交通灯系统

最新推荐文章于 2022-06-10 10:22:49 发布

o19871108

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分类专栏： JAVABlog 文章标签： JAVA 项目交通灯

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模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

异步随机生成按照各个路线行驶的车辆

> 例如

由南向被而来往北向的车辆....直行车辆
由西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

......

信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
应该考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆部不信号灯控制。
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二后放行左转车辆

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）。
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。
不要求实现GUI,只考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展示程序运行结果。

一、路况分析图

通过画图的方式，分析一下十字路口车辆行驶的规律。看下图，

以向南的公路为例，车辆可以向3个方向前进(2表示to)：S2W，S2N，S2E。每个方向的公路都有3个前进方向，总共有12条方向。但是仔细分析就会发现，S2N和N2S其实是同一车流，只能由北向南开或者只能由南向北都是不可能的。所以，严格意义上，总共是4种车流：

1. S2N、N2S

2. E2W、W2E

3. S2W、N2E

4. W2N、E2S

二、需求分析

下图是一个真实的十字路口的交通灯，也是目前最常用的形式。有3个灯组成，每个灯都可以独立现实红、黄、绿，并指示相应的方向：左转、右转、直行。

按照需求分析如下：

1. 按照需要，只有红灯和绿灯，不考虑黄灯。也可以理解为亮（绿灯）与不亮（红灯）。

2. 由于提示不用考虑右转，所以应该假设右转灯始终为绿色（亮灯）。

3. 现实生活中，某个方向上，例如南北，总是先直行然后左转，左转完毕后东西方向上的直行和左转。如此循环执行。

4. 通过左转灯和直行灯的不同组合开控制车流，每辆车只要看自己面前的灯即可，不用考虑其他方向的灯。不考虑汽车想要行驶的方向，汽车受灯控制：红灯停绿灯行。

5. 每辆车通过的时间为1秒，也就是说，绿灯如果亮5秒，会有5辆车通过。

三、面向对象分析和设计

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)。

Road类的设计：

每条路线内都有一个集合，元素为车辆。

绿灯时，每秒减少一辆车；红灯时，随机增加车辆。

因为有12条路线，需要有12个Road对象。

每条路线每秒都要检查对应的灯是否为绿（亮），是的话即移除集合中的第一辆车，表示汽车通过路口。

Lamp类的设计：

每个灯在一段时间内只有一个状态：绿或红，每个灯都有变绿或者变红的方法，并且可以返回下一个灯。因为只有2个状态，可以使用布尔值的真假表示：真（绿）、假（红）。

因为有12条线路，所有有12个交通灯。不考虑右转，所以4个右转灯始终是绿灯，车辆可以随时右转。

除了右转，还有8个方向，考虑对面而行可以合为一个方向，实际只有4个方向的车流。实际编程时，每个方向的车流只需要使用一个灯表示即可，所以只需要4个灯来控制车流。这4个灯会依次变绿。按照真实情况，每个灯变绿时，对面方向的灯也会变绿，因为他们是一一对应的，变绿后汽车通过路口；主灯变红后，也会使得对面的灯变红。

每个灯变红后，会将下一个灯变绿、对面的灯变动，这就需要2个成员变量：对面的灯和下一个灯；还需要记住自己的状态，是否为绿，所以共有3个成员变量。

LampController类的设计：

需要一个监视器，随时监视本灯的状态，时间一到就将当前的灯变红，并监视下一个灯，循环执行。

代码如下：

（1）路

package com.isoftstone.interview.traffic;

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 {
 //定义交通工具集合
 private List vehicles=new ArrayList();
 
 //初始化路的名字
 private String nameString=null;
 public Road(String name){
  this.name=name;
  //创建线程池
  ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();
  //创建实现类
  pool.execute(new Runnable(){
   public void run() {
    for (int i = 1; i < 10000; i++) {
     try {
      Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);//随机产生1-10秒的随机数
     } catch (InterruptedException e) {
      // TODO Auto-generated catch block
      e.printStackTrace();
     }
     //内部类调用外部类的成员变量
     vehicles.add(Road.this.nameString+"_"+i);
    }
   }
  });


  //定义一个定时器
  ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
  
  timer.scheduleAtFixedRate(
    new Runnable(){
     public void run() {
      if(vehicles.size()>0){
       boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.nameString).isLighted();
       if (lighted) {
        System.out.println(vehicles.remove(0)+"is traversing");
       }
      }
      
     }
    },
    1,
    1,
    TimeUnit.SECONDS
   );
   
  
 }
}

（2）灯

package com.isoftstone.interview.traffic;


public enum Lamp {
 //2代表to,E代表东 S代表南，N代表北，W代表西，

 //设置灯的变动，车的走向
 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);
 //有参构造方法
 private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted) { //构造方法的三个参数分别为对应灯，下一个灯，灯的状态
  this.oppositeLamp=opposite;
  this.nextString=next;
  this.lighted=lighted;
 }
 //无参构造方法
 private Lamp () {
 }
 //灯的状态
 private boolean lighted;
 //对面的灯
 private String oppositeLamp;
 //下一个灯
 private String nextString;
 //get方法返回灯的状态
 public boolean isLighted() {
  return lighted;
 }
 //灯亮
 public void light() {
  this.lighted=true;
  if (oppositeLamp!=null) {
   Lamp.valueOf(oppositeLamp).light();//返回枚举对象
  }
  System.out.println(name()+"lamp is green .下面可以看到六个方向的汽车穿过");
 }
 //灯灭并返回下一个灯
 public Lamp blackOut() {
  this.lighted=false;
  if (oppositeLamp!=null) {
   Lamp.valueOf(oppositeLamp).blackOut();//返回枚举对象
  }
  Lamp nextLamp=null;
  if (nextString!=null) {
   nextLamp=Lamp.valueOf(nextString);
   System.out.println("绿灯从"+name()+"--->切换为"+nextString);
   nextLamp.light();
  }
  return nextLamp;
 }
}

（3）灯的监视器

package com.isoftstone.interview.traffic;
public LampController(){
     //刚开始让由南向北的灯变绿;  
      currentLamp = Lamp.S2N;
           currentLamp.light();
  
     /*每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿*/  
         ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);
            timer.scheduleAtFixedRate(
              new Runnable(){
    public  void run(){
          System.out.println("来啊");
           currentLamp = currentLamp.blackOut();
     }
     },
      10,
      10,
        TimeUnit.SECONDS);
    }
   }

(4)设计一个MainClass类来对当前程序进行测试:

package com.isoftstone.interview.traffic;
public class MainClass {

       public static void main(String[] args) {

              //用for循环创建出代表12条路线的对象           

              String [] directions = new String[]{

                            "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"          

              };

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