в очереди. Возьмите банк или любой другой вид банка. Как бы вы себя чувствовали, если бы кассир постоянно задерживал очередь и долго разговаривал с каждым клиентом? Или если очередь движется медленно, потому что за стойкой стоит кассир, но вы замечаете, что другие сотрудники сидят на своих местах, но никак не способствуют продвижению очереди? Поэтому держите сотрудников, не участвующих в программе, подальше от поля зрения клиентов.
Затем подумайте о системе очередей, где вы получаете номер. Насколько это эффективно? Каждый раз, когда называется номер человека, этот человек поднимается со своего места и идет к столу клерка. Это может занять 10-15 секунд. Это очень много времени для любого клиента. Что делать, если клиент уходит, не слышит или не видит свой номер? Они повторяют это 3-4 раза, пока не перейдут к следующему номеру, что также занимает много времени.

При управлении очередями подумайте о количестве очередей, рабочем пространстве, зоне ожидания и о том, что вы делаете для того, чтобы клиенты чувствовали себя комфортно во время ожидания. Все это может повлиять на производительность, восприятие клиентов и удовлетворенность персонала.
Расчет очереди
Расчет очереди может быть простым или очень сложным. Это зависит от вашей системы. Сколько у вас очередей? Сколько у вас сотрудников? Могут ли клиенты покинуть очередь? Могут ли клиенты переключаться между очередями?
Сложные системы требуют сложных расчетов. Независимо от того, насколько они простые или сложные, есть еще две важные переменные, которые необходимо учитывать: скорость прибытия клиентов, т.е. как часто клиенты приходят в очередь, и уровень обслуживания персонала, т.е. сколько клиентов может обслужить сотрудник за определенный период времени. Если вы знаете эти два параметра, то у вас есть основные значения почти для каждого типа.
Сначала рассчитаем процент времени, в течение которого сотрудник занят. Он равен коэффициенту прибытия клиентов, деленному на коэффициент обслуживания сотрудника. Итак, если за час приходит шесть клиентов, а работник может обслужить восемь клиентов за час, мы делим 6 на 8. В этом примере наш работник занят 75% времени.
Если бы мы наняли второго работника, они бы разделили работу. Каждый из двух работников будет занят 37,5% времени. А в системе с тремя работниками трехстороннее разделение труда будет означать, что каждый работник занят 25% времени. Глядя на эти цифры, кажется, что одного сотрудника нам вполне достаточно.
Тот факт, что персонал занят только 37,5% времени, звучит не очень хорошо, но с помощью некоторых более сложных формул мы обнаружили, что один или два дополнительных сотрудника могут значительно сократить среднее время, которое клиент проводит в очереди.
Давайте попробуем так. Если у вас всего один сотрудник, среднее время ожидания составляет 10 минут. Это очень долгое ожидание. Если добавить второго сотрудника, среднее время ожидания в очереди снизится до 5 минут. А если у вас три сотрудника, то среднее время ожидания сокращается до 3 минут.
Более короткие очереди означают больше довольных клиентов, которые хорошо относятся к нашему персоналу, меньше клиентов, которые уходят, не дождавшись обслуживания, и клиентов, которые возвращаются в будущем. И они даже могут рассказать о вашем бизнесе своим друзьям.
Но обязательно ли это означает, что мы должны нанять второго или третьего сотрудника? Это, конечно, хорошая новость для клиентов, но не очень хорошая новость для нашего бизнеса. Помните, что добавление второго работника удваивает нашу заработную плату в системе очередей. Если второму работнику требуется рабочее место, компьютер и другое оборудование, мы должны оплатить и это. Третий работник увеличивает затраты на одного работника в три раза.
Дело в том, что простых ответов не существует. Однако, изучив данные об очередях и поняв психологические аспекты очередей, у вас есть возможность принять обоснованные решения, которые повлияют на ваш бизнес, ваших клиентов и ваших сотрудников.
Удаление элемента из очереди
int remove( struct queue *q)x = q->frnt->field; temp = q->frnt; q->frnt = q->frnt->ptr; free(temp); return x;>
int test( struct queue *q)frnt->field; return x;>Пример Создайте 8-балльную очередь на основе OLS. Распечатайте его на экране. Удалите все элементы в очереди по одному.
int main()printf( "\n" ); print(q); while (q->frnt!= NULL )getchar(); getchar(); return 0;>

