【摘】设计模式概述

设计模式这个术语是由Erich Gamma等人在1990年代从建筑设计领域引入到计算机科学的。它是对软件设计中普遍存在(反复出现)的各种问题,所提出的解决方案。

设计模式并不直接用来完成代码的编写,而是描述在各种不同情况下,要怎么解决问题的一种方案。面向对象设计模式通常以类型对象来描述其中的关系和相互作用,但不涉及用来完成应用程序的特定类型或对象。设计模式能使不稳定依赖于相对稳定、具体依赖于相对抽象,避免会引起麻烦的紧耦合,以增强软件设计面对并适应变化的能力。

并非所有的软件模式都是设计模式,设计模式特指软件“设计”层次上的问题。还有其它非设计模式的模式,如架构模式。同时,算法不能算是一种设计模式,因为算法主要是用来解决计算上的问题,而非设计上的问题。


建筑师克里斯托佛·亚历山大在1977/79年编制了一本汇集设计模式的书。但是这种设计模式的思想在建筑设计领域里的影响远没有后来在软件开发领域里传播的广泛。

肯特·贝克沃德·坎宁安在1987年,利用克里斯托佛·亚历山大在建筑设计领域里的思想开发了设计模式并把此思想应用在Smalltalk中的图形用户接口的生成中。一年后Erich Gamma在他的苏黎世大学博士毕业论文中开始尝试把这种思想改写为适用于软件开发。与此同时James Coplien 在1989年至1991 年也在利用相同的思想致力于C++的开发,而后于1991年发表了他的著作Advanced C++ Idioms。就在这一年Erich Gamma 得到了博士学位,然后去了美国,在那与Richard Helm, Ralph Johnson ,John Vlissides 合作出版了Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software 一书,在此书中共收录了23个设计模式

这四位作者在软件开发领域里也以他们的匿名四人帮(英语,Gang of Four,简称GoF),并且是他们在此书中的协作导致了软件设计模式的突破。有时,四人帮也会用于代指前述提到的那本书。


表述格式

表述一个软件设计模式的格式根据作者的不同,划分和名称等都会有所不同。常用的GoF描述模式的格式大致分为以下这些部分:

  • 模式名:每一个模式都有自己的名字,模式的名字使得我们可以讨论我们的设计。
  • 问题:在面向对象的系统设计过程中反复出现的特定场合,它导致我们采用某个模式。
  • 解决方案:上述问题的解决方案,其内容给出了设计的各个组成部分,它们之间的关系、职责划分和协作方式。
  • 别名:一个模式可以有超过一个以上的名称。这些名称应该要在这一节注明。
  • 动机:该模式应该利用在哪种情况下是本节提供的方案(包括问题与来龙去脉)的责任。
  • 适用性:模式适用于哪些情况、模式的背景等等。
  • 结构:这部分常用类图与交互图阐述此模式。
  • 参与者:这部分提供一份本模式用到的类与对象清单,与它们在设计下扮演的角色。
  • 合作:描述在此模式下,类与对象间的交互。
  • 影响:采用该模式对软件系统其他部分的影响,比如对系统的扩充性、可移植性的影响。影响也包括负面的影响。这部分应描述使用本模式后的结果、副作用、与权衡(trade-off)
  • 实现:这部分应描述实现该模式、该模式的部分方案、实现该模式的可能技术、或者建议实现模式的方法。
  • 示例:简略描绘出如何以编程语言来使用模式。
  • 已知应用:业界已知的实现示例。
  • 相关模式:这部分包括其他相关模式,以及与其他类似模式的不同。

设计模式》一书原先把设计模式分为创建型模式、结构型模式、行为型模式,把它们通过授权、聚合、诊断的概念来描述。若想更进一步了解关于面向对象设计的背景,参考接口模式、内聚。若想更进一步了解关于面向对象编程的背景,参考继承接口多态


