Este projeto foi inicialmente concebido pelos profs. Fabiano Silva, Luis Bona e Marcos Castilho para as disciplinas CI1001 e CI067, levemente inspirada na série de TV The Boys. Esta página descreve uma versão modificada do projeto original.
Este projeto consiste em simular um mundo com heróis, bases e missões. Cada herói possui um conjunto de habilidades (vôo, invisibilidade, visão de raios X, superaudição, etc.), um nível de experiência e outros atributos.
As bases estão espalhadas pelo mundo e os heróis se deslocam periodicamente entre elas. Cada base possui uma lotação máxima e uma fila de espera; ao chegar na base, o herói pode decidir entre esperar na fila ou desistir, viajando para outra base. Cada base possui um porteiro que gerencia a entrada/saída dos heróis e a fila de espera.
Esporadicamente surgem missões em locais aleatórios desse mundo; cada missão exige um conjunto de habilidades específicas. A missão pode ser atendida por uma equipe de heróis que se encontre em uma base, desde que os heróis da equipe tenham, em conjunto, as habilidades requeridas. Ao ser escolhido para participar de uma missão, cada herói recebe pontos de experiência.
Este projeto consiste em simular a dinâmica desse mundo durante um ano (525.600 minutos). Ao final, a simulação deve apresentar o número de missões cumpridas (pontos ganhos) por cada herói e outras estatísticas.
Simular é construir e executar um modelo computacional que imita de forma aproximada a realidade e sua evolução ao longo do tempo. A simulação é uma ferramenta muito usada no estudo de fenômenos naturais, como técnica de ensino (oferecendo para os alunos um ambiente onde é possı́vel experimentar e errar sem as consequências do ambiente real) e também em muitos jogos eletrônicos. A simulação de eventos discretos (SED) é uma forma de simulação que modela a dinâmica de um sistema como uma sequência de eventos ocorrendo ao longo do tempo.
O modelo de simulação possui uma estrutura estática e uma estrutura dinâmica:
Um simulador é um programa que executa os eventos em sequência e evolui o modelo de simulação no tempo. Para isso, ele mantém um relógio global, representando o tempo atual no modelo, e uma Lista de Eventos Futuros (LEF), que é basicamente uma fila de prioridades ordenada por datas de ocorrência crescentes, como em uma agenda:
10:00 ir ao dentista : (aqui está no dentista) 11:45 voltar do dentista 12:00 almoçar : (aqui está almoçando) 13:00 ir à UFPR 13:30 ir à aula de Cálculo : (aqui está na aula) 15:20 sair da aula de Cálculo 15:30 ir à aula de Programação : (aqui está na aula) 17:30 sair da aula de Programação 18:00 voltar para casa : (aqui está voltando para casa) ...
O relógio do simulador geralmente é um número inteiro que representa o tempo no sistema simulado e não tem relação direta com o tempo físico. Dependendo do modelo, cada unidade de tempo simulado pode representar microssegundos (em uma simulação de circuitos lógicos), minutos (simulação de tráfego) ou mesmo milhares de anos (simulação geológica).
Executar a simulação consiste basicamente em processar os eventos em sequência. O processamento de um evento pode alterar o estado do sistema e criar novos eventos no futuro. O estado do sistema não é alterado entre dois eventos, por isso o relógio do simulador pode saltar diretamente de um evento para o próximo. Dessa forma, o ciclo básico de funcionamento do simulador é bem simples:
Dessa forma, uma simulação pode ser traduzida no seguinte pseudocódigo:
iniciar as entidades e atributos do mundo criar a fila de eventos futuros criar os eventos iniciais relógio = 0 repetir ev = 1º evento da lista de eventos futuros relógio = tempo (ev) caso tipo (ev) seja: EV1: executa evento 1 EV2: executa evento 2 EV3: executa evento 3 ... fim até o fim da simulação apresentar resultados
Nosso mundo simulado é composto de diversos tipos de entidades, cada uma com seus próprios atributos:
Herói (H): representa cada herói:
Base (B): Representa cada local frequentado pelos heróis para formar equipes; cada base tem uma localização em um plano cartesiano, tem uma lotação, pode estar cheia e possui uma fila de espera:
Missão (M): representa cada missão:
Mundo (W): O mundo é definido pelas entidades acima e algumas informações gerais:
Os eventos implementam as mudanças de estado que fazem evoluir a simulação. Cada evento tem um instante de ocorrência, pode consultar e alterar variáveis (atributos das entidades) e pode criar outros eventos no presente ou no futuro.
