1226. 哲学家进餐
5 个沉默寡言的哲学家围坐在圆桌前,每人面前一盘意面。叉子放在哲学家之间的桌面上。(5 个哲学家,5 根叉子)
所有的哲学家都只会在思考和进餐两种行为间交替。哲学家只有同时拿到左边和右边的叉子才能吃到面,而同一根叉子在同一时间只能被一个哲学家使用。每个哲学家吃完面后都需要把叉子放回桌面以供其他哲学家吃面。只要条件允许,哲学家可以拿起左边或者右边的叉子,但在没有同时拿到左右叉子时不能进食。
假设面的数量没有限制,哲学家也能随便吃,不需要考虑吃不吃得下。
设计一个进餐规则(并行算法)使得每个哲学家都不会挨饿;也就是说,在没有人知道别人什么时候想吃东西或思考的情况下,每个哲学家都可以在吃饭和思考之间一直交替下去。
问题描述和图片来自维基百科 wikipedia.org
哲学家从 0 到 4 按 顺时针 编号。请实现函数 void wantsToEat(philosopher, pickLeftFork, pickRightFork, eat, putLeftFork, putRightFork)
:
philosopher
哲学家的编号。pickLeftFork
和 pickRightFork
表示拿起左边或右边的叉子。eat
表示吃面。putLeftFork
和 putRightFork
表示放下左边或右边的叉子。给你 5 个线程,每个都代表一个哲学家,请你使用类的同一个对象来模拟这个过程。在最后一次调用结束之前,可能会为同一个哲学家多次调用该函数。
示例:
输入:n = 1 输出:[[4,2,1],[4,1,1],[0,1,1],[2,2,1],[2,1,1],[2,0,3],[2,1,2],[2,2,2],[4,0,3],[4,1,2],[0,2,1],[4,2,2],[3,2,1],[3,1,1],[0,0,3],[0,1,2],[0,2,2],[1,2,1],[1,1,1],[3,0,3],[3,1,2],[3,2,2],[1,0,3],[1,1,2],[1,2,2]] 解释: n 表示每个哲学家需要进餐的次数。 输出数组描述了叉子的控制和进餐的调用,它的格式如下: output[i] = [a, b, c] (3个整数) - a 哲学家编号。 - b 指定叉子:{1 : 左边, 2 : 右边}. - c 指定行为:{1 : 拿起, 2 : 放下, 3 : 吃面}。 如 [4,2,1] 表示 4 号哲学家拿起了右边的叉子。
提示:
1 <= n <= 60
原站题解
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class DiningPhilosophers { public: //一次性获取两把筷子 mutex mx; DiningPhilosophers() { } void wantsToEat(int philosopher, function<void()> pickLeftFork, function<void()> pickRightFork, function<void()> eat, function<void()> putLeftFork, function<void()> putRightFork) { unique_lock<mutex> lock(mx); pickLeftFork(),pickRightFork(),eat(),putLeftFork(),putRightFork(); } };
cpp 解法, 执行用时: 92 ms, 内存消耗: 11.1 MB, 提交时间: 2023-10-28 10:37:26
class DiningPhilosophers { public: mutex mu[5]; DiningPhilosophers() { } void wantsToEat(int philosopher, function<void()> pickLeftFork, function<void()> pickRightFork, function<void()> eat, function<void()> putLeftFork, function<void()> putRightFork) { int left_stick = philosopher; int right_stick = (philosopher + 1) % 5; if(left_stick > right_stick) swap(left_stick, right_stick); // 总是先获取序号小的筷子 lock_guard<mutex> lock(mu[left_stick]); lock_guard<mutex> lock1(mu[right_stick]); pickLeftFork(); pickRightFork(); eat(); putLeftFork(); putRightFork(); } };
cpp 解法, 执行用时: 96 ms, 内存消耗: 11.1 MB, 提交时间: 2023-10-28 10:37:07
class DiningPhilosophers { public: DiningPhilosophers() { } void wantsToEat(int philosopher, function<void()> pickLeftFork, function<void()> pickRightFork, function<void()> eat, function<void()> putLeftFork, function<void()> putRightFork) { int l = philosopher; int r = (philosopher+1)%5; if(philosopher%2 == 0){ lock[r].lock(); lock[l].lock(); pickLeftFork(); pickRightFork(); }else{ lock[l].lock(); lock[r].lock(); pickLeftFork(); pickRightFork(); } eat(); putRightFork(); putLeftFork(); lock[l].unlock(); lock[r].unlock(); } private: std::mutex lock[5]; };
cpp 解法, 执行用时: 96 ms, 内存消耗: 11.1 MB, 提交时间: 2023-10-28 10:36:36
class DiningPhilosophers { public: DiningPhilosophers() { } void wantsToEat(int philosopher, function<void()> pickLeftFork, function<void()> pickRightFork, function<void()> eat, function<void()> putLeftFork, function<void()> putRightFork) { int l = philosopher; int r = (philosopher+1)%5; guid.lock(); lock[l].lock(); lock[r].lock(); pickLeftFork(); pickRightFork(); guid.unlock(); eat(); putRightFork(); putLeftFork(); lock[l].unlock(); lock[r].unlock(); } private: std::mutex lock[5]; std::mutex guid; };
cpp 解法, 执行用时: 120 ms, 内存消耗: 11.5 MB, 提交时间: 2023-10-28 10:36:14
