農夫運送貓狗魚過河問題（面向物件）
阿新 • • 發佈：2019-02-20
題設：農夫欲用船將左岸的貓、狗、魚運送到右岸。在運送的過程中，每次只能運送一隻動物，農夫也可以空船過河。其中當人不在此岸時，狗會咬貓；貓會吃魚。當人在此岸時，則不會發生衝突。請用面向物件的設計思想解決此類問題。
分析：通過題設條件可以得出以下結論：1、左到右，不存在從左岸到右岸的空船（也就是從左岸到右岸必須運送一隻動物）；2、右到左，有且只有兩種情況：①空船過河、②帶一隻動物過河。
程式設計：5個類：MyCrossRiver.java、CrossProcess.java、CrossStep.java、Status.java、Animal.java。其中，MyCrossRiver是程式執行的主類，也包含了過河邏輯；CrossProsess是記錄整個過程已經走過的正確的步驟序列；CrossStep表示的是所走過的每一步；Status表示的是對當前步驟的狀態的封裝（對於左岸和右岸的資料是深度拷貝）；Animal是動物的抽象。
主要程式碼如下：
MyCrossRiver.java：
CrossProcess.javapackage com.others; import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * 貓狗魚過河問題 * @author xuefeihu * */ public class MyCrossRiver { /** 河左岸 **/ private List<Animal> left = new ArrayList<Animal>(); /** 河右岸 **/ private List<Animal> right = new ArrayList<Animal>(); /** 人的位置：左邊是true,右邊是false **/ private boolean flag = true; /** 過河步驟 **/ private CrossProcess process = new CrossProcess(); public static void main(String[] args) { new MyCrossRiver().crossRiver(); } /** * 初始化條件 */ public void initAnimal(){ Animal dog = new Animal("狗", 1, -1, 2); Animal cat = new Animal("貓", 2, 1, 3); Animal fish = new Animal("魚", 3, 2, -1); left.add(dog); left.add(cat); left.add(fish); } /** * 過河操作 */ public void crossRiver(){ initAnimal(); while(right.size() != 3){ Status preStatus = new Status(this.left, this.right, this.flag);//記錄步驟前狀態 CrossStep step = new CrossStep(process.getStepCount()+1, this.flag, null, preStatus);//建立步驟 if(this.flag){//從左到右過河（不存在空船過河） int leftIndex = step.getNextLeftIndex(); int leftSize = this.left.size(); if(leftIndex >= leftSize){//回退資料 this.process.removeLastStep(); CrossStep step2 = this.process.getLastStep(); this.back2Step(step2); continue; }else{//帶動物過河 step.setAnimal(this.left.get(leftIndex)); } }else{//從右往左過河 Animal animal = null; boolean rightSecurity = this.check(right); if(rightSecurity){ animal = this.getTargetAnimal(this.right); if(animal == null){//衝突無法解決時，回退資料 this.process.removeLastStep(); CrossStep step2 = this.process.getLastStep(); this.back2Step(step2); continue; }else{ step.setAnimal(animal); } }else{//無衝突時，不運送動物 step.setAnimal(null); } } boolean result = moveByOneStep(step); if(!result){//如果執行失敗，則恢復上一步驟 this.process.removeLastStep(); CrossStep step2 = this.process.getLastStep(); this.back2Step(step2); } } this.process.printStepMessage(); } /** * 移動操作 * @param step * @return 返回true表示轉移成功，false表示轉移失敗（失敗時需要回退到上一步進行轉移） */ public boolean moveByOneStep(CrossStep step){ /** 返回的結果：true表示移動成功、false表示失敗 **/ boolean result = false; /** 迴圈標誌位 **/ boolean cricleFlag = false; while(!cricleFlag){ int leftIndex = step.getNextLeftIndex(); int leftSize = step.getStatus().getLeft().size(); int rightIndex = step.getNextRightIndex(); if(this.flag){//當可以找到下一個索引時，進行轉移 if(leftIndex < leftSize){//帶動物過河 Animal animal = left.remove(leftIndex); right.add(animal); flag = !flag; step.setAnimal(animal); }else if(leftIndex >= leftSize){ return false;//返回失敗資訊，並交給上一層程式處理 } }else if(!this.flag){ if(step.getAnimal() == null){//此時可以單人過河 flag = !flag; this.process.addStep(step); return true; }else{//帶動物過河 Animal animal = right.remove(rightIndex); left.add(animal); flag = !flag; } } //檢查衝突情況（轉移後回退） if(!this.flag && check(this.left)){ step.addNextLeftIndex(); this.back2Step(step); }else if(this.flag && check(this.right)){ step.addNextRightIndex(); this.back2Step(step); }else { this.process.addStep(step); result = true; cricleFlag = true; } } return result; } /** * 將當前狀態恢復到step步驟 * @param step */ private void back2Step(CrossStep step){ Status status = step.getStatus(); this.left = status.getLeft(); this.right = status.getRight(); this.flag = status.getFlag(); } /** * 從衝突的資料中獲取不衝突的動物：不存在時返回null */ public Animal getTargetAnimal(List<Animal> array){ Animal result = null; //克隆物件 List<Animal> lists = new ArrayList<Animal>(); Animal target = null; Animal source = null; for(int i = 0; i < array.size(); i++){ source = array.get(i); target = new Animal(source.type, source.id, source.afraid, source.control); lists.add(target); } //查詢物件 for(int i = 0; i < lists.size(); i++){ result = lists.remove(i); if(!check(lists)){ break; } lists.add(i, result); } return result; } /** * 檢查是否有衝突 */ private boolean check(List<Animal> array){ boolean result = true; if(array.size() > 1){ for(int i = 0; i < array.size(); i++){ for(int j = i+1; j < array.size(); j++){ result = array.get(i).check(array.get(j)); if(result) return result; } } }else{ result = false; } return result; } }
