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黑马程序员--java基础之交通灯管理系统(7K面试题)

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说点废话,一般看题目之前,我都会在心里提前琢磨一下,要用到什么知识,大体思路是什么。看到这个7K面试题,光看题目的话,交通灯管理系统,心里就一阵发怵,为啥,因为我对这个红绿灯仅有的知识大概就是红灯停,绿灯行,黄灯亮了等一等,以及,红灯--->绿灯---->黄灯--->红灯 这些了。至于在十字路口,哪个方向的灯绿了后,接下来该哪个方向该绿这些,我是一点都不清楚,看完了张老师的视频,我还是有些疑问,比如,由南往西的交通灯在哪个位置上,在我的印象里,好像是在南面的正对面,这样,应该方向司机看到,但是正对面的话,不应该是南往北这条路上的灯吗?唉妈,看来这个问题要等到下次去十字路口好好观察一下了。。。 好吧,先来看一下十字路口啥样吧

黑马程序员--java基础之交通灯管理系统(7K面试题)

这个是我自己画的简易图,是方便我自己看懂的,因为我对方向实在有点那啥。。。。中间的虚线是为了分清楚来去方向的,毕竟我们中国人习惯靠右走,所以自己正面所对的虚线右边是去的方向,左边是来的方向。每一个方向都有一条路通向其他方向,如南方,如图:

黑马程序员--java基础之交通灯管理系统(7K面试题)

其中,每一个方向向右转的方向的灯都是常绿的,所以,12条道路中有4条都是常绿的。而另一个要了解的就是:每一条路线都有与其相对应的路线,而且其对应的路线所对应的红绿灯与其路线上的红绿灯是一致的。如下图:

黑马程序员--java基础之交通灯管理系统(7K面试题)

如上,路线1和路线3是对应的,就是说当路线1上是绿灯时,路线3上也是绿灯,所以此刻南北之间是车来车往的,另外,每个方向的右转路线也是常绿的,所以,当路线1和路线3是绿灯的时候,另外有四个路线也是能行车,而且,这四个方向是一直都是畅通的,所以每时每刻除了两条相对的路线外,还有另外四条一直畅通的路线,总共六条路线是能行车的。所以每个方向需要操作只有两条路线,而四个方向又是两两相对的,即南和北,东和西,所以最后,我们只需要设置4条路线就可以了,如下图:

黑马程序员--java基础之交通灯管理系统(7K面试题)

还有一个就是,假设是从南北方向绿灯,开始通车时,10秒后是哪两个方向呢?其实上图中已经画出来了,先是南到北和对向的北向南开始通过,即路线1和其对向路向,然后就是南向西和对向的北向东,即路线2和其对向路向,10秒后是东向西和西向东这一对路线开始行车,最后是东向南和西向北这一对路线通过。这样,一轮就完了,再接着还是从头开始,即南向北和北向南开始通车。 所以,每时每刻除了四个常绿的右转方向外,其他时刻的路线为:

1、S2N   和 N2S 2、S2W  和 N2E 3、E2W  和 W2E 4、E2S   和 W2N

我们需要具体操作的是①②③④四条路线,分别是S2N、S2W、E2W、E2S    注:这里的S表示南South,N表示北North,E表示东East,W表示西 West

唉妈,终于将路口的情况弄清楚了。。。下面用编程的思想来分析问题吧

来看问题: 具体需求:

       模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑,具体需求如下:

       1.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

       。。。

       2.信号灯忽略黄灯,只考虑红灯和绿灯。

       3.应考虑左转车辆控制信号灯,右转车辆不受信号灯控制。

       4.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。

       5.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)。

       6.随机生成车辆时间间隔以及红绿灯交换时间间隔自定,可以设置。

       7.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。

分析: 可能出现的对象有:交通灯、交通灯控制器、汽车和路。

汽车看到灯变绿后,不能马上前进,还要确定前面没有汽车才能前进,也就是只有第一辆车才能前进。如何确定前面是否有车?应该询问路,路上储存车的集合,

也有增加和减少汽车的方法。本题关注的不是车辆移动过程,而是车辆通过路口的过程,所以车辆不需要单独设计成对象,只要将其用字符串表示,

即“1号车通过”、“2号车通过”。这里的路,也可以理解为车流。

这也是面向对象编程的经验:谁拥有数据,谁就要对外提供操作数据的方法。例如,人在黑 板上画圆,画圆的动作是由黑板做出的,人只是在调用方法。

综合上面的分析,只需要3个类:交通灯(Lamp类)、控制系统(LampController类)和路(Road类)。

(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。(要随时增加车辆,可以使用线程来操作这个动作)   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。

·        类的编码实现

(一)Road类

  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。

代码:

package com.isoftstone.interview;