Representa um herói H chegando em uma base B no instante T. Ao chegar, o herói analisa o tamanho da fila e decide se espera para entrar ou desiste:
CHEGA (T, H, B): atualiza base de H se há vagas em B e a fila de espera em B está vazia: espera = true senão: espera = (paciência de H) > (10 * tamanho da fila em B) se espera: cria e insere na LEF o evento ESPERA (agora, H, B) senão: cria e insere na LEF o evento DESISTE (agora, H, B)
O herói H entra na fila de espera da base B. Assim que H entrar na fila, o porteiro da base B deve ser avisado para verificar a fila:
ESPERA (T, H, B): adiciona H ao fim da fila de espera de B cria e insere na LEF o evento AVISA (agora, B)
O herói H desiste de entrar na base B, escolhe uma base aleatória D e viaja para lá:
DESISTE (T, H, B): escolhe uma base destino D aleatória cria e insere na LEF o evento VIAJA (agora, H, D)
O porteiro da base B trata a fila de espera:
AVISA (T, B): enquanto houver vaga em B e houver heróis esperando na fila: retira primeiro herói (H') da fila de B adiciona H' ao conjunto de heróis presentes em B cria e insere na LEF o evento ENTRA (agora, H', B)
O herói H entra na base B. Ao entrar, o herói decide quanto tempo vai ficar e agenda sua saída da base:
ENTRA (T, H, B): calcula TPB = tempo de permanência na base: TPB = 15 + paciência de H * aleatório [1...20] cria e insere na LEF o evento SAI (agora + TPB, H, B)
O herói H sai da base B. Ao sair, escolhe uma base de destino para viajar; o porteiro de B é avisado, pois uma vaga foi liberada:
SAI (T, H, B): retira H do conjunto de heróis presentes em B escolhe uma base destino D aleatória cria e insere na LEF o evento VIAJA (agora, H, D) cria e insere na LEF o evento AVISA (agora, B)
O herói H se desloca para uma base D (que pode ser a mesma onde já está):
VIAJA (T, H, D): calcula duração da viagem: distância = distância cartesiana entre a base atual de H e a base D duração = distância / velocidade de H cria e insere na LEF o evento CHEGA (agora + duração, H, D)
O herói H morre no instante T.
MORRE (T, H, B): retira H do conjunto de heróis presentes em B muda o status de H para morto cria e insere na LEF o evento AVISA (agora, B)
Uma missão M é disparada no instante T. São características de uma missão:
MISSAO (T, M): calcula a distância de cada base ao local da missão M encontra BMP = base mais próxima da missão cujos heróis possam cumpri-la se houver uma BMP: marca a missão M como cumprida para cada herói H presente na BMP: risco = perigo (M) / (paciência (H) + experiência (H) + 1.0) se risco > aleatório (0, 30): cria e insere na LEF o evento MORRE (agora, H) senão: incrementa a experiência de H senão: cria e insere na LEF o evento MISSAO (T + 24*60, M) para o dia seguinte
Encerra a simulação no instante T:
FIM (T): encerra a simulação apresenta estatísticas dos heróis apresenta estatísticas das bases apresenta estatísticas das missões
Inicialização do mundo virtual:
Tempo inicial: T_INICIO = 0 Tempo final (minutos): T_FIM_DO_MUNDO = 525600 Tamanho do mundo: N_TAMANHO_MUNDO = 20000 Número de habilidades: N_HABILIDADES = 10 Número de heróis: N_HEROIS = N_HABILIDADES * 5 Número de bases: N_BASES = N_HEROIS / 5 Número de missões: N_MISSOES = T_FIM_DO_MUNDO / 100
Inicialização de cada herói:
id = número sequencial [0...N_HEROIS-1] experiência = 0 paciência = número aleatório [0...100] velocidade = número aleatório [50...5000] // em metros/minuto = 3 Km/h a 300 Km/h habilidades = conjunto com tamanho aleatório [1...3] de habilidades aleatórias
Observe que cada herói possui entre 1 e 3 habilidades distintas, escolhidas aleatoriamente entre as habilidades possíveis.
