破解面试题1_交通灯管理系统-优快云博客

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本文详细阐述了交通灯管理系统的设计与实现，包括异步随机生成车辆、信号灯控制逻辑、面向对象分析与设计，以及具体的编程实现。通过模拟南北向与东西向车辆的交替放行，展示了如何在程序中实现交通灯的智能控制。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、交通灯管理系统的项目需求

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

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
。。。
信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。
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而后放行左转车辆。
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方式展现程序运行结果。

二、分析解决

1. 画图分析各路车流与灯:

总共有12条路线，为了统一编程模型，可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制，右转弯的4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态，另外，其他的8条线路是两两成对的，可以归为4组，所以，程序只需考虑图中标注了数字号的4条路线的控制灯的切换顺序，这4条路线相反方向的路线的控制灯跟随这4条路线切换，不必额外考虑。

2. 面向对象的分析与设计:

涉及到的对象有: 红绿灯、灯的控制系统、车、路线. 而车对象的所有信息都被存放在了路线对象中, 所以只需三个对象: 红绿灯、灯的控制系统、路线.

路线对象应该拥有增加和减少车的方法.
车只需用字符串表示.

3. Lamp类的分析:

表示交通灯, 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.
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.
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. 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.
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.
设计一个LampController类, 它定时让当前的绿灯变红.

4. Road类的编写:

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 {

		List<String> vechicles = new ArrayList<>();
		
		private String name = null;
		public Road(String name) {
			this.name = name;
			
			ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
			pool.execute(new Runnable(){
				public void run() {
					for(int i=1; i<1000; i++){
						try {
							Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1) * 1000);
						} catch (InterruptedException e) {
							e.printStackTrace();
						}
						vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
					}
					
				}
				
			});
			
			
			//用定时器实现车辆的减少
			ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
			timer.scheduleAtFixedRate(
					new Runnable(){
						public void run(){
							if(vechicles.size()>0){
								boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
								if(lighted){
									System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");
								}
							}
						}
					}, 
					1, 
					1, 
					TimeUnit.SECONDS);
			
		}

}

5. Lamp类编写:

package com.isoftstone.interview.traffic;

public enum Lamp {
	/*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/	
	S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
	/*下面元素表示与上面的元素的相反方向的灯，它们的“相反方向灯”和“下一个灯”应忽略不计！*/
	N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
	/*由南向东和由西向北等右拐弯的灯不受红绿灯的控制，所以，可以假想它们总是绿灯*/
	S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);
	
	private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
		this.opposite = opposite;
		this.next = next;
		this.lighted = lighted;
	}


	/*当前灯是否为绿*/	
	private boolean lighted;
	/*与当前灯同时为绿的对应方向*/	
	private String opposite;
	/*当前灯变红时下一个变绿的灯*/	
	private String next;
	public boolean isLighted(){
		return lighted;
	}
	
	/**
	 * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
	 */	
	public void light(){
		this.lighted = true;
		if(opposite != null){
			Lamp.valueOf(opposite).light();
		}
		System.out.println(name() + " lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");
		
	}
	
	/**
	 * 某个灯变红时，对应方向的灯也要变红，并且下一个方向的灯要变绿
	 * @return 下一个要变绿的灯
	 */	
	public Lamp blackOut(){
		this.lighted = false;
		if(opposite != null){
			Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
		}		
		
		Lamp nextLamp= null;
		if(next != null){
			nextLamp = Lamp.valueOf(next);
			System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);			
			nextLamp.light();
		}
		return nextLamp;
	}
}

6. LampController类的编写:

package com.isoftstone.interview.traffic;

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

public class LampController {
	private Lamp currentLamp;
	
	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);
	}
}

7. 这些类弄好了, 还要一个开始执行的点, MainClass类:

package com.isoftstone.interview.traffic;

public class MainClass {

	public static void main(String[] args) {
		
		/*产生12个方向的路线*/		
		String [] directions = new String[]{
				"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"		
		};
		for(int i=0;i<directions.length;i++){
			new Road(directions[i]);
		}
		
		/*产生整个交通灯系统*/		
		new LampController();
	}

}