class Semaphore { public: Semaphore(int count = 0) : count_(count) { } void Set(int count){ count_ = count; } void Signal() { std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_); ++count_; cv_.notify_one(); } void Wait() { std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_); while(count_ <= 0){ cv_.wait(lock); } --count_; } private: std::mutex mutex_; std::condition_variable cv_; int count_; }; class DiningPhilosophers { public: DiningPhilosophers() { guid.Set(4); } void wantsToEat(int philosopher, function<void()> pickLeftFork, function<void()> pickRightFork, function<void()> eat, function<void()> putLeftFork, function<void()> putRightFork) { int l = philosopher; int r = (philosopher+1)%5; guid.Wait(); lock[l].lock(); lock[r].lock(); pickLeftFork(); pickRightFork(); eat(); putRightFork(); putLeftFork(); lock[r].unlock(); lock[l].unlock(); guid.Signal(); } private: std::mutex lock[5]; Semaphore guid; };
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class DiningPhilosophers { //1个Fork视为1个ReentrantLock,5个叉子即5个ReentrantLock,将其都放入数组中 private final ReentrantLock[] lockList = {new ReentrantLock(), new ReentrantLock(), new ReentrantLock(), new ReentrantLock(), new ReentrantLock()}; public DiningPhilosophers() { } // call the run() method of any runnable to execute its code public void wantsToEat(int philosopher, Runnable pickLeftFork, Runnable pickRightFork, Runnable eat, Runnable putLeftFork, Runnable putRightFork) throws InterruptedException { int leftFork = (philosopher + 1) % 5; //左边的叉子 的编号 int rightFork = philosopher; //右边的叉子 的编号 //编号为偶数的哲学家,优先拿起左边的叉子,再拿起右边的叉子 if (philosopher % 2 == 0) { lockList[leftFork].lock(); //拿起左边的叉子 lockList[rightFork].lock(); //拿起右边的叉子 } //编号为奇数的哲学家,优先拿起右边的叉子,再拿起左边的叉子 else { lockList[rightFork].lock(); //拿起右边的叉子 lockList[leftFork].lock(); //拿起左边的叉子 } pickLeftFork.run(); //拿起左边的叉子 的具体执行 pickRightFork.run(); //拿起右边的叉子 的具体执行 eat.run(); //吃意大利面 的具体执行 putLeftFork.run(); //放下左边的叉子 的具体执行 putRightFork.run(); //放下右边的叉子 的具体执行 lockList[leftFork].unlock(); //放下左边的叉子 lockList[rightFork].unlock(); //放下右边的叉子 } }
java 解法, 执行用时: 10 ms, 内存消耗: 43.4 MB, 提交时间: 2023-10-28 10:35:27
class DiningPhilosophers { //只允许1个哲学家就餐 private ReentrantLock pickBothForks = new ReentrantLock(); public DiningPhilosophers() { } // call the run() method of any runnable to execute its code public void wantsToEat(int philosopher, Runnable pickLeftFork, Runnable pickRightFork, Runnable eat, Runnable putLeftFork, Runnable putRightFork) throws InterruptedException { int leftFork = (philosopher + 1) % 5; //左边的叉子 的编号 int rightFork = philosopher; //右边的叉子 的编号 pickBothForks.lock(); //进入临界区 pickLeftFork.run(); //拿起左边的叉子 的具体执行 pickRightFork.run(); //拿起右边的叉子 的具体执行 eat.run(); //吃意大利面 的具体执行 putLeftFork.run(); //放下左边的叉子 的具体执行 putRightFork.run(); //放下右边的叉子 的具体执行 pickBothForks.unlock(); //退出临界区 } }
java 解法, 执行用时: 10 ms, 内存消耗: 43.4 MB, 提交时间: 2023-10-28 10:35:16
class DiningPhilosophers { //1个Fork视为1个ReentrantLock,5个叉子即5个ReentrantLock,将其都放入数组中 private final ReentrantLock[] lockList = {new ReentrantLock(), new ReentrantLock(), new ReentrantLock(), new ReentrantLock(), new ReentrantLock()}; //让 1个哲学家可以 “同时”拿起2个叉子(搞个临界区) private ReentrantLock pickBothForks = new ReentrantLock(); public DiningPhilosophers() { } // call the run() method of any runnable to execute its code public void wantsToEat(int philosopher, Runnable pickLeftFork, Runnable pickRightFork, Runnable eat, Runnable putLeftFork, Runnable putRightFork) throws InterruptedException { int leftFork = (philosopher + 1) % 5; //左边的叉子 的编号 int rightFork = philosopher; //右边的叉子 的编号 pickBothForks.lock(); //进入临界区 lockList[leftFork].lock(); //拿起左边的叉子 lockList[rightFork].lock(); //拿起右边的叉子 pickLeftFork.run(); //拿起左边的叉子 的具体执行 pickRightFork.run(); //拿起右边的叉子 的具体执行 pickBothForks.unlock(); //退出临界区 eat.run(); //吃意大利面 的具体执行 putLeftFork.run(); //放下左边的叉子 的具体执行 putRightFork.run(); //放下右边的叉子 的具体执行 lockList[leftFork].unlock(); //放下左边的叉子 lockList[rightFork].unlock(); //放下右边的叉子 } }
