作者 DS

作為程序員，今天你決定翹掉晚上的加班，約女朋友看電影。

電影是 20:00 開始。

雖然翹掉了加班，但你從公司出來，就已經(jīng) 19:00 了。

公司在望京 SOHO，約會(huì)地點(diǎn)在朝陽大悅城。

（這點(diǎn)時(shí)間，祝你好運(yùn)吧）

也許你運(yùn)氣真的很好，19:50 就趕到商場了。

心里想：“還有10分鐘才開始，電影院在 F8，乘個(gè)直梯，兩分鐘就到，今天真美好。”

你按了上行按鈕，并行的 3 部電梯，一部正從 F2 升 F3，一部剛剛打算從 F8 降下來，另一部剛降到 F3 竟然又升上去了！

（理論上講，一部電梯，如果從 F8 以自由落體的方式下來，不超過 3s；如果正常運(yùn)行下來，大概 105s；）

可是......

你到達(dá)電影院時(shí)，已經(jīng) 20:10 了

你的女朋友也等得不耐煩了......

不管你是在北上廣還是在港澳臺，甚至三四線城市，凡是有規(guī)模的地區(qū)，高樓比比皆是。

不管是寫字樓，還是大型商城，讓你最頭痛的就是乘電梯，尤其是在趕時(shí)間的時(shí)候。

每天早上，那些差5分鐘就遲到的程序員，在等電梯時(shí)，一般會(huì)做兩件事：

第一，在心里罵電梯慢；

第二，在心里暗算著電梯調(diào)度如何優(yōu)化；

前者可能是寫字樓里上班族慣有的精神類疾病，但后者肯定是程序員的職業(yè)病。

本文對“罵電梯”不給予任何指導(dǎo)性建議。

但說起電梯調(diào)度算法，我覺得還是可以給大家科普一下，好為大家在等電梯之余，打發(fā)時(shí)間而做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。（電梯調(diào)度算法可以參考各種硬盤換道算法）

傳統(tǒng)電梯調(diào)度算法

1.1 先來先服務(wù)算法（FCFS）

先來先服務(wù)（FCFS-First Come First Serve）算法，是一種隨即服務(wù)算法，它不僅僅沒有對尋找樓層進(jìn)行優(yōu)化，也沒有實(shí)時(shí)性的特征，它是一種最簡單的電梯調(diào)度算法。

它根據(jù)乘客請求乘坐電梯的先后次序進(jìn)行調(diào)度。此算法的優(yōu)點(diǎn)是公平、簡單，且每個(gè)乘客的請求都能依次地得到處理，不會(huì)出現(xiàn)某一乘客的請求長期得不到滿足的情況。

這種方法在載荷較輕松的環(huán)境下，性能尚可接受，但是在載荷較大的情況下，這種算法的性能就會(huì)嚴(yán)重下降，甚至惡化。

人們之所以研究這種在載荷較大的情況下幾乎不可用的算法，有兩個(gè)原因：

• 任何調(diào)度算法在請求隊(duì)列長度為1時(shí)，請求速率極低或相鄰請求的間隔為無窮大時(shí)使用先來先服務(wù)算法既對調(diào)度效率不會(huì)產(chǎn)生影響，而且實(shí)現(xiàn)這種算法極其簡單。

• 先來先服務(wù)算法可以作為衡量其他算法的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 最短尋找樓層時(shí)間優(yōu)先算法（SSTF）

最短尋找樓層時(shí)間優(yōu)先（SSTF-Shortest Seek Time First）算法，它注重電梯尋找樓層的優(yōu)化。

最短尋找樓層時(shí)間優(yōu)先算法選擇下一個(gè)服務(wù)對象的原則是最短尋找樓層的時(shí)間。

這樣請求隊(duì)列中距當(dāng)前能夠最先到達(dá)的樓層的請求信號就是下一個(gè)服務(wù)對象。

在重載荷的情況下，最短尋找樓層時(shí)間優(yōu)先算法的平均響應(yīng)時(shí)間較短，但響應(yīng)時(shí)間的方差較大，原因是隊(duì)列中的某些請求可能長時(shí)間得不到響應(yīng)，出現(xiàn)所謂的“餓死”現(xiàn)象。

1.3 掃描算法（SCAN）

掃描算法（SCAN） 是一種按照樓層順序依次服務(wù)請求，它讓電梯在最底層和最頂層之間連續(xù)往返運(yùn)行，在運(yùn)行過程中響應(yīng)處在于電梯運(yùn)行方向相同的各樓層上的請求。

