Python循环嵌套实战 - 智能地铁调度模拟系统

1. 实战概述

• 本项目通过 while（时间推进）与 for（车厢/站点遍历）嵌套，模拟地铁列车在多站间往返运行，动态处理乘客上下车、高峰期客流、车厢容量限制等逻辑，实现调度过程可视化与数据统计，强化循环结构实战应用。

2. 实战步骤

2.1 系统设计

• 本系统采用事件驱动与时间步进相结合的模拟架构。外层 while 循环以“到站”为单位推进时间，每站停靠固定秒数；内层多个 for 循环分别处理乘客下车、上车及车厢调度。列车状态用列表表示各车厢载客量，站点用数组记录等车人数与上下车统计。通过方向变量实现往返运行，高峰期机制动态调整客流生成。系统实时追踪总运送量、错失乘客、载客率及站点繁忙度，兼顾逻辑清晰性与教学目的，突出 while + for 嵌套在复杂流程控制中的实战价值。

2.2 系统实现

• 创建智能地铁调度模拟系统.py文件
  

  """
  功能：智能地铁调度模拟系统
       —— while + for 嵌套实战
  作者：华卫
  日期：2025年11月11日
  """
  
  import random
  import time
  
  # ----------------- 可调参数 -----------------
  STATIONS      = 5          # 站点 0~4
  CARS          = 4          # 车厢节数
  CAPACITY      = 20         # 每节车厢上限
  TOTAL_TIME    = 60         # 总模拟时长（秒）
  STOP_SECONDS  = 5          # 每站停靠时间（秒）
  RUSH_START    = 20         # 高峰期开始（秒）
  RUSH_END      = 40         # 高峰期结束（秒）
  # -------------------------------------------
  
  def subway_simulation():
      # 列车状态：列表中每个元素表示一节车厢的乘客数
      train = [0] * CARS
  
      # 各站点等车人数
      waiting = [0] * STATIONS
  
      current_station = 0          # 列车当前位置
      direction = 1                # 1 表示正向 0→4，-1 表示反向 4→0
      elapsed = 0                  # 已流逝时间（秒）
      total_transported = 0        # 成功上车总人数
      missed_passengers = 0        # 因满载被挤掉人数
  
      # 记录每站上下车数据，方便最后统计
      station_board = [0] * STATIONS
      station_alight = [0] * STATIONS
  
      print("🚇 地铁调度模拟开始！\n")
  
      # ============ 外层 while：时间推进 ============
      while elapsed < TOTAL_TIME:
          # ---------------- 到达站点 ----------------
          print(f"🚉 到达站点 {current_station}  （运行时间 {elapsed:>4} s）")
          print(f"📊 当前列车状态: {train}")
  
          # 1. 乘客下车：简单假设每节车厢有 20%~40% 的人下车
          for car_idx in range(CARS):
              if train[car_idx] == 0:
                  continue
              alight_ratio = random.uniform(0.2, 0.4)
              alight_num = int(train[car_idx] * alight_ratio)
              alight_num = max(0, min(alight_num, train[car_idx]))
              train[car_idx] -= alight_num
              station_alight[current_station] += alight_num
  
          # 2. 乘客上车
          # 2.1 根据是否高峰期生成新到乘客
          if RUSH_START <= elapsed <= RUSH_END:
              new_arrival = random.randint(5, 15)
          else:
              new_arrival = random.randint(0, 10)
          waiting[current_station] += new_arrival
  
          # 2.2 用 for 循环把等车乘客按“先少后多”原则塞进车厢
          want_to_board = waiting[current_station]
          boarded = 0
  
          for _ in range(want_to_board):
              # 找剩余空间最多的车厢
              best_car = 0
              max_space = -1
              for car_idx in range(CARS):
                  space = CAPACITY - train[car_idx]
                  if space > max_space:
                      max_space = space
                      best_car = car_idx
              if max_space <= 0:
                  # 全列满载，挤掉剩余乘客
                  missed = want_to_board - boarded
                  missed_passengers += missed
                  break
              # 上车一人
              train[best_car] += 1
              boarded += 1
  
          waiting[current_station] -= boarded
          station_board[current_station] += boarded
          total_transported += boarded
  
          print(f"👥 本次上车: {boarded} 人  剩余等车: {waiting[current_station]} 人")
          print("-" * 50)
  
          # 3. 模拟停靠耗时
          time.sleep(0.1)          # 肉眼可见地“跑”，可删掉
          elapsed += STOP_SECONDS
  
          # 4. 列车移动（到终点站就折返）
          next_station = current_station + direction
          if next_station >= STATIONS or next_station < 0:
              direction *= -1
              next_station = current_station + direction
          current_station = next_station
  
      # ================== 模拟结束 ==================
      print("\n🏁 模拟结束！")
      print(f"📈 总运送乘客: {total_transported} 人")
      print(f"😔 被挤掉乘客: {missed_passengers} 人")
  
      # 计算平均载客率
      total_seats = CARS * CAPACITY
      avg_rate = sum(train) / total_seats * 100
      print(f"📊 结束时刻列车载客: {train}  瞬时载客率: {avg_rate:5.1f}%")
  
      # 最繁忙站点（按上车人数）
      busiest = max(range(STATIONS), key=lambda s: station_board[s])
      print(f"🔥 最繁忙站点: 站点 {busiest} （共上车 {station_board[busiest]} 人）")
  
      # 各站详细数据
      print("\n----- 各站详细 -----")
      for s in range(STATIONS):
          print(f"站点 {s}:  上车 {station_board[s]:>3}  |  下车 {station_alight[s]:>3}")
  
  # ---------------------- 主程序入口 ----------------------
  if __name__ == "__main__":
      # 启动地铁调度模拟函数
      subway_simulation()
  

• 代码说明：本代码实现了一个基于时间步进的智能地铁调度模拟系统。通过外层 while 循环控制总运行时间，每次循环代表列车到达一个站点；内层多个 for 循环分别处理乘客下车、新乘客生成及上车逻辑。系统动态维护列车各车厢载客量和各站等车人数，高峰期（RUSH_START 至 RUSH_END）会增加客流。上车策略优先填入空余最多的车厢，满载后拒绝后续乘客。程序实时输出运行状态，并在结束时统计总运送量、错失乘客、瞬时载客率及各站上下车数据，突出 while + for 嵌套在流程控制与资源调度中的综合应用。

2.3 系统测试

• 运行程序，查看结果
  

3. 实战总结

• 本次实战通过构建“智能地铁调度模拟系统”，深入运用了 while 与 for 的嵌套结构，实现了时间推进、站点循环、车厢遍历与乘客调度等多层逻辑控制。系统不仅模拟了列车往返运行、高峰期客流变化、车厢容量限制等真实场景，还完成了上下车统计、载客率分析和繁忙站点识别等数据处理功能。整个项目结构清晰、参数可调、输出直观，既强化了对循环语句的综合应用能力，也体现了编程在解决实际调度问题中的建模思维，具有良好的教学示范价值和扩展潜力。