Inicialização de cada base:
id = número sequencial [0...N_BASES-1] local = par de números aleatórios [0...N_TAMANHO_MUNDO-1] lotação = número aleatório [3...10] presentes = conjunto vazio (com capacidade para armazenar IDs de heróis até a lotação da base) espera = fila vazia
Inicialização de cada missão:
id = número sequencial [0...N_MISSOES-1] local = par de números aleatórios [0...N_TAMANHO_MUNDO-1] habilidades = conjunto com tamanho aleatório [6...10] de habilidades aleatórias perigo = número aleatório [0...100]
Antes de iniciar a simulação, é necessário criar e inserir na LEF alguns eventos iniciais. Esses eventos serão em seguida processados e poderão gerar novos eventos, o que fará avançar a simulação.
Cada herói chegará em uma base aleatória em algum momento dos três primeiros dias de simulação:
para cada herói H: base = número aleatório [0...N_BASES-1] tempo = número aleatório [0...4320] // 4320 = 60*24*3 = 3 dias criar e inserir na LEF o evento CHEGA (tempo, H, base)
Cada missão deve ser agendada para ocorrer em algum momento da simulação:
para cada missão M: tempo = número aleatório [0...T_FIM_DO_MUNDO] criar e inserir na LEF o evento MISSÃO (tempo, M)
O evento FIM deve ser agendado para o instante final da simulação:
tempo = T_FIM_DO_MUNDO criar e inserir na LEF o evento FIM (tempo)
Nenhuma divindade virtual se sente realizada sem conhecimento do que as pessoas de seu mundo estão fazendo. Por isso, nossa simulação deve imprimir algumas informações durante o processamento dos eventos. Essas mensagens também podem ser úteis no processo de depuração do código.
As seguintes mensagens devem ser geradas durante a execução dos eventos, com os formatos de impressão especificados:
45844: CHEGA HEROI 0 BASE 2 ( 7/ 9) ESPERA ou 45844: CHEGA HEROI 0 BASE 2 ( 7/ 9) DESISTE %6d: CHEGA HEROI %2d BASE %d (%2d/%2d) ESPERA %6d: CHEGA HEROI %2d BASE %d (%2d/%2d) DESISTE
Significado: no instante 45844 o herói 0 chega à entrada da base 2, que já tem 7 heróis presentes (sem contar ele) e lotação de 9 heróis. A mensagem informa também se o herói decidiu esperar para entrar ou desistiu.
45844: ESPERA HEROI 0 BASE 2 ( 4) %6d: ESPERA HEROI %2d BASE %d (%2d)
Significado: no instante 45844 o herói 0 entra na fila de espera da base 2, que já tem 4 heróis aguardando na fila (sem contar ele).
45844: DESIST HEROI 0 BASE 2 %6d: DESIST HEROI %2d BASE %d
Significado: no instante 45844 o herói 0 desiste de entrar na base 2.
45844: AVISA PORTEIRO BASE 2 ( 7/ 9) FILA [ 30 17 04 23 0 ] 45844: AVISA PORTEIRO BASE 2 ADMITE 30 45844: AVISA PORTEIRO BASE 2 ADMITE 17 %6d: AVISA PORTEIRO BASE %d (%2d/%2d) FILA [ %2d %2d ... ] %6d: AVISA PORTEIRO BASE %d ADMITE %2d
Significado:
45844: ENTRA HEROI 30 BASE 2 ( 8/ 9) SAI 46101 %6d: ENTRA HEROI %2d BASE %d (%2d/%2d) SAI %d
Significado: no instante 45844 o herói 30 entra na base 2, que passa a ter 8 presentes e lotação de 9; sua saída da base está agendada para o instante 46101.
