COBOL
Simulation von Warteschlangen
In Anlehnung an die Problemstellung der Autoren Prof. Sieghart Ocker, StD. Lothar Schöttle und StD. Werner Simon in ihrem Buch Informatik - Algorithmen und ihre Programmierung wird im Folgenden die Simulation von Warteschlangen auf der Ebene der Cobol - Programmierung durchgeführt.
Folgende Problemstellung wird im Weiteren die Programmierung beeinflussen :
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1. Wann hat der Kunde die Schalterhalle / den Schalter betreten ?
2. Welchen Schalter hat der Kunde gewählt, also welcher Schalter hat zum Zeitpunkt des Eintritts die kleinste Anzahl von wartenden Kunden ?
3. Wie lange muß der Kunde bis zu seiner Bedienung warten ?
4. Wann verläßt der Kunde die Schalter ?
Für den Auswertenden ist es ferner von Interesse, bei Beendigung des Programms
1. einen Überblick über die von ihm gewählte Zeitspanne,
2. die Anzahl der in dieser Zeit gekommenen Kunden,
3. Durchschnittswerte über die Wartezeit der Kunden und
4. einen Durchschnittswert über die Länge der Warteschlange
zu erhalten. Diese Werte gilt es also auszugeben und als Programmvariablen zu speichern.
Aus Vereinfachungsgründen wird die gegebene Zeitspanne in Zeiteinheiten (ZE) zerlegt. Außerdem nehmen wir an, daß nur zu Beginn einer solchen Zeiteinheit der Schalter betreten und entsprechend am Ende einer Zeiteinheit verlassen wird. Es betritt immer nur ein Kunde die Schalterhalle. Als Zeiteinheit gilt : eine ZE = 5 Sekunden.
Die Wahrscheinlichkeit, daß ein Kunde die Halle betritt beträgt1 /3. Es kommt folglich alle 3
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die Verarbeitung der Daten soll kurz mit folgenden Schaubild erläutert werden :
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
An Schalter 1 steht ein Kunde, dessen Bedienung noch 4 Zeiteinheiten andauert, hinter diesem
Kunden wartet ein zweiter ; seine Bedienung wir 12 Zeiteinheiten in Anspruch nehmen. An Schalter 2 stehen drei Kunden. Der erste wird in 1 Zeiteinheit bedient sein, seine Nachfolger werden den gleichen Schalter jeweils für 6 bzw. 14 Zeiteinheiten in Anspruch nehmen. Für den dritten Kunden bedeutet dies : "Ich muß noch 7 Zeiteinheiten warten".
Nach Ablauf einer Zeiteinheit werden die Zeiteinheiten in der ersten Zeile um 1 verringert. Im o.a.
Beispiel würde sich bei Schalter 2 dann 0 ergeben, d.h. der Schalter wäre für den folgenden Kunden frei. Kunde 2 wird Kunde 1, Kunde 3 zu Kunde 2 und Kunde 3 wird mit einer NULL ausgefüllt.
Der folgende Code bietet die Ausarbeitung des oben beschriebenen Problems. Wörter die fest zum COBOL-Wortschatz gehören sind schwarz, Variablen und von mir eingefügte Klauseln sind blau hervorgehoben. Interne Unterprogramme habe ich rot eingefärbt, Divisionen grün. Der Übersicht halber ist folgende Programmstruktur stark verkürzt.
HAUPTSEGMENT : WSCHLANG
$SET ANS85
IDENTIFICATION DIVISION.
PROGRAM-ID. Simulation von Warteschlangen. AUTHOR. Richard Kiewert.
DATE-WRITTEN. 12.06.98.
DATE-COMPILED. 12.06.98.
ENVIRONMENT DIVISION. CONFIGURATION SECTION. SPECIAL-NAMES.
DECIMAL-POINT IS COMMA. DATA DIVISION.
WORKING-STORAGE SECTION.
01 Bedienungszeit.
05 Kunde occurs 5.
10 Schalter PIC 99 Occurs 20.
01 kundenzahl PIC 99 Occurs 50 value 0.
