Курсовой проект / ММвСС. Программа на C++ для курсовой работы (выглядит не очень, но работает правильно)
.doc|
Код программы |
|
#include <iostream> #include <fstream> #include <iomanip> #include <vector> #include <algorithm> #include <ctime> #include <numeric> #include <sstream> int DC, ACCURACY; using namespace std; using float_type = long double; void original_Floyd_Warshall(vector<vector<float_type>> &matrixR1, vector<vector<int>> &matrixR2) { int n = matrixR1.size(); // алгоритм работает правильно при условии matrixR1 = distance_matrix float_type x, y; for (int i = 0; i < n; ++i) { iota(matrixR2[i].begin(), matrixR2[i].end(), 1); } for (int k = 0; k < n; ++k) { for (int i = 0; i < n; ++i) { for (int j = 0; j < n; ++j) { if (i != j && i != k && j != k) { x = matrixR1[i][k] + matrixR1[k][j]; y = matrixR1[i][j]; if (x < y) { matrixR1[i][j] = x; matrixR2[i][j] = matrixR2[i][k]; } } } } } } vector<vector<float_type>> load_intensity(const vector<vector<float_type>> &matrixY, vector<vector<int>> &matrixR2) { int n = matrixY.size(); vector<vector<float_type>> matrixY_hatch(n, vector<float_type>(n, 0)); for (int i = 0; i < n; ++i) { for (int j = 0; j < n; ++j) { matrixY_hatch[i][matrixR2[i][j] - 1] += matrixY[i][j]; for (int k = matrixR2[i][j] - 1; k != j; k = matrixR2[k][j] - 1) { matrixY_hatch[k][matrixR2[k][j] - 1] += matrixY[i][j]; } } } return matrixY_hatch; } vector<vector<int>> gen_streams_matrix(vector<vector<float_type>> &matrixY_hatch, float_type quality) { int n = matrixY_hatch.size(); float_type p_max = 1. - quality; vector<vector<int>> matrixV(n, vector<int>(n, 0)); for (int i = 0; i < n; ++i) { for (int j = 0; j < n; ++j) { int v = 0; if (matrixY_hatch[i][j] != 0) { v = 1; float_type p = 1, y = matrixY_hatch[i][j], numerator = y, sum = y; while (p > p_max) { ++v; numerator = ( numerator / v ) * y; sum += numerator; p = numerator / sum; } } matrixV[i][j] = v; } } return matrixV; } void calc_delays(const vector<vector<int>> &Rij, const vector<vector<int>> &Aij, const vector<vector<float_type>> &Bij, vector<vector<float_type>> &Tij, float_type L) { int n = Tij.size(); for (int i = 0; i < n; ++i) { for (int j = 0; j < n; ++j) { if (Rij[i][j] == j + 1 && i != j) { Tij[i][j] = ( 8. * L ) / ( Bij[i][j] - Aij[i][j] ); // задержка M/M/1 } else { Tij[i][j] = 0; } } } for (int i = 0; i < n; ++i) { for (int j = 0; j < n; ++j) { if (Rij[i][j] != j + 1) { Tij[i][j] += Tij[i][Rij[i][j] - 1]; for (int k = Rij[i][j] - 1; k != j; k = Rij[k][j] - 1) { Tij[i][j] += Tij[k][Rij[k][j] - 1]; } } } } } float_type calc_O(const vector<vector<float_type>> &Tij, float_type T0) { double O = 0; for (auto &str : Tij) { for (auto &t : str) { O += ( t - T0 / 2 ) * ( t - T0 / 2 ); } } return O; } vector<vector<float_type>> optimize_BMatrix_sub(const vector<vector<int>> &Rij, const vector<vector<int>> &Aij, vector<vector<float_type>> &Bij, float_type T0, float_type L) { int bestI = 0, bestJ = 0, n = Bij.size(); float_type q = 1e+10, bestO = q; vector<vector<float_type>> Tij(n, vector<float_type>(n, 0)); while (true) { for (int i = 0; i < n; ++i) { for (int j = 0; j < n; ++j) { if (Bij[i][j] != 0) { Bij[i][j] += DC; calc_delays(Rij, Aij, Bij, Tij, L); Bij[i][j] -= DC; float_type O = calc_O(Tij, T0); if (O < bestO) { bestO = O, bestI = i, bestJ = j; } } } } if (bestO < q) { Bij[bestI][bestJ] += DC; q = bestO; } else { break; } } return Tij; } bool check_optimize(const vector<vector<float_type>> &Tij, float_type T0) { return find_if(Tij.begin(), Tij.end(), [&T0](auto v) { return any_of(v.begin(), v.end(), [&T0](auto