Результат выполнения
Реализация очереди на базе класса ООП
#includeusing namespace std; class Queue static const int SIZE=100; int *queue; int frnt, rear; public : Queue () ; void push ( int num ) ; void out(); int size(); void pop(); int front(); int back();>; //Конструктор Queue::Queue() queue = new int SIZE; frnt = rear = 0 ;>//Вывод элементов очереди void Queue::out() for ( int i=frnt+1;i//Помещение элемента в очередь void Queue::push ( int num ) if ( rear+1 == frnt || ( rear + 1 ==SIZE && !frnt )) cout return ;>rear++; if ( rear==SIZE ) rear = 0 ; queue rear = num;>// Извлечение элемента из очереди void Queue::pop() if ( frnt == rear ) cout return ;>frnt++; if ( frnt==SIZE ) frnt = 0 ;>//Определение размера очереди int Queue::size() int s=0; for ( int i=frnt; i s++; return s;>// Последний элемент очереди int Queue::back() return queuerear;>// Первый элемент очереди int Queue::front() return queuefrnt+1;>int main() Queue queue1; int i; system( "chcp 1251" ); system( "cls" ); for (i= 1 ; i queue1.push ( i ) ; cout queue1.out(); cout cout cin>>i; queue1.push(i); cout<<"теперь очередь имеет следующий вид" queue1.out(); cout<

Результат выполнения
Мониторинг
Когда мы внедряем новую систему, нам необходимо знать, как правильно ее отслеживать. Каждая очередь ограничена, даже если вы не установили для нее никаких ограничений. В обычном состоянии очередь пуста. Вы отправляете сообщения и должны их обрабатывать. Если очередь начинает расти, значит, в системе что-то не так. Поэтому размер очереди - это первый показатель, который необходимо отслеживать.
Второй показатель - время - полезен, когда ваша очередь начинает расти. Вы можете измерить полную обработку (QoS) сообщения с момента его отправки до обработки. И время обработки между тем, как потребитель получил сообщение и отправил его обратно. Метрики покажут, где существует проблема.
Третья метрика - это количество повторных попыток и потерь (отказов). Не всегда возможно отследить размер очереди и время. Вы можете получить 10 000 сообщений за секунду и обнаружить, что очередь начинает расти. Непонятно, почему так происходит, ведь размер очереди и время - это показатели, которые происходят мгновенно. Мониторинг количества повторных попыток и отказов, а также самого потока сообщений поможет вам понять, что происходит в вашей очереди.
Если вы можете записать сообщение при постановке его в очередь, сделайте это. Журналов будет много, но в случае аварии лучше искать сообщения в журналах, чем обнаружить, что сообщений нет.
Эксплуатация
Установите политику отказов. Например, не принимайте новые сообщения, если возникла проблема. Если вы не можете, вы можете начать удалять старые сообщения, если они не важны, но продолжать принимать новые сообщения.
Иногда возникают ситуации, когда некоторые сообщения в очереди еще активны, но некоторые очень старые (срок давно прошел). Вы можете сначала обработать сообщения, которые еще активны, а затем вернуться к старым.
Всегда планируйте сброс. Система обречена на крах. И только от вас зависит, как именно вы упадете и как снова подниметесь.
Если вы не знаете, как падает ваша система и как она поднимается, вы не сможете ее поднять. По крайней мере, не так быстро, как вам хотелось бы.
Как сказал Конфуций: "Тот, кто никогда не падал, не велик, но тот, кто падал и поднимался, велик!". Поэтому очень важно, чтобы вы знали, как развивать свою систему.
Что же взять?
Давайте подытожим, какие варианты у нас есть и что следует предпринять, когда нам нужен хвост.
Если ваша служба устойчива к потерям (вы не возражаете против потери 1-2 сообщений на миллион), если вам необходимо организовать передачу сообщений между службами и если вам нужна высокая пропускная способность и масштабируемость, выбирайте NATS. Он прост, эволюционирует и имеет эволюционную цель. Вы также можете выбрать NSQ, но он обладает худшими свойствами, или ZeroMQ, но он не выдерживает никакой критики.
Если вы хотите быстро тестировать очереди, вы находитесь в облаке и у вас есть микросервисы - получите облачную очередь SQS (Simple Queue Service) у любого хостинг-провайдера (Amazon, Mail.ru Cloud Solutions, Яндекс).
Вы можете попробовать простые брокеры очередей RabbitMQ или NATS, чтобы ознакомиться с очередями. Однако не забывайте следить за надежностью и конфигурацией вашей системы.
Если вам нужна потоковая передача данных - у вас есть поток сообщений, которые вы хотите обработать и поместить в Big Data, вам требуется высокая степень хранения сообщений или строгий FIFO - тогда вам следует приобрести Apache Kafka. Он разработан для такого подхода и имеет все необходимые механизмы для обработки и воспроизведения сообщений. Вы также можете получить JetStream от NATS или Tarantool Enterprise, которые также имеют механизмы для потоковой архитектуры.
Если у вас сложные сценарии постановки в очередь и вы хотите поставить в очередь отложенные сообщения или создать сложный конвейер, в котором сообщения разделяются и объединяются, у вас есть два варианта. Простым является RabbitMQ, а более сложным - Tarantool Queue. С помощью Tarantool вы можете создать любую конфигурацию очереди.

25 и 26 ноября нас ждет конференция HighLoad++ 2021 в Москве. Осталось 8 дней, чтобы поднять свои ставки! Вы можете ознакомиться с презентациями, которые будут представлены здесь.