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黑馬程式設計師 交通燈管理系統的分析與理解

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交通燈管理系統

需求說明

  • 非同步隨機生成按照各個路線行駛的車輛

例如:

由南向而來去往北向的車輛----直行車輛

由西向而來去往南向的車輛----右轉車輛

由東向而來去往南向的車輛----左轉車輛

。。。

  • 訊號燈忽略黃燈,只考慮紅燈和綠燈

  • 應考慮左轉車輛控制訊號燈,右轉車輛不受訊號燈控制

  • 具體訊號燈控制邏輯與現實生活中普通交通燈控制邏輯相同,不考慮特殊情況下的控制邏輯。

注:南北向車輛與東西向車輛交替放行同方向等待車輛應先放行直行車輛而後放行左轉車輛

  • 每輛車通過路口時間為

    1(提示:可通過執行緒Sleep的方式模擬)。

  • 隨機生成車輛時間間隔以及紅綠燈交換時間間隔自定,可以設定。

  • 不要求實現GUI,只考慮系統邏輯實現,可通過Log方式展現程式執行結果

    正如張老師所說的那樣,剛剛看到這個題目的時候,自己嘗試畫線路,畫著畫著就暈了,完全沒考慮到十二個燈,更沒有想到讓右轉彎的燈常亮的處理方式,張老師的視訊也是看了兩遍才有點感覺,看第三遍的時候跟著敲了一遍,才真正有點感覺,不得不服為老師的設計折服啊。


系統分析

交通路口模擬

模擬分析

  • 總共有12條路線;

  • 每條路線都有一個紅綠燈(說明路線和紅綠燈是組合關係)對其控制;

  • 假設4條右轉彎的路線的紅綠燈為常綠狀態;

  • 其他8條路線是兩兩成對的,分為4組(如圖所示);

    這裡,我們必須首先明確,設計的重點是燈的紅綠變換及路線的設計,而不是具體的車輛的設計,換句話說,就是,不必關心具體的車,只需關心路線和該路線上的燈。這裡就涉及到面向物件的具體執行物件的抉擇問題了,拿個生活中削梨的例子來說吧,將削梨這個動作設定成人的方法顯然不合適,應該將其設定成刀的方法,而人是呼叫該方法,用刀去削梨的。


所以,系統只需要考慮圖中的有標號的4條路線的紅綠燈的切換順序(每一條都有一條與之方向相反的路線的紅綠燈跟隨變化)。

面向物件分析與設計

抽象出類

從現實中抽象出物件:路線、紅綠燈、紅綠燈控制系統、汽車。

  • 每條路線上都會出現多輛車,路線上要隨機增加新的車,在綠燈期間每秒減少一輛車

  • 設計一個Road類來表示路線,每個Road物件代表一條路線,總共有12條路線,即系統中總共要產生12Road例項物件

  • 每條路線上隨機增加新的車輛,增加到一個集合中儲存

  • 每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否為綠,是則將本路線儲存車的集合中的第一輛車移除,即表示車穿過了路口。

  • 每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否為綠,一個燈由綠變紅時,應該找下一個方向的燈變綠

  • 設計一個Lamp類來表示一個交通燈,每個交通燈都維護一個狀態:亮(綠)或不亮(紅),每個交通燈要有變亮和變黑的方法,並且能返回自己的亮黑狀態。

  • 總共有12條路線,所以,系統中總共要產生12個交通燈。右拐彎的路線本來不受燈的控制,但是為了讓程式採用統一的處理方式,故假設出有四個右拐彎的燈,只是這些燈為常亮狀態,即永遠不變黑。

  • 除了右拐彎方向的其他8條路線的燈,它們是兩兩成對的,可以歸為4組,所以,在程式設計處理時,只要從這4組中各取出一個燈,對這4個燈依次輪詢變亮,與這4個燈方向對應的燈則隨之一同變化,因此Lamp類中要有一個變數來記住自己相反方向的燈,在一個Lamp物件的變亮和變黑方法中,將對應方向的燈也變亮和變黑。每個燈變黑時,都伴隨者下一個燈的變亮,Lamp類中還用一個變數來記住自己的下一個燈。

