手把手教你使用Python構(gòu)建一種預(yù)約式電梯調(diào)控系統(tǒng)

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大家好，我是【??（這是月亮的背面）】。

今天給大家介紹使用Python構(gòu)建一種預(yù)約式電梯調(diào)控系統(tǒng)，目錄如下：

• 設(shè)計平臺

• 獨立控制電梯系統(tǒng)設(shè)計

• 人物模型類

• 隨機(jī)樓層生成類

• 電梯類

• 樓宇類

• 群控電梯系統(tǒng)設(shè)計

• 總結(jié)

最近在通勤過程中發(fā)現(xiàn)電梯系統(tǒng)也是一個有趣的項目，獨控電梯也許沒有那么大的吸引力，但在群控電梯中的系統(tǒng)設(shè)計似乎有趣了起來，如何有效的利用電梯系統(tǒng)內(nèi)所有電梯將樓宇候梯層的所有乘客準(zhǔn)確、省時、舒適的接送至目標(biāo)層成為了一個可供思考的方向。

設(shè)計平臺

• windows 10
• python 3.8

獨立控制電梯系統(tǒng)設(shè)計

群控電梯各電梯間的運(yùn)行本質(zhì)來講就是單個電梯獨立運(yùn)行，從而先設(shè)計出獨立電梯運(yùn)行系統(tǒng)，簡單來畫下流程圖：通過程序掃描樓宇的所有樓層的上下樓請求，并驅(qū)動電梯抵達(dá)，完成乘客從請求層到目標(biāo)層的需求。主要代碼貼圖：

def take_elevator(self, elevator_data):
    """進(jìn)電梯"""
    if not elevator_data:
        return elevator_data
    elevator_data = pd.DataFrame(elevator_data, dtype='int')
    data = elevator_data[elevator_data['up'] == self.up].copy()
    data2 = elevator_data[elevator_data['up'] != self.up].copy()
    while data['weight'].sum() > self.weight and not data.empty:  # 超重
        weight_max = data[data['weight'] == data['weight'].max()].index
        data2 = data2.append(data.loc[weight_max, :])
        data.drop(weight_max, inplace=True)
    while len(data) > self.persons and not data.empty:  # 超載
        weight_min = data[data['weight'] == data['weight'].min()].index
        data2 = data2.append(data.loc[weight_min, :])
        data.drop(weight_min, inplace=True)
    self.person_data = self.person_data.append(data)
    self.update_person_data(data, 'sub')
    return data2.to_dict(orient='records')

為了更好的模擬現(xiàn)實電梯的請求受理狀態(tài)，構(gòu)造樓宇類、人物模型類、電梯類、隨機(jī)生成人物類。
當(dāng)電梯內(nèi)的乘客數(shù)大于指定數(shù)或者載重大于限定數(shù)時，電梯不乘載當(dāng)前層的乘客。

人物模型類

傳入所在樓層，去往樓層范圍，返回乘坐電梯的人物屬性。

class PeopleRandom:
    """
    構(gòu)造隨機(jī)人物模型
    返回各人物屬性值，包含：所在樓層，體重，是否上樓，去往樓層
    """

    def __init__(self, floor: int, floors: tuple = (1, 30), people: int = 1):
        self.floor = floor
        self.floor_min, self.floor_max = floors
        self.people = people
        self.weight = self.set_weight()
        self.up = random.randint(0, 1)
        self.floor_go = self.go()

隨機(jī)樓層生成類

傳入樓層范圍及該層最大生成人數(shù)，返回樓宇所有樓層乘客情況。

class FloorsRandom:
    """
    隨機(jī)樓層生成，樓層隨機(jī)人數(shù)生成。
    """

    def __init__(self, floor_min: int, floor_max: int, people: int = 6):
        """
        輸入的樓層是不存在0層，故而在floor_min進(jìn)行加1后進(jìn)行隨機(jī)取數(shù)，如果小于等于0則減去1還原最低樓層。
        :param floor_min: 最低樓層
        :param floor_max: 最高樓層
        """