package com.others; import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * 過河的過程 * @author xuefeihu * */ public class CrossProcess { /** 所有步驟 **/ private List<CrossStep> steps = new ArrayList<CrossStep>(); /** * 新增步驟 * @param step 步驟 */ public void addStep(CrossStep step){ if(step.getDirection()){ step.addNextLeftIndex(); }else{ step.addNextRightIndex(); } this.steps.add(step); } /** * 刪除最後一步 */ public CrossStep removeLastStep(){ return this.steps.remove(this.steps.size()-1); } /** * 獲取最後一個步驟 * @return */ public CrossStep getLastStep(){ return this.steps.get(this.steps.size()-1); } /** * 列印步驟資訊 */ public void printStepMessage(){ for(CrossStep step : steps){ System.out.println(step.getMessage()); } } /** * 獲得當前步驟數 * @return */ public int getStepCount(){ return this.steps.size(); } }
CrossStep.java
package com.sunrise.others;
/**
* 過河步驟
* @author xuefeihu
*
*/
public class CrossStep {
/** 步驟數 **/
private int stepCount;
/** 方向:true是左到右，false是右到左 **/
private boolean direction;
/** 此步驟運送的動物 **/
private Animal animal;
/** 該步驟之前狀態 **/
private Status status;
/** 列印語句 **/
private String message;
/** 下一個左側需要移動的索引 **/
private int nextLeftIndex = 0;
/** 下一個右側需要移動的索引 **/
private int nextRightIndex = 0;
/**
* 構造器
* @param stepCount 步驟數
* @param direction 方向:true是左到右，false是右到左
* @param animal 此步驟運送的動物
* @param status 當前狀態
*/
public CrossStep(int stepCount, boolean direction, Animal animal, Status status) {
this.stepCount = stepCount;
this.direction = direction;
this.animal = animal;
this.status = status;
this.message = "第"+stepCount+"步：農夫將" + (this.animal==null?" 自己 ":this.animal.type) + (this.direction ? "從左岸運到右岸" : "從右岸運到左岸");
}
public int getStepCount() {
return stepCount;
}
public boolean getDirection() {
return direction;
}
public Animal getAnimal() {
return animal;
}
public Status getStatus() {
return status;
}
public String getMessage() {
return message;
}
public int getNextLeftIndex() {
return nextLeftIndex;
}
public void addNextLeftIndex() {
this.nextLeftIndex++;
}
public int getNextRightIndex() {
return nextRightIndex;
}
public void addNextRightIndex() {
this.nextRightIndex++;
}
public void setAnimal(Animal animal) {
this.animal = animal;
this.message = "第"+stepCount+"步：農夫將" + (this.animal==null?" 自己 ":this.animal.type) + (this.direction ? "從左岸運到右岸" : "從右岸運到左岸");
}
}
Status.java
package com.sunrise.others;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* 當前狀態
* @author xuefeihu
*
*/
public class Status {
/** 左側 **/
private List<Animal> left = new ArrayList<Animal>();
/** 右側 **/
private List<Animal> right = new ArrayList<Animal>();
/** 人的位置 **/
private boolean flag;
/**
* 構造狀態物件--克隆相應資料
* @param left 左側狀態
* @param right 右側狀態
* @param flag 人的位置
* @param preSelf 前一個動作是否是人單獨過河
*/
public Status(List<Animal> left, List<Animal> right, boolean flag) {
this.left = newList(left);
this.right = newList(right);
this.flag = flag;
}
/**
* 克隆List物件
*/
private List<Animal> newList(List<Animal> array){
List<Animal> result = new ArrayList<Animal>();
for(Animal animal : array){
result.add(animal);
}
return result;
}
public List<Animal> getLeft() {
return left;
}
public List<Animal> getRight() {
return right;
}
public boolean getFlag() {
return flag;
}
}
Animal.java
package com.sunrise.others;
/**
* 動物實體
* @author xuefeihu
*
*/
public class Animal {
public String type = null;
public int id = -1;
public int afraid = -1;
public int control = -1;
public Animal(String type, int id, int afraid, int control) {
this.type = type;
this.id = id;
this.afraid = afraid;
this.control = control;
}
/**
* 設計一個制約關係：檢查動物是否可以並存
* @param animal
* @return
*/
boolean check(Animal animal){
return this.afraid == animal.id || this.control == animal.id
|| animal.afraid == this.id || animal.control == this.id;
}
@Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + id;
return result;
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj)
return true;
if (obj == null)
return false;
if (getClass() != obj.getClass())
return false;
Animal other = (Animal) obj;
if (id != other.id)
return false;
return true;
}
}
友情提示：（面向物件的思想大致認為是正確的；由於時間倉促，如有修改程式碼，請您附上原始碼與大家共享，謝謝！）