01 Schlangenlaenge PIC 99V9 Occurs 50.
01 A-Schlangenlaenge PIC Z9,9 Occurs 50 just right.
01 Wartesumme PIC 99999V9 Value 0.
01 A-Wartesumme PIC ZZZZ9,9.
01 Wartezeit PIC 999 value 0.
01 Kundensumme PIC 999 value 0.
01 A-Kundensumme PIC ZZ9,9.
01 Schalterzahl PIC 9 value 0.
01 E-Zeiteinheiten PIC Z9.
01 Zeiteinheiten PIC 99 value 0.
01 A-Zeiteinheiten PIC Z9,9.
01 Zeitzaehler PIC 99 VALUE 1.
01 Kundennr PIC 99 Value 1.
01 Schalternr PIC 99 Value 1.
01 A-Schalternr PIC Z9 Value 1.
01 Zufall PIC 999v999.
01 Bedienungsdauer PIC 99 value 0.
01 kuerzeste-Schlange PIC 99 value 0.
01 Cursor-Position PIC 9999 Value 0201.
01 dummy PIC x.
01 Ausgabezeile.
05 FILLER PIC XXXXXX.
05 A-Zeitzaehler PIC 99.
05 FILLER PIC XXXXXXXXXXX.
05 A-kuerzeste-Schlange PIC 99.
05 FILLER PIC XXXXXXXXXXX.
05 A-Wartezeit PIC 99.
05 FILLER PIC XXXXXXXXXXX.
05 A-Bedienungsdauer PIC 99. PROCEDURE DIVISION. display space upon crt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
display "* *" at 1120.
display "* S I M U L A T I O N *" at 1220.
display "* V O N *" at 1320.
display "* W A R T E S C H L A N G E N *" at 1420.
display "* *" at 1520.
display "* von Richard F. Kiewert, BA196i *" at 1620.
display "* *" at 1720.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
display " Taste ..." at 2020.
accept dummy at 0101. perform Eingabe.
display space upon crt.
move 1 to Zeitzaehler.
PERFORM SIMULATION UNTIL Zeitzaehler > ZEITEINHEITEN. Perform Ausgabe.
stop run.
Eingabe.
display space upon crt.
display "Wieviele Schalter hat die Bank (1 - 5) :" at 0513 accept Schalterzahl at 0560.
if schalterzahl < 1 or > 5 then
display "ACHTUNG : Es sind nur Zahlen von 1 bis 5 erlaubt." at 0613
display "Taste ..." at 2165 accept dummy
go to Eingabe end-if.
display "Wie viele Zeiteinheiten (max. 20) :" at 0713.
accept E-Zeiteinheiten at 0759.
move E-Zeiteinheiten to Zeiteinheiten.
If Zeiteinheiten < 1 or > 21 then
display "ACHTUNG : Es sind nur Zahlen von 1 bis 20 erlaubt." at 0812
display "Taste ..." at 2165 accept dummy
display space upon crt go to Eingabe
end-if.
SIMULATION.
display "Zeit in ZE Schalter Wartezeit Bedienungszeit" at 0102.
move 0 to zufall.
call "zufallsz" using zufall. Cancel "zufallsz".
compute zufall = zufall / 10. If zufall < 0,33 then
ADD 1 to Kundensumme Perform ZeitBedienung Perform Schlange Perform Warten
move Zeitzaehler to A-Zeitzaehler
move kuerzeste-Schlange to A-kuerzeste-schlange move Wartezeit to A-Wartezeit
move Bedienungsdauer to A-Bedienungsdauer display Ausgabezeile at Cursor-Position add 100 to Cursor-Position
END-IF.
move 1 to schalternr.
perform until schalternr > Schalterzahl IF Kundenzahl (schalternr) > 0 THEN
add Kundenzahl(schalternr) to Schlangenlaenge(schalternr) subtract 1 from Schalter(schalternr, 1)
IF Schalter(schalternr, 1) = 0 THEN Perform Kunden-nachruecken END-IF
END-IF
add 1 to SCHALTERNR
END-PERFORM.
add 1 To Zeitzaehler. ZeitBedienung.
move 0 to zufall.
call "zufallsz" using zufall.
cancel "Zufallsz". compute zufall = zufall / 10.
Evaluate Zufall
when 0,00 thru 0,1 move 4 to Bedienungsdauer when 0,11 thru 0,2 move 6 to Bedienungsdauer when 0,21 thru 0,4 move 8 to Bedienungsdauer when 0,41 thru 0,6 move 10 to Bedienungsdauer when 0,61 thru 0,8 move 12 to Bedienungsdauer when 0,81 thru 0,9 move 14 to Bedienungsdauer when 0,91 thru 1,0 move 16 to Bedienungsdauer END-Evaluate.