java 解法, 执行用时: 11 ms, 内存消耗: 43.5 MB, 提交时间: 2023-10-28 10:35:03
class DiningPhilosophers { //1个Fork视为1个ReentrantLock,5个叉子即5个ReentrantLock,将其都放入数组中 private final ReentrantLock[] lockList = {new ReentrantLock(), new ReentrantLock(), new ReentrantLock(), new ReentrantLock(), new ReentrantLock()}; //限制 最多只有4个哲学家去持有叉子 private Semaphore eatLimit = new Semaphore(4); public DiningPhilosophers() { } // call the run() method of any runnable to execute its code public void wantsToEat(int philosopher, Runnable pickLeftFork, Runnable pickRightFork, Runnable eat, Runnable putLeftFork, Runnable putRightFork) throws InterruptedException { int leftFork = (philosopher + 1) % 5; //左边的叉子 的编号 int rightFork = philosopher; //右边的叉子 的编号 eatLimit.acquire(); //限制的人数 -1 lockList[leftFork].lock(); //拿起左边的叉子 lockList[rightFork].lock(); //拿起右边的叉子 pickLeftFork.run(); //拿起左边的叉子 的具体执行 pickRightFork.run(); //拿起右边的叉子 的具体执行 eat.run(); //吃意大利面 的具体执行 putLeftFork.run(); //放下左边的叉子 的具体执行 putRightFork.run(); //放下右边的叉子 的具体执行 lockList[leftFork].unlock(); //放下左边的叉子 lockList[rightFork].unlock(); //放下右边的叉子 eatLimit.release();//限制的人数 +1 } }
python3 解法, 执行用时: 92 ms, 内存消耗: 15.9 MB, 提交时间: 2022-08-26 15:33:24
from threading import Lock, Semaphore class DiningPhilosophers: def __init__(self): self.Limit = Semaphore(4) # 限制最多4个人就餐 self.ForkLocks = [Lock() for _ in range(5)] # 叉子锁 def wantsToEat(self, philosopher: int, pickLeftFork: 'Callable[[], None]', pickRightFork: 'Callable[[], None]', eat: 'Callable[[], None]', putLeftFork: 'Callable[[], None]', putRightFork: 'Callable[[], None]') -> None: # 左右叉子的编号 right_fork = philosopher left_fork = (philosopher + 1) % 5 # 就餐人数减一 self.Limit.acquire() # 拿起叉子 self.ForkLocks[right_fork].acquire() self.ForkLocks[left_fork].acquire() pickLeftFork() pickRightFork() eat() putLeftFork() putRightFork() #放下叉子 self.ForkLocks[right_fork].release() self.ForkLocks[left_fork].release() #就餐人数加一 self.Limit.release()
python3 解法, 执行用时: 84 ms, 内存消耗: 15.9 MB, 提交时间: 2022-08-26 15:04:58
from threading import Lock class DiningPhilosophers: def __init__(self): self.lock = Lock() def wantsToEat(self, philosopher: int, pickLeftFork: 'Callable[[], None]', pickRightFork: 'Callable[[], None]', eat: 'Callable[[], None]', putLeftFork: 'Callable[[], None]', putRightFork: 'Callable[[], None]') -> None: self.lock.acquire() pickLeftFork() pickRightFork() eat() putLeftFork() putRightFork() self.lock.release()
python3 解法, 执行用时: 72 ms, 内存消耗: 15.8 MB, 提交时间: 2022-08-26 15:04:25
from threading import Lock class DiningPhilosophers: def __init__(self): self.ForkLocks = [Lock() for _ in range(5)] # 叉子锁 def wantsToEat(self, philosopher: int, pickLeftFork: 'Callable[[], None]', pickRightFork: 'Callable[[], None]', eat: 'Callable[[], None]', putLeftFork: 'Callable[[], None]', putRightFork: 'Callable[[], None]') -> None: # 左右叉子的编号 right_fork = philosopher left_fork = (philosopher + 1) % 5 # 偶数编号的先拿右边叉子 if philosopher % 2 == 0: self.ForkLocks[right_fork].acquire() self.ForkLocks[left_fork].acquire() #奇数编号的先拿左边叉子 else: self.ForkLocks[left_fork].acquire() self.ForkLocks[right_fork].acquire() pickLeftFork() pickRightFork() eat() putLeftFork() putRightFork() self.ForkLocks[right_fork].release() self.ForkLocks[left_fork].release()