46101: SAI HEROI 30 BASE 2 ( 7/9) %6d: SAI HEROI %2d BASE %d (%2d/%2d)
Significado: no instante 46101 o herói 30 sai da base 2, que passa a ter 7 heróis presentes e lotação de 9.
46101: VIAJA HEROI 30 BASE 2 BASE 6 DIST 6922 VEL 4763 CHEGA 46102 %6d: VIAJA HEROI %2d BASE %d BASE %d DIST %d VEL %d CHEGA %d
Significado: no instante 46101 o herói 30 inicia uma viagem da base 2 à base 6, com distância 6922 m, velocidade 4763 m/min e chegada prevista no instante 46102.
46101: MORRE HEROI 27 MISSAO 3186 %6d: MORRE HEROI %2d MISSAO %d
Significado: no instante 46101 o herói 27 morre, após participar da missão 3186.
Cada evento MISSÃO deve gerar ao menos estas mensagens:
120037: MISSAO 4150 TENT 1 HAB REQ: [ 0 2 3 4 6 7 8 9 ] ... (msgs de depuração, vide abaixo) 120037: MISSAO 4150 CUMPRIDA BASE 7 HABS: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ] ou, caso não exista base com equipe apta: 120037: MISSAO 4150 IMPOSSIVEL %6d: MISSAO %d TENT %d HAB REQ: [ %d %d ... ] %6d: MISSAO %d CUMPRIDA BASE %d HABS: [ %d %d ... ] ou %6d: MISSAO %d IMPOSSIVEL
Significado:
Além das mensagens acima, recomenda-se fortemente gerar mensagens de depuração, detalhando como as bases são analisadas para encontrar a base mais próxima capaz de atender a missão:
120037: MISSAO 4150 BASE 1 DIST 6461 HEROIS [ 2 6 25 47 48 ] 120037: MISSAO 4150 HAB HEROI 2: [ 0 9 ] 120037: MISSAO 4150 HAB HEROI 6: [ 8 ] 120037: MISSAO 4150 HAB HEROI 25: [ 3 7 ] 120037: MISSAO 4150 HAB HEROI 47: [ 0 1 ] 120037: MISSAO 4150 HAB HEROI 48: [ 6 ] 120037: MISSAO 4150 UNIAO HAB BASE 1: [ 0 1 3 6 7 8 9 ] ... 120037: MISSAO 4150 BASE 7 DIST 9867 HEROIS [ 16 21 22 23 24 31 33 46 ] 120037: MISSAO 4150 HAB HEROI 16: [ 3 4 8 ] ... 120037: MISSAO 4150 HAB HEROI 46: [ 2 ] 120037: MISSAO 4150 UNIAO HAB BASE 7: [ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ] 120037: MISSAO 4150 CUMPRIDA BASE 7 %6d: MISSAO %d BASE %d DIST %d HEROIS [ %d %d ... ] %6d: MISSAO %d HAB HEROI %2d: [ %d ... ] %6d: MISSAO %d UNIAO HAB BASE %d: [ %d %d ... ]
Significado:
O evento FIM encerra a simulação, gerando um relatório com informações sobre heróis, bases e missões:
525600: FIM HEROI 0 VIVO PAC 32 VEL 3879 EXP 441 HABS [ 2 9 ] ... (repete para todos os heróis) BASE 0 LOT 7 FILA MAX 3 MISSOES 434 ... (repete para todas as bases) EVENTOS TRATADOS: 285540 MISSOES CUMPRIDAS: 4925/5256 (93.7%) TENTATIVAS/MISSAO: MIN 1, MAX 313, MEDIA 26.0 TAXA MORTALIDADE: 52.0% HEROI %2d VIVO PAC %3d VEL %4d EXP %4d HABS [ %d %d ... ] HEROI %2d MORTO PAC %3d VEL %4d EXP %4d HABS [ %d %d ... ] BASE %2d LOT %2d FILA MAX %2d MISSOES %d EVENTOS TRATADOS: %d MISSOES CUMPRIDAS: %d/%d (%.1f%%) TENTATIVAS/MISSAO: MIN %d, MAX %d, MEDIA %.1f TAXA MORTALIDADE: %.1f%%
Significado:
O arquivo theboys.tgz contém os arquivos necessários para iniciar o desenvolvimento do projeto:
conjunto.h
: interface do TAD Conjunto de Inteiros (não deve ser alterado) conjunto.o
: implementação do TAD Conjunto de Inteiros (arquivo-objeto) fprio.h