Schlange.
move 1 to kuerzeste-Schlange. move 1 to SCHALTERNR.
perform until SCHALTERNR > Schalterzahl IF Kundenzahl(kuerzeste-Schlange) > Kundenzahl(SCHALTERNR) then move SCHALTERNR to kuerzeste-Schlange END-IF
add 1 to SCHALTERNR end-perform.
add 1 to Kundenzahl(kuerzeste-Schlange).
move kundenzahl(kuerzeste-Schlange) to Kundennr.
move Bedienungsdauer to Schalter(Kuerzeste-Schlange, kundennr).
Warten.
If Kundenzahl(Kuerzeste-Schlange) > 1 Then move 0 to Wartezeit
move 1 to Kundennr
perform until Kundennr > (Kundenzahl(kuerzeste-Schlange) - 1) add Schalter(kuerzeste-schlange, kundennr) to
Wartezeit
add 1 to kundennr end-perform
add Wartezeit to Wartesumme end-if.
Kunden-nachruecken.
subtract 1 from Kundenzahl(SCHALTERNR).
If Kundenzahl(SCHALTERNR) > 0 Then move 1 to KUNDENNR
perform until KUNDENNR > Kundenzahl(schalternr) Move Schalter(SCHALTERNR, KUNDENNR + 1) to Schalter(SCHALTERNR, KUNDENNR ) add 1 to KUNDENNR
end-perform
Move kundenzahl(SCHALTERNR) to KUNDENNR
move 0 to Schalter(SCHALTERNR, KUNDENNR + 1) END-IF.
Ausgabe.
add 100 to cursor-position.
display "Simulierte Zeitspanne : Zeiteinheiten " at cursor-position.
add 30 to cursor-position.
move zeiteinheiten to a-zeiteinheiten.
DISPLAY a-Zeiteinheiten at cursor-position. add 70 to cursor-position.
Display "Gesamtzahl der Kunden : Kunden" at cursor-position.
add 29 to cursor-position.
move kundensumme to a-kundensumme.
display a-Kundensumme at cursor-position. add 71 to Cursor-position.
Display "Mittlere Schlangenlängen : " at cursor-position. add 100 to Cursor-position.
move 1 to SCHALTERNR.
perform until SCHALTERNR > Schalterzahl compute
schlangenlaenge(SCHALTERNR)=
schlangenlaenge(SCHALTERNR) / Zeiteinheiten move SCHALTERNR to A-SCHALTERNR move schlangenlaenge(SCHALTERNR) to a-schlangenlaenge(SCHALTERNR) Display " Schalter : Kunden" at
Cursor-position
add 10 to cursor-position
DISPLAY SCHALTERNR at cursor-position
add 20 to Cursor-position
DISPLAY a-schlangenlaenge(SCHALTERNR) at cursor-position add 70 to cursor-position
add 1 to SCHALTERNR end-perform.
DISPLAY "Mittlere Wartezeit : Zeiteinheiten / Kunde" at Cursor-position.
add 27 to cursor-position.
compute wartesumme ROUNDED = wartesumme / Kundensumme. move wartesumme to a-Wartesumme.
DISPLAY a-wartesumme at cursor-position. TEILSEGMENT 1 :ZUFALLSZ
$SET ANS85
IDENTIFICATION DIVISION. PROGRAM-ID. Zufallszahl. ENVIRONMENT DIVISION. CONFIGURATION SECTION. SPECIAL-NAMES.
DECIMAL-POINT IS COMMA. DATA DIVISION.
WORKING-STORAGE SECTION.
01 zahl1 pic 9(6) value 24298.
01 zahl2 pic 9(6) value 99991.
01 zahl3 pic 9(8) value 199017.
01 anfangswert pic 9(8).
01 rest pic 9(10).
01 rx pic 9(10)V9999999.
01 wert pic 9(10)v9999999.
01 x pic 99999,9999999.
01 zaehler pic 99999 value 0.
01 ganzzahl pic 9(10).
01 wuerfel pic 99999 occurs 6 values 0.
01 prozent pic 99V99 occurs 6 values 0.
01 ergebnis pic 99,99.
01 dummy pic x.
01 laeufe pic 999 value 100. LINKAGE SECTION.