x) { return x > T0 / 2; }) != 0; }) == Tij.end(); } pair<float_type, vector<vector<float_type>>> optimize_BMatrix(const vector<vector<int>> &Rij, const vector<vector<int>> &Aij, vector<vector<float_type>> &Bij, float_type T0, float_type L, bool is_optimizeT0) { auto old_T0 = T0, dT = T0 / ACCURACY; auto Tij = optimize_BMatrix_sub(Rij, Aij, Bij, T0, L); while (is_optimizeT0 && !check_optimize(Tij, old_T0) && ( T0 -= dT ) > 1e-20) { Tij = optimize_BMatrix_sub(Rij, Aij, Bij, T0, L); } return make_pair(T0, Tij); } template <class T> void print_vector(std::ostream &os, const vector<T> &matrix) { for (auto &s : matrix) os << s << ' '; os << endl << endl; } template <class T> void print_matrix(std::ostream &os, const vector<vector<T>> &matrix) { for (auto &s : matrix) { for (auto &t : s) os << t << ' '; os << endl; } os << endl; } int main() { /* Считывание данных с файла */ auto start = clock(); int n, a0, optimizeT0; float_type y0, L, quality, T0; ifstream file_in("input_file.txt"); if (!file_in.is_open()) { cout << "Error opening file 'input_file.txt'" << endl; return 1; } stringstream s; while (!file_in.eof()) { string param; getline(file_in, param); s << param.substr(0, param.find(';')) << ' '; } file_in.close(); s >> n >> y0 >> a0 >> L >> quality >> T0 >> optimizeT0 >> DC >> ACCURACY; vector<float_type> subscribers(n, 0); for (auto &sub : subscribers) s >> sub; vector<vector<float_type>> distance_matrix(n, vector<float_type>(n, 0)); for (auto &str : distance_matrix) for (auto &d : str) s >> d; /* Расчет и запись результатов в выходной файл */ cout << "Please, wait!.." << endl; ofstream file_out("output_file.txt"); if (!file_out.is_open()) { cout << "Error opening file 'output_file.txt'" << endl; return 2; } file_out << setprecision(std::numeric_limits<float_type>::digits10); /* 1. Интенсивности производимого в узлах сети трафика */ file_out << "1. Интенсивности производимого в узлах сети трафика" << endl; vector<float_type> matrixY(subscribers); transform(matrixY.begin(), matrixY.end(), matrixY.begin(), [&y0](auto n) { return n * y0; }); print_vector(file_out, matrixY); /* 2. Коэффициенты распределения трафика по направлениям связи */ file_out << "2. Коэффициенты распределения трафика по направлениям связи" << endl; auto sum = accumulate(matrixY.begin(), matrixY.end(), 0.L); vector<float_type> matrixK(matrixY); transform(matrixK.begin(), matrixK.end(), matrixK.begin(), [&sum](auto n) { return n / sum; }); print_vector(file_out, matrixK); /* 3. Матрица интенсивностей трафика в направлениях связи */ file_out << "3. Матрица интенсивностей трафика в направлениях связи" << endl; vector<vector<float_type>> matrixYij(n, vector<float_type>(n, 0)); for (int i = 0; i < n; ++i) for (int j = 0; j < n; ++j) matrixYij[i][j] = matrixY[i] * matrixK[j]; print_matrix(file_out, matrixYij); /* 4. Матрицы кратчайших расстояний и кратчайших маршрутов между вершинами графа */ vector<vector<float_type>> matrixR1(distance_matrix); vector<vector<int>> matrixR2(n, vector<int>(n, 0)); original_Floyd_Warshall(matrixR1, matrixR2); file_out << "4.1. Матрица кратчайших расстояний между вершинами графа" << endl; print_matrix(file_out, matrixR1); file_out << "4.2. Матрица кратчайших маршрутов между вершинами графа" << endl; print_matrix(file_out, matrixR2); /* 5. Матрица интенсивностей нагрузок на линиях связи */ file_out << "5. Матрица интенсивностей нагрузок на линиях связи" << endl; auto matrixY_hatch = load_intensity(matrixYij, matrixR2); print_matrix(file_out, matrixY_hatch); /* 6. Матрица потоков */ file_out << "6. Матрица потоков" << endl; auto streams_matrix = gen_streams_matrix(matrixY_hatch, quality); print_matrix(file_out, streams_matrix); /* 7. Матрица интенсивности трафика ПД для линий связи */ file_out << "7. Матрица интенсивности трафика ПД для линий связи" << endl; vector<vector<int>> Aij(streams_matrix); for (auto &str : Aij) { transform(str.begin(), str.end(), str.begin(), [&a0](auto v) { return v * a0; }); } print_matrix(file_out, Aij); /* 8. Матрица пропускных способностей */ file_out << "8. Матрица пропускных способностей (бит/с)" << endl; vector<vector<float_type>> Bij(n, vector<float_type>(n, 0)); for (int i = 0; i < n; ++i) { for (int j = 0; j < n; ++j) { Bij[i][j] = ( Aij[i][j] ) ? ( Aij[i][j] + ( 8. * L ) / T0 ) : 0; } } print_matrix(file_out, Bij); cout << "1-8 Time: " << ( clock() - start ) / 1000.L << " s." << endl; start = clock(); /* 9. и 10. Матрицы задержек и оптимизированных пропускных способностей */ auto pair = optimize_BMatrix(matrixR2, Aij, Bij, T0, L, static_cast<bool>(optimizeT0)); file_out << "9. Матрица задержек" << endl; print_matrix(file_out, pair.second); file_out << "10. Матрица оптимизированных пропускных способностей (бит/с)" << endl; print_matrix(file_out, Bij); file_out << "Оптимизированное T: " << pair.first << endl; file_out.close(); cout << "Optimization Time: " << ( clock() - start ) / 1000.L << " s." << endl; cout << "Done. Data was written to file 'output_file.txt'!" << endl; } |
|
Файл с входными данными «input_file.txt» для программы |
|
; Комментарий начинается с ; ; Порядок и количество чисел во входном файле должны быть одними и теми же ; [Основные параметры] 20 ; n - количество узлов в сети связи (влияет на матрицу расстояний и вектор кол-ва абонентов) 0.1 ; y0 - интенсивность удельной абонентской нагрузки (Эрл) 85600 ; a0 - скорость потока для кодека (бит/с) 200 ; L - длина пакета (байт, не бит!) 0.98 ; (98%) q - доля вызовов, обслуженных с гарантированным качеством 0.1 ; T0 - начальное требование к величине задержки (сек) 0 ; оптимизация величины задержки T0: 1 - оптимизировать, 0 - не оптимизировать 10000 ; DC - шаг изменения пропускной способности (чем меньше, тем точнее, но дольше) 10000 ; ACCURACY - точность (чем больше, тем точнее, но дольше) ; [Количество абонентов в каждом узле связи] 6580 4091 4272 7028 8554 5530 7131 6179 8168 8737 2610 6691 3031 1201 6305 9593 8619 6808 5623 1473 ; [Матрица расстояний] ; Там, где нет прямого пути, должно быть большое число (например, 90000000000) 0 34.49588418 90000000000 34.62873101 90000000000 90000000000 27.19784379 57.56898522 90000000000 90000000000 90000000000 13.3461535 90000000000 23.27514291 90000000000 55.08523583 90000000000 40.41705728 19.877249 90000000000 34.49588418 0 96.07354999 15.25732875 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 80.42518497 90000000000 90000000000 96.37038112 90000000000 35.14534831 90000000000 33.35024714 90000000000 75.75070262 39.03695941 72.11233974 90000000000 96.07354999 0 21.70084119 38.61907125 54.83081937 90000000000 90000000000 90000000000 71.40205503 90000000000 5.624562502 58.88312459 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 41.72714353 90000000000 41.20844007 34.62873101 15.25732875 21.70084119 0 90000000000 90000000000 33.88914466 90000000000 90000000000 49.19576049 89.13988471 97.23739028 32.52148032 43.08785796 90000000000 27.76278853 90000000000 17.277807 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 38.61907125 90000000000 0 90000000000 90000000000 59.86605287 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 