: interface do TAD Fila de Prioridades (TP5) (não deve ser alterado) fprio.c
: implementação do TAD Fila de Prioridades (TP5)lista.h
: interface do TAD Lista de Inteiros (TP4), (não deve ser alterado) lista.c
: implementação do TAD Lista de Inteiros (TP4)makefile
: arquivo do Make para a compilaçãotheboys.c
: esqueleto do programa principal, a completarSão requisitos para atribuição de notas a este trabalho:
makefile
para facilitar a compilação.make
e deverão obter o arquivo executável funcional com a sua solução.theboys
, deverá estar no subdiretório theboys/
;-Wall -Werror -Wextra -std=c99 -g
.Sobre o arquivo de entrega:
theboys.tgz
);.tgz
deve ser criado assim:theboys/
, execute:make clean cd .. tar zcvf theboys.tgz theboys
theboys.tgz
? .c
, .h
e o makefile
;cpu1
). Por isso, antes de entregar seu trabalho teste-o em máquinas do DINF para garantir que ele funcione bem.Organize seu desenvolvimento da seguinte forma:
_imprime
, _cria
, _insere
, _retira
, …theboys.c
:printf
do mesmo
O arquivo makefile
, além dos alvos usuais, contém o alvo make tgz
, que constrói o arquivo final para entregar o projeto.
Uma simulação pode processar um grande número de eventos e gerar uma saída enorme. Este arquivo contém um exemplo simplificado de saída, com as primeiras 5.000 linhas e as últimas 5.000 linhas de uma execução cuja saída completa tem 6,3 milhões de linhas.
Devido ao seu tamanho, a análise manual de uma saída de simulação completa pode ser inviável. Por isso, aconselha-se o uso de ferramentas do shell UNIX para filtrar as linhas de interesse na saída. O comando grep
permite filtrar linhas que contenham uma determinada sequência de caracteres (string).
Por exemplo, para filtrar as linhas da saída que mostrem eventos relacionados ao herói 37, pode-se usar este comando:
$ ./theboys | grep "HEROI 37" | more 1303: CHEGA HEROI 37 BASE 7 (10/16) ESPERA 1303: ESPERA HEROI 37 BASE 7 (10) 1303: ENTRA HEROI 37 BASE 7 (11/16) SAI 1928 1928: SAI HEROI 37 BASE 7 ( 8/16) 1928: VIAJA HEROI 37 BASE 7 BASE 1 DIST 6536 VEL 3082 CHEGA 1930 1930: CHEGA HEROI 37 BASE 1 ( 6/25) ESPERA ...
Para filtrar as linhas relativas ao evento CHEGA na base 3:
$ ./theboys | grep ": CHEGA" | grep "BASE 3" | more 8: CHEGA HEROI 36 BASE 3 ( 0/29) ESPERA 174: CHEGA HEROI 34 BASE 3 ( 1/29) ESPERA 275: CHEGA HEROI 9 BASE 3 ( 1/29) ESPERA 529: CHEGA HEROI 34 BASE 3 ( 1/29) ESPERA 593: CHEGA HEROI 34 BASE 3 ( 1/29) ESPERA 597: CHEGA HEROI 44 BASE 3 ( 2/29) ESPERA ...
Por ser uma simulação e usar muitos números aleatórios, os resultados finais podem variam muito entre as implementações. A tabela abaixo traz valores estatísticos obtidos de 5.000 execuções do programa, com várias sementes aleatórias. Ela fornece uma ideia dos resultados esperados:
Resultado | Média | Mínimo | Máximo | Coef variação |
---|---|---|---|---|
Eventos tratados | 382.943 | 178.980 | 1.123.966 | 37,5% |
Taxa de mortalidade | 40% | 18% | 64% | 17,6% |
Missões cumpridas | 85,9% | 5,3% | 99,5% | 17,0% |
Média de tentativas por missão | 37,7 | 4,0 | 171,6 | 74,1% |