  • 無論在程式的什麼地方去獲得某個方向的燈時,每次獲得的都是同一個例項物件,所以Lamp類改用列舉來做顯然具有很大的方便性,永遠都只有代表12個方向的燈的例項物件。

  • 設計一個LampController,它定時讓當前的綠燈變紅。

編寫程式碼 

Road類

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

//用一個集合來存放路線上的車輛
public class Road {
      List<String>  vechicles=new  ArrayList<String>();
      
      //通過方向區分路線
      private String name=null;
      public  Road( String name){
    	  this.name=name;
    	  
    	  
          ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();  	  
    	  pool.execute(new Runnable(){
    		  public void run(){
    			  for(int i=1;i<1000;i++ ){
    	    		  try {
    	    			  //在1到10秒內隨機產生車輛
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);//執行緒休眠隨機1到10秒
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					} 
    	    		  vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);  
    	    	  }
    		  }
    	  });
          
         ScheduledExecutorService timer= Executors.newScheduledThreadPool(1);
         timer.scheduleAtFixedRate(
        		 new Runnable(){
        			 public  void run(){
        			if(vechicles.size()>0){
        				boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
        				
        				
        				
        				
        				if(lighted){//這裡是一道面試題, if(lighted==true) 意思是if(true==true),這是錯誤的,要引以為戒!
        					System.out.println(vechicles.remove(0)+" is traversing!");
        				}
        			}	 
        			 
        			 }
        			 
        		 },
        		 1, 
        		 1,
        		 TimeUnit.SECONDS);
         
}
      }


Lamp類


public enum Lamp {
    S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","N2S",false),//南到北,南到西。。
    N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
    S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);

    //分別對應相應交通燈,亮暗狀態,下一個交通燈
    
    private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
    	this.opposite=opposite;
    	this.next=next;
    	this.lighted=lighted;
    }
    
   
     private boolean lighted;
     private String opposite; 
     private String next;
     
     //燈要用三個方法:判斷是否為亮、開燈、關燈
     public boolean isLighted(){
    	 return lighted;
    	 
     }
  public void light(){
	  this.lighted=true;
	  if(opposite!=null){//易死迴圈
		  Lamp.valueOf(opposite).light();
	 
	  }
	  System.out.println(name()+" lamp is green, 下面總共應該有6個方向能看到汽車穿過!");
  }
  public Lamp blackOut(){
	  this.lighted=false;
	  if(opposite!=null){//易死迴圈
		  Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
  }
	  
	  Lamp nextLamp=null;
	  if(next!=null){
		  
		  nextLamp=Lamp.valueOf(next);//解決無法顯示綠燈轉換
		  
		  System.out.println("綠燈從"+name()+"-------->切換為"+next);
		  nextLamp.light();
	  }
	  return nextLamp;
  }

}

LampController類

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

//交通燈控制器需要隔10秒切換一次交通燈
public class LampController {
     private Lamp currentLamp;
     
     public LampController(){
    	 currentLamp=Lamp.S2N;
    	 currentLamp.light();
    	 
    	ScheduledExecutorService timer= Executors.newScheduledThreadPool(1);
 
		timer.scheduleAtFixedRate(
    			new Runnable(){
    				public void  run(){
    					System.out.println("來啊!");
    					currentLamp= currentLamp.blackOut();
    			
    			}
    			}, 
    			10,
    			10,
    			TimeUnit.SECONDS);
    	 
     }
}

MainClass類

//建立12條路線,建立交通燈控制器
public class MainClass {
       
	public static void main(String[]args){
		//通過建立路線,放入陣列
	String []directions=new String[]{
			"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
	};
	for(int i=0;i<directions.length;i++){
		new Road(directions[i]);
	}
	
	//建立交通燈控制器
	new LampController();
	}
}

總結:

程式碼不多,但是很多地方確實是很精練,很提升人認知。

面向物件的一個重要要點:誰擁有資料,誰就對外提供操作這些資料的方法。

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