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Java经典题目:交通灯系统

发布时间:

交通灯管理系统


第一部分:需求



一、模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑,具体需求如下:





异步随机生成按照各个路线行驶的车辆。




例如:




? ? ? ?由南向而来去往北向的车辆 ---- 直行车辆




? ? ? ?由西向而来去往南向的车辆 ---- 右转车辆




? ? ? ?由东向而来去往南向的车辆 ---- 左转车辆




? ? ? ?。。。



二、注意:



1、信号灯忽略黄灯,只考虑红灯和绿灯。




2、应考虑左转车辆控制信号灯,右转车辆不受信号灯控制。




3、具体信号灯控制逻辑与现实生活中普通交通灯控制逻辑相同,不考虑特殊情况下的控制逻辑。





注:南北向车辆与东西向车辆交替放行,同方向等待车辆应先放行直行车辆而后放行左转车辆。





4、每辆车通过路口时间为1秒(提示:可通过线程Sleep的方式模拟)。




5、随机生成车辆时间间隔以及红绿*换皇奔浼涓糇远ǎ梢陨柚谩




6、不要求实现GUI,只考虑系统逻辑实现,可通过Log方式展现程序运行结果。



三、图解





画图非常有助于理解和分析问题。




分析:







1、总共有12条路线,为了统一编程模型,可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制。


2、右转弯的4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态。


3、其他的8条线路是两两成对的,可以归为4组,所以,程序只需考虑图中标注了数字号的4条路线的控制灯的切换顺序,这4条路线相反方向的路线的控制灯跟随这4条路线切换,不必额外考虑。





第二部分:面向对象的分析与设计



一、每条路线上都会出现多辆车,路线上要随机增加新的车,在灯绿期间还要每秒钟减少一辆车





1、设计一个Road类来表示路线,每个Road对象代表一条路线,总共有12条路线,即系统中总共要产生12个Road实例对象。
2、每条路线上随机增加新的车辆,增加到一个集合中保存。
3、每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿,是则将本路线保存车的集合中的第一辆车移除,即表示车穿过了路口。



二、每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿,一个灯由绿变红时,应该将下一个方向的灯变绿



1、设计一个Lamp类来表示一个交通灯,每个交通灯都维护一个状态:亮(绿)或不亮(红),每个交通灯要有变亮和变黑的方法,并且能返回自己的亮黑状态。
2、总共有12条路线,所以,系统中总共要产生12个交通灯。右拐弯的路线本来不受灯的控制,但是为了让程序采用统一的处理方式,故假设出有四个右拐弯的灯,只是这些灯为常亮状态,即永远不变黑。
3、除了右拐弯方向的其他8条路线的灯,它们是两两成对的,可以归为4组,所以,在编程处理时,只要从这4组中各取出一个灯,对这4个灯依次轮询变亮,与这4个灯方向对应的灯则随之一同变化,因此Lamp类中要有一个变量来记住自己相反方向的灯,在一个Lamp对象的变亮和变黑方法中,将对应方向的灯也变亮和变黑。每个灯变黑时,都伴随者下一个灯的变亮,Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。
4、无论在程序的什么地方去获得某个方向的灯时,每次获得的都是同一个实例对象,所以Lamp类改用枚举来做显然具有很大的方便性,永远都只有代表12个方向的灯的实例对象。
5、设计一个LampController类,它定时让当前的绿灯变红。



三、面向对象设计经验





面向对象设计把握一个重要的经验:谁拥有数据,谁就对外提供操作这些数据的方法。(数据一般设计为私有)


1、本题的具体分析过程







1)我们初步设想一下有哪些对象:红绿灯,红绿灯的控制系统,汽车,路线。


2)汽车看到自己所在路线对应的灯绿了就穿过路口吗?不是,还需要看其前面是否有车,看前面是否有车,该问哪个对象呢?该问路,路中存储着车辆的集合,显然路上就应该有增加车辆和减少车辆的方法了。


3)再看题目,我们这里并不要体现车辆移动的过程,只是捕捉出车辆穿过路口的过程,也就是捕捉路上减少一辆车的过程,所以,这个车并不需要单独设计成为一个对象,用一个字符串表示就可以了。







2、典型案例







1)人在黑板上画圆









对象:Person、BlackBoard、Circle


draw(){x,y;r}?