模式名称 描述设计模式》中提及代码大全》中提及[1]
创建型模式
抽象工厂模式为一个产品族提供了统一的创建接口。当需要这个产品族的某一系列的时候,可以从抽象工厂中选出相应的系列创建一个具体的工厂类。
工厂方法模式定义一个接口用于创建对象,但是让子类决定初始化哪个类。工厂方法把一个类的初始化下放到子类。
生成器模式将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
惰性初始模式推迟对象的创建、数据的计算等需要耗费较多资源的操作,只有在第一次访问的时候才执行。
对象池模式通过回收利用对象避免获取和释放资源所需的昂贵成本。
原型模式用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象。
单例模式确保一个类只有一个实例,并提供对该实例的全局访问。
多例模式确保一个类只有命名的实例,并提供对这些实例的全局访问。
资源获取为初始化通过绑定到合适对象的生命周期来确保资源被适当地释放。
结构型模式
适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示。适配器模式可以消除由于接口不匹配所造成的类兼容性问题。
桥接模式将一个抽象与实现解耦,以便两者可以独立的变化。
组合模式把多个对象组成树状结构来表示局部与整体,这样用户可以一样的对待单个对象和对象的组合。
修饰模式向某个对象动态地添加更多的功能。修饰模式是除类继承外另一种扩展功能的方法。
外观模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面, 外观模式定义了一个高层接口,这个接口使得这一子系统更加容易使用。
享元通过共享以便有效的支持大量小颗粒对象。
代理为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。
行为型模式
黑板广义的观察者在系统范围内交流信息,允许多位读者和写者。
责任链为解除请求的发送者和接收者之间耦合,而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链,并沿着这条链传递该请求,直到有一个对象处理它。
命令将一个请求封装为一个对象,从而使你可用不同的请求对客户进行参数化;对请求排队或记录请求日志,以及支持可取消的操作。
解释器给定一个语言, 定义它的文法的一种表示,并定义一个解释器, 该解释器使用该表示来解释语言中的句子。
迭代器提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。
中介者包装了一系列对象相互作用的方式,使得这些对象不必相互明显作用,从而使它们可以松散偶合。当某些对象之间的作用发生改变时,不会立即影响其他的一些对象之间的作用,保证这些作用可以彼此独立的变化。
备忘录备忘录对象是一个用来存储另外一个对象内部状态的快照的对象。备忘录模式的用意是在不破坏封装的条件下,将一个对象的状态捉住,并外部化,存储起来,从而可以在将来合适的时候把这个对象还原到存储起来的状态。
空对象通过提供默认对象来避免空引用。
观察者模式在对象间定义一个一对多的联系性,由此当一个对象改变了状态,所有其他相关的对象会被通知并且自动刷新。
规格以布尔形式表示的可重绑定的商业逻辑。
状态让一个对象在其内部状态改变的时候,其行为也随之改变。状态模式需要对每一个系统可能取得的状态创立一个状态类的子类。当系统的状态变化时,系统便改变所选的子类。
策略定义一个算法的系列,将其各个分装,并且使他们有交互性。策略模式使得算法在用户使用的时候能独立的改变。
模板方法模板方法模式准备一个抽象类,将部分逻辑以具体方法及具体构造子类的形式实现,然后声明一些抽象方法来迫使子类实现剩余的逻辑。不同的子类可以以不同的方式实现这些抽象方法,从而对剩余的逻辑有不同的实现。先构建一个顶级逻辑框架,而将逻辑的细节留给具体的子类去实现。
访问者封装一些施加于某种数据结构元素之上的操作。一旦这些操作需要修改,接受这个操作的数据结构可以保持不变。访问者模式适用于数据结构相对未定的系统,它把数据结构和作用于结构上的操作之间的耦合解脱开,使得操作集合可以相对自由的演化。
并发型模式
主动对象 
阻碍 
双重检查锁定 
守卫 
领导者/追随者 
监测对象模式 
读写锁 
调度 
线程池模式 
线程特定存储 
反应器 