電梯類

電梯往返樓層的范圍、限重限載、運(yùn)行方向、電梯內(nèi)乘客狀況。

class Elevator:
    """
    電梯模型：
    能夠運(yùn)行到的最低樓層，最高樓層及當(dāng)前樓層
    """

    def __init__(self, floor_min, floor_max, floor: int = 1):
        self.floor = floor
        self.go_max = self.floor
        self.floor_min = floor_min
        self.floor_max = floor_max
        self.up = 1  # 1: 電梯上行，0：電梯下行
        self.weight = 1000  # 電梯限重
        self.persons = 12  # 電梯限制人員數(shù)量
        self.person_data = pd.DataFrame(columns=['floor', 'weight', 'up', 'floor_go'])

樓宇類

樓宇間電梯運(yùn)行的樓層范圍及候梯乘客情況。

class BuildingList:
    """
    樓宇模型:
    最低樓層，最高樓層
    """

    def __init__(self, floor_min: int = -1, floor_max: int = 30):
        self.floor_min = floor_min
        self.floor_max = floor_max
        self.data = pd.DataFrame(columns=['floor', 'weight', 'up', 'floor_go'])
        self.set_data_all('simple')

為了簡化運(yùn)算，簡化了部分模型的設(shè)計，通過隨機(jī)生成人物模型，電梯在樓宇最高層至最低層往返能夠?qū)⑺泻蛱莩丝瓦\(yùn)送至各個指定層。

設(shè)計模型代碼已開源：

https://github.com/lk20200413/FunnyCodeRepository/tree/main/預(yù)約式電梯任務(wù)系統(tǒng)

群控電梯系統(tǒng)設(shè)計

群控電梯系統(tǒng)的設(shè)計可以有效的緩解各層樓乘客的等待時間及提高電梯內(nèi)乘客的舒適度。

就以我自己為例，小區(qū)的電梯是獨立控制電梯，為了自身能夠更早的乘坐電梯，會按下每個電梯的請求按鍵，就造成了電梯內(nèi)不同程度的擁擠或延長了其他乘客的等候時間。

在此次設(shè)計前沒有查閱相關(guān)資料，在整體設(shè)計上肯定不如現(xiàn)有的成熟的算法設(shè)計，我把這個系統(tǒng)稱之為任務(wù)系統(tǒng)，應(yīng)該是有與之對應(yīng)的更專業(yè)的算法。簡單來講，把樓層間請求當(dāng)做任務(wù)，系統(tǒng)整理任務(wù)并分發(fā)給各個電梯，每過一段時間，系統(tǒng)再次掃描樓宇中的請求，直至沒有請求，將每個電梯轉(zhuǎn)換為獨立電梯模式，完成電梯內(nèi)乘客的目的層請求。

任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計流程圖：各個電梯執(zhí)行流程圖：
流程圖畫得比較粗糙，煩請各位將就著看。任務(wù)系統(tǒng)采用距離優(yōu)先進(jìn)行代碼設(shè)計，限于文章篇幅設(shè)計不方便展示有關(guān)代碼部分，可移步至

https://github.com/lk20200413/FunnyCodeRepository/tree/main/預(yù)約式電梯任務(wù)系統(tǒng)

此處或聯(lián)系作者索取代碼，TaskSystem.py為任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計模塊，相關(guān)類的調(diào)用均沿用獨立電梯設(shè)計。

總結(jié)

大家好，我是【??（這是月亮的背面）】。本文通過用Python設(shè)計一種任務(wù)型預(yù)約電梯系統(tǒng)，更深刻地理解了獨立電梯轉(zhuǎn)換為群控電梯不單單是電梯的簡單組合，整個電梯系統(tǒng)設(shè)計因素應(yīng)該以時間運(yùn)行為主，將各個電梯拆分為多線程運(yùn)行，在本設(shè)計中簡化了時間因素，用跳過樓層替代各電梯間的運(yùn)行差異。

世界上任何美好的事物都值得我們?nèi)チ魬?，不?yīng)該因為當(dāng)下的不堪而放棄了追逐夢想的權(quán)利！

于二零二一年十二月二十九日作