分析:画圆需要圆心与半径,圆心与半径是圆上的数据,因此draw方法定义在圆中









2)列车司机紧急刹车









对象:列车、司机


分析:列车司机只是发出停车指令,停车过程由需要列车操作自己的零部件等,因此刹车动作在列车中









3)售货员统计收获小票的金额









对象:售货员、小票


分析:统*鸲钍币页瞿掣錾唐仿蛄硕嗌伲唐返募壑怠J燮痹钡饔眯∑钡膅etTotalMoney的方法









4)人把门关上了









对象:人、门


分析:关门这个动作需要访问门中的数据,人去调用关门的方法









5)两块石头磨成一把石刀,石刀可以砍树,砍成木材,木材做成椅子









对象:Stone、StoneKnife、Tree、Material、Chair


分析:


KnifeFactory(石刀加工厂): StoneKnife creatKnife(Stone s)(通过一个功能完成,不能设计在石头中)


StoneKinfe:Material cut(Tree t)


ChairFactory(椅子加工厂):Chair makeChair(Material m)(把椅子作为原材料,加工出成品)









6)球从一根绳子的一段移动到了另一端









对象:Ball、Rope


分析:


class Rope
{
private Point start;
private Point end;
public Rope(Point start,Point end)
{
this.start = start;
this.end = end;
}
public Point nextPoint(Point currentPoint)
{
/*
通过两点一线的数学公式可以计算出当前点的下一个点,这个细节不属于设*锥我悸堑奈侍
如果当前点是终止点,则返回null,如果当前点不是线上的点,则抛出异常
*/
}
}

class Ball
{
private Rope rope;
private Point currentPoint;
public Ball(Rope rope,Point startPoint)
{
this.rope = rope;
this.currentPoint = startPoint;
}
public void move()
{
currentPoint = rope.nextPoint(currentPoint);
System.out.println("小球移动到了"+currentPoint);
}
}





第三部分:程序的代码体现



一、Road类的编写





1、每个Road对象都有一个name成员变量来代表方向,有一个vehicles成员变量来代表方向上的车辆集合。
2、在Road对象的构造方法中启动一个线程每隔一个随机的时间向vehicles集合中增加一辆车(用一个“路线名_id”形式的字符串进行表示)。
3、在Road对象的构造方法中启动一个定时器,每隔一秒检查该方向上的灯是否为绿,是则打印车辆集合和将集合中的第一辆车移除掉。


4、示例代码:


package com.hupu.traffic;

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;

/*
* 描述 路
*/
public class Road {
/*存储交通工具的集合,集合中存的是车*/
private List vechicles = new ArrayList();
/*路线的名字*/
private String name ;
public Road(String name){
this.name = name;
/*产生一个线程池*/
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
/*向线程池提交一个任务,这个线程池会挑选一个空闲的线程去执行它,不用知道具体是哪一个线程*/
pool.execute(new Runnable(){
public void run() {
for(int x=1;x<1000;x++){
try {
/*每隔1-10秒自动添加一个车到路上*/
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
/*给这条路添加车。由于name有两个,要访问外部类中的成员用 外部类名.this */
vechicles.add(Road.this.name+" "+x);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});

/*创建定时器 调度池大小为1 */
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
/*固定频率*/
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
/*把集合中的第一辆车移走*/
public void run(){
/*路上有车*/
if(vechicles.size()>0){
/*根据汽车的路线名称 获取该路线上的灯*/
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
/*若灯是 绿色 的,将路上的第一辆车移走*/
if(lighted){
System.out.println(vechicles.remove(0)+" is traversing !");
}
}
}
},
1, /*过 1 秒去做事*/
1, /*做完之后再过 1秒 去接着做*/
TimeUnit.SECONDS);/*时间单位*/
}
}



二、Lamp类的编写



1、系统中有12个方向上的灯,在程序的其他地方要根据灯的名称就可以获得对应的灯的实例对象,综合这些因素,将Lamp类用java5中的枚举形式定义更为简单。
2、每个Lamp对象中的亮黑状态用lighted变量表示,选用S2N、S2W、E2W、E2S这四个方向上的Lamp对象依次轮回变亮,Lamp对象中还要有一个oppositeLampName变量来表示它们相反方向的灯,再用一个nextLampName变量来表示此灯变亮后的下一个变亮的灯。这三个变量用构造方法的形式进行赋值,因为枚举元素必须在定义之后引用,所以无法再构造方法中彼此相互引用,所以,相反方向和下一个方向的灯用字符串形式表示。?
3、增加让Lamp变亮和变黑的方法:light和blackOut,对于S2N、S2W、E2W、E2S这四个方向上的Lamp对象,这两个方法内部要让相反方向的灯随之变亮和变黑,blackOut方法还要让下一个灯变亮。
4、除了S2N、S2W、E2W、E2S这四个方向上的Lamp对象之外,其他方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性设置为null即可,并且S2N、S2W、E2W、E2S这四个方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性必须设置为null,以便防止light和blackOut进入死循环。