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;

public class Road {
	//创建一个路的集合,用于存储车辆
	private List<String> vechicles=new ArrayList<String>();
	
	//每条路的名字
	private String name=null;
	public Road(String name)
	{
		this.name=name;
		
		//创建一个可根据需要创建新线程的线程池
		ExecutorService pool= Executors.newSingleThreadExecutor();//创建单个线程
		//通过线程每隔随机秒内产生车辆
		//下面是一个匿名内部类
		pool.execute(new Runnable(){
			public void run()
			{
				//每条路上生成一千辆车
				for(int i=1;i<1000;i++)
				{
					try {
						//在1-10秒内生成一辆车
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					}
					//将生成的车添加到集合中(即添加到对应的路上)
					//这里使用了内部类,所以要访问类中的成员name,使用外部类名.this
					vechicles.add(Road.this.name+" "+i);
				}
			}
		});//Runnable command
		
		//第二个线程
		//定时器,用于设置每隔多长时间检测一次红绿灯
		ScheduledExecutorService timer =Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable(){
					public void run()
					{
						//若此路线上车辆数大于0
						if(vechicles.size()>0)
						{
							//判断当前路线上的灯的状态(红或绿)
							boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
							//当为绿灯时
							if(lighted)
							{
								//每一秒一辆车穿过
								System.out.println(vechicles.remove(0)+" istraversing!");
							}
						}
					}
				},
				1,
				1,
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}
           

(二)Lamp类

  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、E2N这四个方向上的Lamp对象依次轮询变亮,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、E2N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、E2N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、E2N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。

package com.isoftstone.interview;

public enum Lamp {
	S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
	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);
	
	//定义一个构造方法,枚举的构造方法必须私有
	//因为枚举的对象是固定个数的,所以不允许再创建对象
	//opposite表示对应的灯,next表示下一个灯,lighted表示是否变亮
	private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted)
	{
		this.opposite=opposite;
		this.next=next;
		this.lighted=lighted;
	}
	
	
	
	//定义一个boolean类型变量表示绿灯是否是亮的
	private boolean lighted;
	//(当前灯)对应的灯
	private String opposite;
	//下一个路线的灯
	private String next;
	//判断灯是否是亮的(绿的)
	public boolean isLighted()
	{
		return lighted;
	}
	
	//定义一个方法,使灯变亮(绿灯)
	public void light()
	{
		//使当前灯变成亮
		this.lighted=true;
		//使对应的灯也变亮
		if(opposite!=null)
		{
			//使对应的灯变绿
			Lamp.valueOf(opposite).light();
			//opposite.light();	
		}
		//name() 获取当前枚举对象
		System.out.println(name()+" Lamp is Green,下面总共应该有6个方向能看到汽车空过");
	}
	
	//使灯变黑,即变成红灯
	public Lamp blackOut()
	{
		this.lighted=false;
		//使对应的灯也变黑
		if(opposite!=null)
		{
			//使对应的灯变黑
			Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
			//opposite.light();	
		}
		
		Lamp nextLamp=null;
		//将下一个灯变绿
		if(next!=null)
		{
			nextLamp=Lamp.valueOf(next);
			System.out.println("绿灯从"+name()+"------------> 切换为"+next);
			nextLamp.light();
			
		}
		//并返回下一个灯(已变绿)
		return nextLamp;
	}
}
           

  (三)LampController类

  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start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。

package com.isoftstone.interview;

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

public class LampController {
	//当前灯
	private Lamp currentLamp;
	public LampController()
	{
		//设置南到北的灯为当前灯
		currentLamp=Lamp.S2N;
		//使当前灯变绿
		currentLamp.light();
		//定义一个计时器
		ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
		
		//每隔10秒就当前灯变黑,换下一个灯变亮
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable(){
					public void run()
					{
						currentLamp=currentLamp.blackOut();
					}
				},
				10,
				10, 
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}
           

  (四)MainClass类

  1.用for循环创建出代表12条路线的对象。

  2.接着创建出LampController对象。

package com.isoftstone.interview;

public class MainClass {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		//将路线字符串存入一个字符串数组
		String[] directions=new String[]{"S2N","S2W","E2W","E2S",
				"N2S","N2E","W2E)","W2N",
				"S2E","E2N","N2W","W2S"};
		//通过遍历创建12个路线的对象
		for(int i=0;i<directions.length;i++)
		{
			new Road(directions[i]);
		}
		//启动交通灯控制系统
		new LampController();		
	}

}
           

结果:

黑马程序员--java基础之交通灯管理系统(7K面试题)

好嘛,终于弄出来了,其实思路清楚了,看代码很容易,至少比第一次看到这道题时脑袋里一团浆糊强多了,而且在这里也看到枚举的实际应用了,实际上,如果枚举中只有一个对象的话,其实就是单例设计模式。

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