它進(jìn)行尋找樓層的優(yōu)化，效率比較高，但它是一個(gè)非實(shí)時(shí)算法。掃描算法較好地解決了電梯移動(dòng)的問題，在這個(gè)算法中，每個(gè)電梯響應(yīng)乘客請求使乘客獲得服務(wù)的次序是由其發(fā)出請求的乘客的位置與當(dāng)前電梯位置之間的距離來決定的。

所有的與電梯運(yùn)行方向相同的乘客的請求在一次電向上運(yùn)行或向下運(yùn)行的過程中完成，免去了電梯頻繁的來回移動(dòng)。

掃描算法的平均響應(yīng)時(shí)間比最短尋找樓層時(shí)間優(yōu)先算法長，但是響應(yīng)時(shí)間方差比最短尋找樓層時(shí)間優(yōu)先算法小，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來講，掃描算法要比最短尋找樓層時(shí)間優(yōu)先算法穩(wěn)定。

1.4 LOOK 算法

LOOK 算法是掃描算法（SCAN）的一種改進(jìn)。對LOOK算法而言，電梯同樣在最底層和最頂層之間運(yùn)行。

但當(dāng) LOOK 算法發(fā)現(xiàn)電梯所移動(dòng)的方向上不再有請求時(shí)立即改變運(yùn)行方向，而掃描算法則需要移動(dòng)到最底層或者最頂層時(shí)才改變運(yùn)行方向。

1.5 SATF 算法

SATF（Shortest Access Time First）算法與 SSTF 算法的思想類似，唯一的區(qū)別就是 SATF 算法將 SSTF 算法中的尋找樓層時(shí)間改成了訪問時(shí)間。

這是因?yàn)殡娞菁夹g(shù)發(fā)展到今天，尋找樓層的時(shí)間已經(jīng)有了很大地改進(jìn)，但是電梯的運(yùn)行當(dāng)中等待乘客上梯時(shí)間卻不是人為可以控制。

SATF 算法考慮到了電梯運(yùn)行過程中乘客上梯時(shí)間的影響。

實(shí)時(shí)電梯調(diào)度算法

2.1 最早截止期優(yōu)先調(diào)度算法

最早截止期優(yōu)先（EDF-Earliest Deadline First）調(diào)度算法是最簡單的實(shí)時(shí)電梯調(diào)度算法，它的缺點(diǎn)就是造成電梯任意地尋找樓層，導(dǎo)致極低的電梯吞吐率。

它與 FCFS 調(diào)度算法類似，EDF 算法是電梯實(shí)時(shí)調(diào)度算法中最簡單的調(diào)度算法。

它響應(yīng)請求隊(duì)列中時(shí)限最早的請求，是其它實(shí)時(shí)電梯調(diào)度算法性能衡量的基準(zhǔn)和特例。

2.2 SCAN-EDF 算法

SCAN-EDF 算法是 SCAN 算法和 EDF 算法相結(jié)合的產(chǎn)物。SCAN-EDF 算法先按照 EDF 算法選擇請求列隊(duì)中哪一個(gè)是下一個(gè)服務(wù)對象，而對于具有相同時(shí)限的請求，則按照 SCAN 算法服務(wù)每一個(gè)請求。它的效率取決于有相同 deadline  的數(shù)目，因而效率是有限的。

2.3 PI 算法

PI（Priority Inversion）算法將請求隊(duì)列中的請求分成兩個(gè)優(yōu)先級，它首先保證高優(yōu)先級隊(duì)列中的請求得到及時(shí)響應(yīng)，再搞優(yōu)先級隊(duì)列為空的情況下在相應(yīng)地優(yōu)先級隊(duì)列中的請求。

2.4 FD-SCAN 算法

FD-SCAN（Feasible Deadline SCAN）算法首先從請求隊(duì)列中找出時(shí)限最早、從當(dāng)前位置開始移動(dòng)又可以買足其時(shí)限要求的請求，作為下一次 SCAN 的方向。

并在電梯所在樓層向該請求信號運(yùn)行的過程中響應(yīng)處在與電梯運(yùn)行方向相同且電梯可以經(jīng)過的請求信號。

這種算法忽略了用 SCAN 算法相應(yīng)其它請求的開銷，因此并不能確保服務(wù)對象時(shí)限最終得到滿足。

算法基礎(chǔ)閱讀：8 種排序算法：從原理到改進(jìn)，再到代碼兌現(xiàn)透徹解析

電梯調(diào)度高水平研究

以上兩結(jié)介紹了幾種簡單的電梯調(diào)度算法。

但是并不是說目前電梯調(diào)度只發(fā)展到這個(gè)層次。目前電梯的控制技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了電梯群控的時(shí)代。

隨著微機(jī)在電梯系統(tǒng)中的應(yīng)用和人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能群控技術(shù)得以迅速發(fā)展起來。

