s1mplecc / checkin-scheduler

使用 Java 实现的旅客人数分布预估与值机排班调度算法

算法思路


• 计算 9 段和最大所需员工总人数，此人数必定满足上一休二且早中晚均衡的规则，生成该大小的 staff_list （LinkedList）；

• 每天抽象成早、中、晚 3 个容器；staff_list 中从头开始遍历，如果当前 staff 满足早中晚均衡条件，则将该 staff 加入容器，并将该 staff 从链表中取出放到队尾；

• Staff 维护一个早中晚阶段的标志（periodFlags，Period 的 Set）。每次任命前判断该员工的 periodFlags 是否包含了当前时段。如果包含，则不满足早中晚均衡，跳过该员工迭代下一个。如果不包含，则任命该员工，并在 periodFlag 中加入当前时段。如果 periodFlags 大小等于 3（即包含了早、中、晚三个时段），则将 periodFlags 清空。

建模

DailyPlan & Container

每日计划类，包含日期 date，以及抽象的早中晚 Container 内部类。 Container 类包含：

• period，早中晚阶段的枚举类
• number，该阶段需要的员工人数，如第2日早上需要5人
• assignedStaffs，已经任命的员工集合

主要的任命逻辑在 assign(staffs) 方法中，步骤如下：

1. 从 staffs 该 LinkedList 中从头遍历，检查员工如果被任命后是否满足早中晚均衡的条件，如果不满足跳到下一个员工
2. 如果满足条件，将该员工取出，加入 assignedStaffs 中并更新员工的 workPlans 记录，并将该员工放入 staffs 的队尾。退出循环，任命下一个满足条件的员工
3. 直到 assignedStaffs 大小等于 number（全部任命完成），结束整个循环

public class DailyPlan {
    private int date;
    private Container morning;
    private Container afternoon;
    private Container night;

    public void assign(LinkedList<Staff> staffs) {
        morning().assign(staffs);
        afternoon().assign(staffs);
        night().assign(staffs);
    }

    public class Container {
        private Period period;
        private int number;
        private Set<Staff> assignedStaffs;

        public void assign(LinkedList<Staff> staffs) {
            while (assignedStaffs.size() < number) {
                for (int i = 0; i < staffs.size(); i++) {
                    if (staffs.get(i).isBalancedAfterAssign(period)) {
                        Staff staff = staffs.remove(i);
                        assignedStaffs.add(staff);
                        staff.addWorkPlan(date, period);
                        staffs.addLast(staff);
                        break;
                    }
                }
            }
        }
    }
}

Staff

员工类，其中：

• workPlans 记录员工都上了哪些天的什么时段的班；
• periodFlags 记录员工当前上的时段的标志，在 addWorkPlan() 中如果 periodFlags 的大小等于 3（亦即包含了早中晚），就将该标识清空（保证 3 个一清空）；
• isBalancedAfterAssign(period) 验证如果安排当前员工工作后是否满足早中晚均衡。不满足该条件则跳过改员工，继续安排下一个；

public class Staff {
    private final int id;
    private final List<WorkPlan> workPlans;
    private final Set<Period> periodFlags;

    public boolean isBalancedAfterAssign(Period period) {
        return !periodFlags.contains(period);
    }

    public void addWorkPlan(int date, Period period) {
        if (!isBalancedAfterAssign(period)) {
            throw new RuntimeException();
        }

        workPlans.add(new WorkPlan(date, period));
        periodFlags.add(period);
        if (periodFlags.size() == 3) {
            periodFlags.clear();
        }
    }
}

Scheduling

排班调度主体类，包含：

• CYCLE，周期，上一休二所以为 3
• dailyPlans，每日计划的列表，包含每天什么时段需要多少人
• staffs，算法思路中描述的 staff_list 链表

排班逻辑在 schedule() 方法中，步骤如下：

1. 计算需要多少员工，根据 9 段之和最大得出
2. 初始化 staff_list
3. 每日安排员工上班

public class Scheduling {
    private static final int CYCLE = 3;
    private final List<DailyPlan> dailyPlans;
    private LinkedList<Staff> staffs;

    public void schedule() {
        int expectStaffs = expectStaffs();
        staffs = initStaffList(expectStaffs);
        for (DailyPlan dailyPlan : dailyPlans) {
            dailyPlan.assign(staffs);
        }
    }
}

结果展示

1. 先随机生成 31 的计划，每个阶段人员波动从 2 到 10
2. 调度后将 staffs 中每个员工的排班情况打印出来

@Test
public void should_schedule_staff_correctly() {
    DailyPlansGenerator generator = new DailyPlansGenerator(2, 10);
    List<DailyPlan> dailyPlans = generator.generate(31);
    System.out.println(generator);

    Scheduling scheduling = new Scheduling(dailyPlans);
    scheduling.schedule();
    for (Staff staff : scheduling.staffs()) {
        System.out.println(staff);
    }
}