LeetCode 17：任务调度器：高效规划 CPU 时间分配

2023-10-22 23:08:17

导言

在计算机科学中，任务调度器是一种至关重要的机制，用于管理和安排计算机系统中进程和任务的执行。任务调度器负责分配 CPU 时间、内存和其他资源，以确保任务高效且公平地完成。在本文中，我们将重点讨论 LeetCode 上的任务调度器问题（第 17 题），该问题是一个经典的算法问题，要求我们找到完成一组任务所需的最小时间，同时考虑每个任务的依赖关系。

问题表述

给定一个包含任务的字符数组和一个整数 k，其中每个任务由一个大写字母表示，k 表示同一任务在连续执行之间必须经过的冷却时间。任务可以按任意顺序执行，并且可以同时执行多个任务。

目标

我们的目标是确定完成所有任务所需的最小时间，同时遵守冷却时间限制。

算法

解决任务调度器问题的最常用算法是使用优先队列。优先队列是一种数据结构，它存储一组元素，并根据某些优先级对它们进行排序。在本例中，我们将使用优先队列来存储等待执行的任务，优先级由任务的冷却时间决定。

算法步骤

将所有任务放入优先队列，冷却时间最小的任务具有最高的优先级。
初始化一个名为 waitTime 的变量，并将其设置为 0。
循环执行以下步骤，直到优先队列为空：
- 从优先队列中取出优先级最高的任务。
- 将 waitTime 增加到当前时间的任务冷却时间。
- 执行该任务。
- 将该任务重新放入优先队列，其冷却时间已重置。
返回 waitTime。

代码示例（C++）

#include <queue>
#include <vector>

class Solution {
public:
    int leastInterval(vector<char>& tasks, int k) {
        // 创建一个优先队列，优先级由冷却时间决定
        priority_queue<pair<int, char>> pq;

        // 将任务及其冷却时间放入优先队列
        for (char task : tasks) {
            pq.push({k, task});
        }

        int waitTime = 0;

        while (!pq.empty()) {
            // 获取优先级最高的任务
            pair<int, char> task = pq.top();
            pq.pop();

            // 将任务执行时间添加到等待时间
            waitTime += task.first + 1;

            // 更新任务的冷却时间
            task.first -= 1;

            // 如果任务的冷却时间大于 0，将其重新放入优先队列
            if (task.first > 0) {
                pq.push(task);
            }
        }

        return waitTime;
    }
};