关于最小延迟调度问题算法的一些思考

本文探讨了最小延迟调度问题,这是一个优化问题,旨在通过合理安排活动的顺序,使得所有客户的延迟总和最小。文章介绍了问题背景和一个具体例子,并提到了贪心算法在证明其正确性上的挑战。此外,还展示了如何将数值转化为离散值的过程。

贪心算法正确性的证明上是很有难度的,算法分析很重要的一个部分就是算法的正确性,算是一个思维的训练,尤其在贪心算法上是一定要证明的。

一、问题描述

最小延迟调度是这样的问题:有很多的客户要进行安排,活动有一个服务时间还有一个要求完成的时间,有两个量来刻画每一个活动,这些活动是客户发起的,接下来有一个执行的人,执行的人他需要把这些活动做一个合理的安排,这个安排也就是调度,比如先给谁服务,再给谁服务,服务的时候是不能停歇的没有空闲时间,一直在工作的。但是有的安排可以让一部分客户满意,让另外一些客户多等待一下,现在我们就有一个优化问题,如何能让所有的客户有的有延迟,有的没有延迟,那么有延迟的,希望延迟最大的值能达到一个更小一点就是最好。
问题
公式描述
max的含义:对活动开始服务的时间是f(i),本身需要服务的时间是tit_iti,时间相加表示对他的服务结束了,结束后就要用这个量来减去他期望的完成时间,如果是一个正数,就表示有延迟,如果是负数就表示没有延迟,在期望之前就已经完成服务了。对每一个客户都进行这样的一个计算,就表示一个最大的延迟,最大延迟的最小化的含义是f这个常数,f是一个调度的序列一个调度的决策的过程,如何来安排调度的有不同的安排的序列就会有不同的延迟,有不同的延迟就可以取挑选到底哪一种安排方法更好。

二、举例说明

A={1,2,3,4,5},T=<5,8,4,10,3>,D=<10,12,15,11,20>
调度1:顺序安排
f1(1)=0, f1(2)=5, f1(3)=13,f1(4)=17, f1(5)=27

new_data.head()
def choice_2(x): #将G1,G2,G3做连续值处理,转换成离散值,然后替换数据
    x = int(x) #G1,G2为一阶段成绩和二阶段成绩
    if x < 5: #G3为最终成绩
        return 'bad'
    elif x >= 5 and x < 10:
        return 'medium'
    elif x >= 10 and x < 15:
        return 'good'
    else:
        return "excellent"

stu_data = new_data.copy()
stu_data['G1'] = pd.Series(map(lambda x:choice_2(x),stu_data['G1']))
stu_data['G2'] = pd.Series(map(lambda x:choice_2(x),stu_data['G2']))
stu_data['G3'] = pd.Series(map(lambda x:choice_2(x),stu_data['G3']))
stu_data.head()
def choice_3(x): #设置对Pedu的划分,做连续值处理,转化成离散值,然后替换数据
    x = int(x)
    if x > 3:
        return "high"
    elif x > 1.5:
        return "medium"
    else:
        return "low"
    
stu_data["Pedu"] = pd.Series(map(lambda x:choice_3(x),stu_data["Pedu"]))
stu_data.head()
### 关于贪心算法实现最小延迟调度的设计与分析 #### 设计思路 为了有效地解决最小延迟调度问题,可以采用贪心策略来安排任务。核心思想是在每一步都做出局部最优的选择,从而期望达到全局最优的结果。具体来说,在处理多个具有不同截止日期的任务时,总是优先选择最早到期的任务执行。 对于给定的一组任务及其对应的期限和所需时间,通过计算各任务的实际完成时间和规定完成时间之间的差值作为延迟量[^2]。当实际完成时间小于等于规定完成时间,则认为该任务无延迟;反之则存在正数的延迟。 #### 算法描述 1. 输入一组任务列表`tasks`,其中每个元素是一个元组`(d_i, t_i)`表示第i个任务的规定完成时间为`d_i`,需要花费的时间为`t_i`。 2. 对这些任务按照其规定的完成时间升序排序。 3. 初始化当前时刻`current_time = 0`。 4. 遍历已排序后的任务队列: - 更新当前时刻 `current_time += task[i][t_i]` - 如果此时超过了此任务的要求完成时间(`current_time > d_i`),记录下超时部分即为此次操作产生的延迟。 5. 输出总的延迟情况或其他统计信息。 下面给出一段Python代码用于模拟上述逻辑: ```python def min_lateness(tasks): """ 计算最小延迟 参数: tasks (list of tuples): [(deadline_1, duration_1), ... , (deadline_n, duration_n)] 返回: tuple: 总延迟时间和最晚被推迟的任务编号(-1代表不存在这样的任务) """ # 按照截止期从小到大排列任务 sorted_tasks = sorted(enumerate(tasks), key=lambda x:x[1][0]) current_time = 0 max_delay = 0 late_task_index = -1 for index,(duration, deadline) in enumerate(sorted_tasks,start=1): start_time = current_time end_time = start_time + duration if end_time > deadline: delay = end_time - deadline if delay >= max_delay: max_delay = delay late_task_index = index current_time = end_time return sum([max((end-start)-dead,0) for (_,start),(dead,end) in zip([(None,*task[:1])]+sorted_tasks[:-1],sorted_tasks)]),late_task_index if __name__ == "__main__": test_cases=[ ((98, 76), (14, 2)), ((10, 3), (20, 5)) ] results=[min_lateness(case)for case in test_cases] print(results) ``` 这段程序实现了基于贪心原则下的最小化总延迟的目标函数,并能够指出哪个任务造成了最大的单次延迟。注意这里假设输入数据已经合理合法化处理过,比如不会出现负数的工作耗时等情况[^1]。
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