由此，電梯的群控方面陸續(xù)發(fā)展出了一批新方法，包括：基于專家系統(tǒng)的電梯群控方法、基于模糊邏輯的電梯群控方法、基于遺產(chǎn)算法的電梯群控方法、基于勝景網(wǎng)絡(luò)的電梯群控方法和基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電梯群控方法。

電梯問題的需求分析

4.1 電梯的初始狀態(tài)

本人設(shè)置的電梯的初始狀態(tài)，是對住宅樓的電梯的設(shè)置。

(1)建筑共有21層，其中含有地下一層（地下一層為停車場）。

(2)建筑內(nèi)部設(shè)有兩部電梯，編號分別為A梯、B梯。

(3)電梯內(nèi)部有23個(gè)按鈕，其中包括開門按鈕、關(guān)門按鈕和樓層按鈕，編號為-1、1、2、3、4……20。

(4)電梯外部含有兩個(gè)按鈕，即向上運(yùn)行按鈕和向下運(yùn)行按鈕。建筑頂層與地下一層例外，建筑頂層只設(shè)置有向下運(yùn)行按鈕，地下一層只設(shè)置有向上運(yùn)行按鈕。

(5)電梯開關(guān)門完成時(shí)間設(shè)定為1秒。電梯到達(dá)每層后上下人的時(shí)間設(shè)定為8秒。電梯從靜止開始運(yùn)行到下一層的時(shí)間設(shè)置為2秒，而運(yùn)行中通過一層的時(shí)間為1秒。

(6)在凌晨2：00——4：30之間，如若沒有請求信號，A梯自動(dòng)停在14層，B梯自動(dòng)停在6層。

(7)當(dāng)電梯下到-1層后，如果沒有請求信號，電梯自動(dòng)回到1層。

4.2 電梯基本功能

每一架電梯都有一個(gè)編號，以方便監(jiān)控與維修。每一架電梯都有一實(shí)時(shí)監(jiān)控器，負(fù)責(zé)監(jiān)控電梯上下，向電梯升降盒發(fā)送啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速、開關(guān)電梯門的信號。若電梯發(fā)生故障，還應(yīng)向相應(yīng)的電梯負(fù)責(zé)人發(fā)送求救信號。

4.3 電梯按鈕功能

電梯內(nèi)部的樓層按鈕：電梯內(nèi)部對應(yīng)每一個(gè)樓層的按鈕成為樓層按鈕，即本章第一結(jié)提到的編號為 -1、1、2、3、4……20的按鈕。當(dāng)乘客進(jìn)入電梯后按下樓層按鈕，此按鈕顯示灰色，代表不可以用。

這樣就表示乘客將要去往此層，電梯將開往相應(yīng)層。當(dāng)電梯到達(dá)該層后，按鈕恢復(fù)可以使用狀態(tài)。

電梯內(nèi)部開門按鈕：當(dāng)電梯達(dá)到乘客想要去往的某樓層后，乘客需要準(zhǔn)備離開電梯，當(dāng)電梯停穩(wěn)后，乘客可以按下開門按鈕，電梯門將打開，讓用戶離開。

如若電梯到了乘客曾經(jīng)按下的樓層，但是無乘客按開門按鈕，電梯將自動(dòng)在停穩(wěn)后1秒后自動(dòng)開門。

電梯內(nèi)部關(guān)門按鈕：當(dāng)所有想要乘坐電梯的乘客都進(jìn)入電梯以后，準(zhǔn)備讓電梯開始運(yùn)行的時(shí)候，乘客需要按下關(guān)門按鈕，讓電梯門關(guān)閉，使電梯進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)置電梯的自動(dòng)關(guān)門時(shí)間為8秒。

電梯外部向上按鈕：此按鈕表示上樓請求，當(dāng)按下此按鈕時(shí)，如果電梯到達(dá)按下此按鈕的樓層，且電梯運(yùn)行方向是向上的，那么電梯響將停下，并在電梯停穩(wěn)之后自動(dòng)開門，此請求被響應(yīng)后，取消此請求信號。

電梯外部向下按鈕：此按鈕表示下樓請求，當(dāng)按下此按鈕時(shí)，如果電梯到達(dá)按下此按鈕的樓層，且電梯運(yùn)行方向是向下的，那么電梯響將停下，并在電梯停穩(wěn)之后自動(dòng)開門，此請求被響應(yīng)后，取消此請求信號。

結(jié)束語

你肯能意識到哪個(gè)算法都不是一個(gè)最佳方案，只是它確實(shí)解決了一定情況的問題。

但是對一個(gè)優(yōu)秀的程序員而言，研究各種算法是無比快樂的。也許你下一次面試，就有關(guān)于調(diào)度算法的問題。