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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秒（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12個Road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類，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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