--摘自《维基百科》,“设计模式(计算机)”词条。

基于数据挖掘的音乐推荐系统设计与实现 需要一个代码说明,不需要论文 采用python语言,django框架,mysql数据库开发 编程环境:pycharm,mysql8.0 系统分为前台+后台模式开发 网站前台: 用户注册, 登录 搜索音乐,音乐欣赏(可以在线进行播放) 用户登陆时选择相关感兴趣的音乐风格 音乐收藏 音乐推荐算法:(重点) 本课题需要大量用户行为(如播放记录、收藏列表)、音乐特征(如音频特征、歌曲元数据)等数据 (1)根据用户之间相似性或关联性,给一个用户推荐与其相似或有关联的其他用户所感兴趣的音乐; (2)根据音乐之间的相似性或关联性,给一个用户推荐与其感兴趣的音乐相似或有关联的其他音乐。 基于用户的推荐和基于物品的推荐 其中基于用户的推荐是基于用户的相似度找出相似相似用户,然后向目标用户推荐其相似用户喜欢的东西(和你类似的人也喜欢**东西); 而基于物品的推荐是基于物品的相似度找出相似的物品做推荐(喜欢该音乐的人还喜欢了**音乐); 管理员 管理员信息管理 注册用户管理,审核 音乐爬虫(爬虫方式爬取网站音乐数据) 音乐信息管理(上传歌曲MP3,以便前台播放) 音乐收藏管理 用户 用户资料修改 我的音乐收藏 完整前后端源码,部署后可正常运行! 环境说明 开发语言:python后端 python版本:3.7 数据库:mysql 5.7+ 数据库工具:Navicat11+ 开发软件:pycharm
MPU6050是一款广泛应用在无人机、机器人和运动设备中的六轴姿态传感器,它集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计。这款传感器能够实时监测并提供设备的角速度和线性加速度数据,对于理解物体的动态运动状态至关重要。在Arduino平台上,通过特定的库文件可以方便地与MPU6050进行通信,获取并解析传感器数据。 `MPU6050.cpp`和`MPU6050.h`是Arduino库的关键组成部分。`MPU6050.h`是头文件,包含了定义传感器接口和函数声明。它定义了类`MPU6050`,该类包含了初始化传感器、读取数据等方法。例如,`begin()`函数用于设置传感器的工作模式和I2C地址,`getAcceleration()`和`getGyroscope()`则分别用于获取加速度和角速度数据。 在Arduino项目中,首先需要包含`MPU6050.h`头文件,然后创建`MPU6050`对象,并调用`begin()`函数初始化传感器。之后,可以通过循环调用`getAcceleration()`和`getGyroscope()`来不断更新传感器读数。为了处理这些原始数据,通常还需要进行校准和滤波,以消除噪声和漂移。 I2C通信协议是MPU6050与Arduino交互的基础,它是一种低引脚数的串行通信协议,允许多个设备共享一对数据线。Arduino板上的Wire库提供了I2C通信的底层支持,使得用户无需深入了解通信细节,就能方便地与MPU6050交互。 MPU6050传感器的数据包括加速度(X、Y、Z轴)和角速度(同样为X、Y、Z轴)。加速度数据可以用来计算物体的静态位置和动态运动,而角速度数据则能反映物体转动的速度。结合这两个数据,可以进一步计算出物体的姿态(如角度和角速度变化)。 在嵌入式开发领域,特别是使用STM32微控制器时,也可以找到类似的库来驱动MPU6050。STM32通常具有更强大的处理能力和更多的GPIO口,可以实现更复杂的控制算法。然而,基本的传感器操作流程和数据处理原理与Arduino平台相似。 在实际应用中,除了基本的传感器读取,还可能涉及到温度补偿、低功耗模式设置、DMP(数字运动处理器)功能的利用等高级特性。DMP可以帮助处理传感器数据,实现更高级的运动估计,减轻主控制器的计算负担。 MPU6050是一个强大的六轴传感器,广泛应用于各种需要实时运动追踪的项目中。通过 Arduino 或 STM32 的库文件,开发者可以轻松地与传感器交互,获取并处理数据,实现各种创新应用。博客和其他开源资源是学习和解决问题的重要途径,通过这些资源,开发者可以获得关于MPU6050的详细信息和实践指南
### 关于矿车自动挂钩的PLC程序实现 矿车自动挂钩系统的实现通常依赖于传感器检测、逻辑控制以及执行机构的动作协调。基于工业自动化领域中的常见实践,以下是可能的设计思路和技术细节。 #### 设计概述 矿车自动挂钩的核心在于通过传感器获取钩头的状态信息,并利用可编程逻辑控制器(PLC)来处理这些信号并驱动相应的机械装置完成动作。具体来说,该系统需要以下几个部分协同工作: 1. **传感器模块** 使用接近开关或其他类型的位移/角度传感器监测挂钩的位置和状态。例如,光电传感器可用于判断挂钩是否已正确挂接或脱离[^2]。 2. **执行器模块** 驱动电机或者气缸作为主要的动力源,用于推动挂钩组件移动至目标位置。这一步骤需精确计算行程距离以避免过载损坏设备[^3]。 3. **通信接口** 如果涉及多辆矿车联合作业,则每台车辆上的控制系统应能与其他节点保持实时通讯联系;此时5G技术便显得尤为重要——它能够提供低延迟高带宽的数据传输能力支持复杂场景下的同步操作需求[^1]。 4. **核心算法与控制策略** 编写合适的梯形图(Ladder Logic)或者其他形式的语言描述整个流程顺序关系及其条件分支结构。下面给出一段简化版伪代码表示如何设计这样一个过程: ```plc // 初始化变量 VAR SensorState : BOOL; (* 当前感应到的状态 *) CommandFlag : INT := 0; (* 控制命令标志位 *) END_VAR (* 主循环开始 *) IF NOT(SensorState AND (CommandFlag=1)) THEN // 若未检测到物体靠近且处于等待指令模式下... SetOutput(False); (* 停止任何活动 *) ELSIF ((SensorState=True) OR (CommandFlag>1)) THEN CASE CommandFlag OF (* 根据不同阶段调整行为*) 1: MoveToPositionA(); (* 移向预设点 A *) 2: EngageHook(); (* 执行连接动作 *) ELSE ReleaseHook(); (* 否则释放挂钩 *) END_CASE; ELSE FaultHandling(); (* 处理异常情况 *) END_IF; (* 结束主循环 *) ``` 上述片段仅作示意用途,在实际项目开发过程中还需要考虑更多边界情形比如超时保护机制等等[^4]。 --- ### 问题
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