67.84968972 82.18536973 90000000000 29.61130738 90000000000 90000000000 10.86907983 61.78618073 90000000000 90000000000 54.83081937 90000000000 90000000000 0 90000000000 60.85025668 34.3339622 88.30015063 90000000000 66.00028872 89.05064464 91.21629596 32.31169581 86.21379733 90.86205363 90000000000 90000000000 99.6157825 27.19784379 90000000000 90000000000 33.88914466 90000000000 90000000000 0 98.15047383 89.67960477 71.1760819 74.71998334 90000000000 59.08287168 90000000000 30.65889478 90000000000 90000000000 90000000000 12.01284528 90000000000 57.56898522 90000000000 90000000000 90000000000 59.86605287 60.85025668 98.15047383 0 90000000000 90000000000 90000000000 17.14271903 52.38561034 90000000000 90000000000 14.59316611 90000000000 57.78555274 36.37256026 60.31021476 90000000000 80.42518497 90000000000 90000000000 90000000000 34.3339622 89.67960477 90000000000 0 90000000000 90000000000 85.3002131 9.224516153 55.07417321 90000000000 83.05736184 79.35104966 25.89040399 90000000000 65.21392465 90000000000 90000000000 71.40205503 49.19576049 90000000000 88.30015063 71.1760819 90000000000 90000000000 0 82.26520419 90000000000 24.80298877 38.71943355 90000000000 14.98219371 90000000000 90000000000 61.73030734 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 89.13988471 90000000000 90000000000 74.71998334 90000000000 90000000000 82.26520419 0 21.79401517 90000000000 87.93790936 90000000000 94.02931333 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 13.3461535 96.37038112 5.624562502 97.23739028 90000000000 66.00028872 90000000000 17.14271903 85.3002131 90000000000 21.79401517 0 15.70829749 48.60438704 90000000000 80.9660852 3.185600042 26.37099624 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 58.88312459 32.52148032 67.84968972 89.05064464 59.08287168 52.38561034 9.224516153 24.80298877 90000000000 15.70829749 0 90000000000 15.25397897 90000000000 65.35020471 62.00705171 90000000000 55.03235459 23.27514291 35.14534831 90000000000 43.08785796 82.18536973 91.21629596 90000000000 90000000000 55.07417321 38.71943355 87.93790936 48.60438704 90000000000 0 7.486122847 17.9464519 20.26621699 90000000000 35.05436778 24.96415973 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 32.31169581 30.65889478 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 15.25397897 7.486122847 0 41.11779332 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 55.08523583 33.35024714 90000000000 27.76278853 29.61130738 86.21379733 90000000000 14.59316611 83.05736184 14.98219371 94.02931333 80.9660852 90000000000 17.9464519 41.11779332 0 90000000000 90000000000 34.93718505 67.04439521 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 90.86205363 90000000000 90000000000 79.35104966 90000000000 90000000000 3.185600042 65.35020471 20.26621699 90000000000 90000000000 0 90000000000 5.313688517 16.6418612 40.41705728 75.75070262 41.72714353 17.277807 90000000000 90000000000 90000000000 57.78555274 25.89040399 90000000000 90000000000 26.37099624 62.00705171 90000000000 90000000000 90000000000 90000000000 0 90000000000 90000000000 19.877249 39.03695941 90000000000 90000000000 10.86907983 90000000000 12.01284528 36.37256026 90000000000 61.73030734 90000000000 90000000000 90000000000 35.05436778 90000000000 34.93718505 5.313688517 90000000000 0 90000000000 90000000000 72.11233974 41.20844007 90000000000 61.78618073 99.6157825 90000000000 60.31021476 65.21392465 90000000000 90000000000 90000000000 55.03235459 24.96415973 90000000000 67.04439521 16.6418612 90000000000 90000000000 0 |