5、示例代码:


package com.hupu.traffic;
/*
* 描述 各个灯
*/
public enum Lamp {
S2N/*南往北*/("N2S","S2W",false),S2W/*南往西*/("N2E","E2W",false),E2W/*东往西*/("W2E","E2S",false),E2S/*东往南*/("W2N","S2N",false),
/*与上述四条线路相对应的四条线路*/
N2S/*北往南*/(null,null,false),N2E/*北往东*/(null,null,false),W2E/*西往东*/(null,null,false),W2N/*西往北*/(null,null,false),
/*右拐弯的四条线路*/
S2E/*南往东*/(null,null,true),E2N/*东往北*/(null,null,true),N2W/*北往西*/(null,null,true),W2S/*西往南*/(null,null,true);

/*灯是否是亮的(亮-绿,黑-红)*/
private boolean lighted;
/*boolean型的javabean的getter方法get应该改为is*/
public boolean isLighted(){
return lighted;
}

/*
* 对应的灯(与基础的四个灯是一样的)
* 由于枚举中添加对应的灯时,对应的灯还不存在,会报错。如S2N(N2S)中N2S还不存在
* 因此将opposite(对应的灯)改为字符串名称
* */
private String opposite;
private String next;

/*枚举的构造函数只能是私有
*S2N对应的灯,下一个灯(S2W),false-S2N初始状态 红*/
private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}

private Lamp(){}

/*变绿灯*/
public void light(){
this.lighted = true;
/*如果有对应的灯,对应的灯也变绿。如东E有对应的灯,西W没有*/
if(opposite != null){
/*枚举中的方法:通过枚举常量的名称获取枚举常量*/
Lamp.valueOf(opposite).light();
}
/*name 是枚举的方法*/
System.out.println(name()+" 灯变绿了,下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过!");
}

/*当前灯变红,对应的灯变红。并返回下一个变绿的灯*/
public Lamp blackOut(){
this.lighted = false;
/*有对应的灯,对应的灯也变红灯*/
if(opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}

Lamp nextLamp = null;

/*如果有下一个灯,下一个灯就变绿*/
if(next != null){
System.out.println("绿灯从"+name()+"----->切换为"+next);
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
Lamp.valueOf(next).light();
}

/*返回变绿的灯*/
return nextLamp;
}
}




三、LampController类的编写





1、整个系统中只能有一套交通灯控制系统,所以,LampController类最好是设计成单例。
2、LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。
3、LampController对象的构造方法中将当前灯变绿,然后启动一个定时器,每隔10秒将当前灯变红和将下一个灯变绿。


4、示例代码:


package com.hupu.traffic;

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

/*
* 灯的控制器
*/
public class LampController {

/*当前的灯*/
private Lamp currentLamp;

/*构造方法
*控制器一启动就将 南到北 的灯变成 绿灯*/
public LampController(){
currentLamp = Lamp.S2N;
currentLamp.light();

/*每隔10秒就将该灯变红,并让下一个灯 变绿*/
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run() {
/*当前的灯变红,当前灯指向新变绿的灯*/
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10, /*过10秒后 */
10, /*再过10秒后 */
TimeUnit.SECONDS);
}
}




四、MainClass类的编写





1、用for循环创建出代表12条路线的对象。
2、接着再获得LampController对象并调用其构造方法。


3、示例代码


package com.hupu.traffic;

public class MainClass {
public static void main(String[] args) {
/*创建出12条路*/
String[] directoins = new String[]{
"S2N","S2W","E2W","E2S",
"N2S","N2E","W2E","W2N",
"S2E","E2N","N2W","W2S"};

for(int x=0;x new Road(directoins[x]);
}

/*创建控制器*/
new LampController();
}
}


五、运行结果










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