[Programmers] 힙(heap) - 디스크 컨트롤러

해당 글은 프로그래머스의 코딩 문제를 풀고 작성했습니다. 
프로그래머스 - 디스크 컨트롤러: 

문제 설명

하드디스크는 한 번에 하나의 작업만 수행할 수 있습니다. 디스크 컨트롤러를 구현하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 가장 일반적인 방법은 요청이 들어온 순서대로 처리하는 것입니다.

예를들어

- 0ms 시점에 3ms가 소요되는 A작업 요청
- 1ms 시점에 9ms가 소요되는 B작업 요청
- 2ms 시점에 6ms가 소요되는 C작업 요청

와 같은 요청이 들어왔습니다. 이를 그림으로 표현하면 아래와 같습니다.

한 번에 하나의 요청만을 수행할 수 있기 때문에 각각의 작업을 요청받은 순서대로 처리하면 다음과 같이 처리 됩니다.

- A: 3ms 시점에 작업 완료 (요청에서 종료까지 : 3ms)
- B: 1ms부터 대기하다가, 3ms 시점에 작업을 시작해서 12ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 11ms)
- C: 2ms부터 대기하다가, 12ms 시점에 작업을 시작해서 18ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 16ms)

이 때 각 작업의 요청부터 종료까지 걸린 시간의 평균은 10ms(= (3 + 11 + 16) / 3)가 됩니다.

하지만 A → C → B 순서대로 처리하면

- A: 3ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 3ms)
- C: 2ms부터 대기하다가, 3ms 시점에 작업을 시작해서 9ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 7ms)
- B: 1ms부터 대기하다가, 9ms 시점에 작업을 시작해서 18ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 17ms)

이렇게 A → C → B의 순서로 처리하면 각 작업의 요청부터 종료까지 걸린 시간의 평균은 9ms(= (3 + 7 + 17) / 3)가 됩니다.

각 작업에 대해 [작업이 요청되는 시점, 작업의 소요시간]을 담은 2차원 배열 jobs가 매개변수로 주어질 때, 작업의 요청부터 종료까지 걸린 시간의 평균을 가장 줄이는 방법으로 처리하면 평균이 얼마가 되는지 return 하도록 solution 함수를 작성해주세요. (단, 소수점 이하의 수는 버립니다)

제한 사항

• jobs의 길이는 1 이상 500 이하입니다.
• jobs의 각 행은 하나의 작업에 대한 [작업이 요청되는 시점, 작업의 소요시간] 입니다.
• 각 작업에 대해 작업이 요청되는 시간은 0 이상 1,000 이하입니다.
• 각 작업에 대해 작업의 소요시간은 1 이상 1,000 이하입니다.
• 하드디스크가 작업을 수행하고 있지 않을 때에는 먼저 요청이 들어온 작업부터 처리합니다.

입출력 예

jobs	return
[[0, 3], [1, 9], [2, 6]]	9

 

실행 코드

참고 코드(shorted job first 알고리즘) - https://esoongan.tistory.com/182
참고 개념(shorted job first 알고리즘) - https://green-late7.tistory.com/99
참고 코드(heapq 사용) - https://gurumee92.tistory.com/173
참고 코드(heapq 사용) - https://dev-note-97.tistory.com/150
참고 블로그 - https://codingdog.tistory.com/entry/파이썬의-listpop0을-쓰면-안-되나요

아직 heapq 개념이 제대로 이해가 되지 않아서 참고 코드에 주석을 달면서 해당 문제를 공부했습니다. 해당 문제는 다른 분들의 풀이 코드를 살펴보니 꼭 heap으로 풀지 않아도 stack으로 shorted job first 알고리즘으로도 충분히 통과할 수 있는 문제였습니다. jobs 길이가 최대 500이다보니, 최소힙 없이 list만으로도 푸는 분도 있었습니다.

import heapq
from collections import deque

def solution(jobs):
    # 모든 작업 완료 기간
    duration = 0
    # 현재 시점
    current = 0
    # 작업 길이
    length = len(jobs)
    # request를 기준으로 정렬
    jobs.sort()
    # popleft쓰기 위해 list(stack)에서 que로 변환
    jobs = deque(jobs)
    # heap 정의
    heap = []
    while True:
        # 처리할 jobs나 heap이 없으면 break
        if len(jobs) == 0 and len(heap) == 0:
            break
        while True:
            # 모든 jobs에 대해 처리해서 길이가 0이 되면 break
            # 현재 시점보다 request가 큰 경우 break(첫번째 request가 0보다 큰 경우 포함)
            if len(jobs) == 0 or jobs[0][0] > current:
                break
            # jobs의 0번째 원소를 꺼내 순서를 뒤집은 후, heap에 push
            # pop(0)[::-1] 대신 popleft => 실행시간 비슷
            heapq.heappush(heap, jobs.popleft()[::-1]) 

        # heap이 비어있으면 0번째 jobs의 request를 current로 정의
        if len(heap) == 0:
            current = jobs[0][0]
            continue

        # 최소 heap의 최소값을 가지는 원소를 heappop
        process = heapq.heappop(heap)
        # 현재 시간은 작업 시간을 계속해서 더한다. 
        current += process[0]
        # 전체 작업 시간은 최소 작업 시간을 가지고 요구 시간을 뺀다.
        duration += current - process[1] 
    return duration // length

 

실행 시간

테스트 1 〉	통과 (0.65ms, 10.2MB)
테스트 2 〉	통과 (0.63ms, 10.3MB)
테스트 3 〉	통과 (0.49ms, 10.3MB)
테스트 4 〉	통과 (0.49ms, 10.3MB)
테스트 5 〉	통과 (1.21ms, 10.3MB)
테스트 6 〉	통과 (0.03ms, 10.2MB)
테스트 7 〉	통과 (0.82ms, 10.3MB)
테스트 8 〉	통과 (0.55ms, 10.3MB)
테스트 9 〉	통과 (0.12ms, 10.3MB)
테스트 10 〉	통과 (1.18ms, 10.3MB)
테스트 11 〉	통과 (0.02ms, 10.2MB)
테스트 12 〉	통과 (0.04ms, 10.3MB)
테스트 13 〉	통과 (0.03ms, 10.3MB)
테스트 14 〉	통과 (0.01ms, 10.3MB)
테스트 15 〉	통과 (0.01ms, 10.2MB)
테스트 16 〉	통과 (0.02ms, 10.2MB)
테스트 17 〉	통과 (0.01ms, 10.3MB)
테스트 18 〉	통과 (0.01ms, 10.3MB)
테스트 19 〉	통과 (0.01ms, 10.4MB)
테스트 20 〉	통과 (0.01ms, 10.3MB)