01 zufall PIC 999v999.
PROCEDURE DIVISION USING ZUFALL. HAUPTPROGRAMM.
perform with test after until zaehler = laeufe perform Berechnung
end-perform.
exit program. Berechnung.
accept anfangswert from time. add 1 to zaehler.
compute rx=(zahl1 * anfangswert + zahl2) / zahl3. move rx to ganzzahl.
compute rest rounded = (rx - ganzzahl) * zahl3. move rest to anfangswert.
compute wert = (10 * rest / zahl3). move wert to zufall.
Literatur :
Zur Bearbeitung des o.a. Programms habe ich mich folgender Nachschlagewerke bedient :
Häufig gestellte Fragen zu COBOL - Simulation von Warteschlangen
Was ist das Ziel dieses COBOL-Programms?
Dieses COBOL-Programm simuliert Warteschlangen, ähnlich der Problemstellung in "Informatik - Algorithmen und ihre Programmierung" von Prof. Sieghart Ocker, StD. Lothar Schöttle und StD. Werner Simon. Es zielt darauf ab, das Verhalten von Kunden in einer Schalterhalle zu modellieren.
Welche Fragen werden im Programm beantwortet?
Das Programm versucht, folgende Fragen zu beantworten:
- Wann betritt ein Kunde die Schalterhalle/den Schalter?
- Welchen Schalter wählt der Kunde (der mit der geringsten Anzahl wartender Kunden)?
- Wie lange muss der Kunde bis zu seiner Bedienung warten?
- Wann verlässt der Kunde die Schalter?
Welche Auswertungen werden am Ende des Programms bereitgestellt?
Nach Abschluss der Simulation werden folgende Auswertungen bereitgestellt:
- Ein Überblick über die gewählte Zeitspanne.
- Die Anzahl der in dieser Zeit gekommenen Kunden.
- Durchschnittswerte über die Wartezeit der Kunden.
- Ein Durchschnittswert über die Länge der Warteschlange.
Was sind Zeiteinheiten (ZE) und welche Annahmen werden getroffen?
Die gegebene Zeitspanne wird in Zeiteinheiten (ZE) zerlegt. Es wird angenommen, dass Kunden nur zu Beginn einer Zeiteinheit die Schalterhalle betreten und am Ende einer Zeiteinheit verlassen. Es betritt immer nur ein Kunde die Schalterhalle. Eine ZE entspricht 5 Sekunden.
Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kunde die Halle betritt?
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kunde die Halle betritt, beträgt 1/3. Das bedeutet, dass durchschnittlich alle 3 Zeiteinheiten ein neuer Kunde eintrifft.
Wie werden die Daten verarbeitet (vereinfachte Erklärung)?
Das Programm simuliert das Verhalten von Warteschlangen an mehreren Schaltern. Es berücksichtigt die Bedienungsdauer jedes Kunden und aktualisiert die Warteschlangen nach jeder Zeiteinheit. Kunden rücken in der Warteschlange nach, wenn andere bedient wurden.
Welche COBOL-Elemente werden im Code verwendet?
Der Code verwendet Standard-COBOL-Elemente wie IDENTIFICATION DIVISION, DATA DIVISION, und PROCEDURE DIVISION. Variablen werden deklariert, und interne Unterprogramme werden verwendet, um die Logik zu strukturieren. Zufallszahlen werden generiert um zu simulieren, wann Kunden ankommen und wie lange die Bedienung dauert.
Was ist die Funktion des Unterprogramms "zufallsz"?
Das Unterprogramm "zufallsz" dient zur Generierung von Zufallszahlen, die verwendet werden, um zu bestimmen, wann ein Kunde die Schalterhalle betritt und wie lange die Bedienungsdauer ist.
Welche Literatur wurde für die Erstellung dieses Programms verwendet?
Für die Erstellung des Programms wurden verschiedene Nachschlagewerke verwendet (siehe Abbildung in der Leseprobe).
Was bedeuten die Farben im COBOL-Code?
Im COBOL-Code bedeuten die Farben folgendes: Schwarz für Wörter, die fest zum COBOL-Wortschatz gehören, Blau für Variablen und vom Autor eingefügte Klauseln, Rot für interne Unterprogramme und Grün für Divisionen.
- Quote paper
- Richard-Francisco Kiewert (Author), 1998, Simulation von Warteschlangen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/96294
