策略模式实战 - 鸭展

鸭子应用示例揭示策略模式

该示例出自著名的《HeadFirst》系列的《HeadFirst设计模式》图书的第一个设计模式。用一个鸭子展览的小应用,一步步揭示了如何引入和使用策略模式将示例改造的完美一些。

红头鸭与绿头鸭

当鸭展应用中仅有红头鸭和绿头鸭时,我们从中总结出鸭子的共性行为,比如都会“嘎嘎”叫(quack)、游泳戏水(swim),因此我们将这些方法抽取到基类Duck中,这样子类继承过来直接使用即可。而外观的展示方法(display),红头鸭和绿头鸭展示出来不一样,需要子类自己实现,因此将Duck定义为一个抽象类,并提供抽象的display方法,由继承的子类自己负责实现。

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橡皮鸭和诱饵鸭

现在鸭展丰富了新的类型,玩具类的鸭子。此时发现了继承的弊端,因为继承后的方法并不都是子类都具有的,此时就要考虑子类的覆盖。也就是说每引入一种新的类型的子类,都要评估其继承的方法,是直接沿用,还是在此基础上扩展还是直接完全覆盖。

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用接口代替继承

Java语言的特性从C++摒弃了多继承,转而使用实现接口的形式来代替多继承。当需要设计的类具备某种行为,可以定义相应的接口,让子类自己实现接口即可。比如这里的鸭子,具备某种行为则实现相关的接口,而不具备时,不实现接口则避免了子类继承的方法重写。

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需要注意的是,实现接口的场景要求具体的行为在每个具体类上不存在共性,如果存在共性,那么这个接口的实现逻辑其实是存在的重复的代码逻辑,代码逻辑冗余无法被复用,这是滥用接口导致的。此时我们应当考虑,如何将接口的实现逻辑进行复用,这就是接下来要引入的策略模式。

组合关系与策略模式

上面提到了过度依赖类的继承以及接口实现的一些弊端,最好的解决办法是:用组合关系代替过度的类继承和接口实现。

比如,这里的鸭子的各种行为使用组合的关系,在鸭子基类中定义相关行为的属性,属性类型为特定行为的接口,面向接口编程的本质是面向对象编程的多态机制的使用。因此因为接口的具体实现可以任意扩展,这种具体的可复用的行为的封装就是策略模式。

**如果子类不具备某种行为的策略,那也不是通过重写父类调用相关策略的方法,而是实现这种“不具备某种行为”这一策略。**比如橡皮鸭不会飞,则复用FlyNoWay的具体策略即可。

完整类图:

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基于数据驱动的 Koopman 算子的递归神经网络模型线性化,用于纳米定位系统的预测控制研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕“基于数据驱动的Koopman算子的递归神经网络模型线性化”开,旨在研究纳米定位系统的预测控制问题,并提供完整的Matlab代码实现。文章结合数据驱动方法与Koopman算子理论,利用递归神经网络(RNN)对非线性系统进行建模与线性化处理,从而提升纳米级定位系统的精度与动态响应性能。该方法通过提取系统隐含动态特征,构建近似线性模型,便于后续模型预测控制(MPC)的设计与优化,适用于高精度自动化控制场景。文中还示了相关实验验证与仿真结果,证明了该方法的有效性和先进性。; 适合人群:具备一定控制理论基础和Matlab编程能力,从事精密控制、智能制造、自动化或相关领域研究的研究生、科研人员及工程技术人员。; 使用场景及目标:①应用于纳米级精密定位系统(如原子力显微镜、半导体制造设备)中的高性能控制设计;②为非线性系统建模与线性化提供一种结合深度学习与现代控制理论的新思路;③帮助读者掌握Koopman算子、RNN建模与模型预测控制的综合应用。; 阅读建议:建议读者结合提供的Matlab代码逐段理解算法实现流程,重点关注数据预处理、RNN结构设计、Koopman观测矩阵构建及MPC控制器集成等关键环节,并可通过更换实际系统数据进行迁移验证,深化对方法泛化能力的理解。
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