Java-蚂蚁爬杆（面向对象编程思想）

Posted 2020-07-12 xanlv

有一根27厘米的细木杆，在第3厘米、7厘米、11厘米、18厘米、23厘米这五个位置上各有一只蚂蚁。木杆很细，不能同时通过两只蚂蚁。开始时，蚂蚁的头朝左还是朝右是任意的，它们只会朝前走或调头，但不会后退。当任意两只蚂蚁碰头时，两只蚂蚁会同时调头朝反方向走。假设蚂蚁们每秒钟可以走一厘米的距离。编写程序，求所有蚂蚁都离开木杆的最小时间和最大时间。
要求：用类模拟出蚂蚁的行为特性，进而模拟出五只蚂蚁在木杆上的运行过程来编程求解。不能通过数学的方式直接用公式计算。

public class Ant {

    private int pos;//蚂蚁的位置，每种情况开始走之前要初始化位置
    private boolean isLeft=true;//默认左
    private boolean isDown=false;//在细杆上

    private static int num;//蚂蚁数目
    private static int numOfDown=0;//在线记录每种情况有多少只蚂蚁已经离开
    private static int LEFT_END=0;//标记细杆的左端位置
    private static int RIGHT_END=27;//标记细杆的右端位置
    private static int minTime=Integer.MAX_VALUE,maxTime,time;//标记最小最大时间，以及每种情况走的时间
    public Ant(int pos) {//构造函数
        this.pos = pos;
    }
    public void step(int i){//蚂蚁怎样走

        if(!isDown){//判断蚂蚁是否在杆上
            if(isLeft){//向左向右走并记录时间
                pos-=i;
                time++;
            }else{
                pos+=i;
                time++;
            }
            if(pos<=LEFT_END||pos>=RIGHT_END){//判断蚂蚁离开杆

                isDown=true;//标记已不在细杆上
                numOfDown++;//离开的蚂蚁数量加1
                if(numOfDown==num){//如故所有的蚂蚁离开
                    if(minTime>time){
                        minTime=time;//判断是不是最小时间
                    }
                    if(maxTime<time){//判断是不是最大时间
                        maxTime=time;
                    }
//                  System.out.println("all down........minTime:"+minTime+",maxTime:"+maxTime);//每种情况标记此种情况已走完，并输出时间
                }
            }
        }
    }
    public static void setNum(int num) {//设置蚂蚁总数
        Ant.num = num;
    }
    public int getPos() {//获得蚂蚁位置，是否碰头或者撞头
        return pos;
    }
    public void setPos(int pos) {//每种情况初始化蚂蚁的位置
        this.pos = pos;
    }
    public boolean isLeft() {//判断蚂蚁是否会碰头，撞头
        return isLeft;
    }
    public void setLeft(boolean isLeft) {//对于每种情况蚂蚁的走向的设置，对碰头和撞头的处理
        this.isLeft = isLeft;
    }
    public boolean isIsDown() {//判断蚂蚁在线不
        return isDown;
    }
    public void setIsDown(boolean isDown) {//每种情况初始化为在线
        this.isDown = isDown;
    }
    public static boolean isOver() {//判断蚂蚁是否全部离开细杆
        return numOfDown==num;
    }
    public static void setNumOfDown(int numOfDown) {//初始化离杆蚂蚁的数量
        Ant.numOfDown = numOfDown;
    }
    public static void setTime(int time) {//初始化每种情况的时间
        Ant.time = time;
    }
    public void turnAround(){//撞头或碰头时的转向
        isLeft=!isLeft;
    }
    public static int getMinTime() {//用于所有情况走完输出最大最小时间
        return minTime;
    }
    public static int getMaxTime() {
        return maxTime;
    }



}

public class AntRun {
    public static void main(String[] args) {
        //创建蚂蚁
        int[] a={3,7,11,18,23};
        int numOfDirectionStates=1;//计算所有蚂蚁可能的朝向状态数（2的a.length次方种情况）
        Ant ants[]=new Ant[a.length];
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            ants[i]=new Ant(a[i]);
            numOfDirectionStates*=2;//计算所有蚂蚁可能的朝向状态数（2的a.length次方种情况）
        }
        Ant.setNum(ants.length);//让蚂蚁在细杆上趴
        //把所有蚂蚁可能的朝向记录在数组里
        boolean directionStates[][]=new boolean[numOfDirectionStates][ants.length];
        for(int i=0;i<directionStates.length;i++){//标记每种情况蚂蚁的朝向
            directionStates[i][0]=(i & 0x01)==0;//十六进制
            directionStates[i][1]=(i & 0x02)==0;
            directionStates[i][2]=(i & 0x04)==0;
            directionStates[i][3]=(i & 0x08)==0;
            directionStates[i][4]=(i & 0x10)==0;//10：0是15，加一为16，进1，变成10
        }
        for (int i = 0; i < directionStates.length; i++) {
            Ant.setNumOfDown(0);
            Ant.setTime(0);
            //给每只蚂蚁设置朝向,初始位置，是否在细杆上
            for(int j=0;j<directionStates[i].length;j++){
                ants[j].setLeft(directionStates[i][j]);
                ants[j].setPos(a[j]);
                ants[j].setIsDown(false);
            }
//          System.out.print("走之前：");
//          print(ants);//走之前打印现在的位置
            while (!Ant.isOver()) {
                for (int j = 0; j < a.length; j++) {//先让每只蚂蚁走一步
                    ants[j].step(1);
                }
//              System.out.print("走之后：");
//              print(ants);//走完打印位置
                //判断是否碰头
                for(int j=0;j<ants.length-1;j++){
                    //碰头只可能发生在左边那只向右，右边向左的情况---且都在细杆上
                    if(!ants[j].isLeft() && ants[j+1].isLeft() && !ants[j].isIsDown() && !ants[j+1].isIsDown()){
                        //根据位置判断：碰头撞头
                        //1碰头--换方向
                        if(ants[j].getPos()==ants[j+1].getPos()){
//                          System.out.println("碰头..");
                            ants[j].turnAround();
                            ants[j+1].turnAround();
                        }
                        //2撞头--回退一步且换方向
                        if(ants[j].getPos()>ants[j+1].getPos()){
//                          System.out.println("撞头..");
                            ants[j].step(-1);
                            ants[j+1].step(-1);
                            ants[j].turnAround();
                            ants[j+1].turnAround();
                        }
                    }
                }
            }
        }
        System.out.println("minTime is:"+Ant.getMinTime()+"maxTime is:"+Ant.getMaxTime());//所有情况遍历完打印最小最大时间
    }
    //打印蚂蚁的位置方法
    private static void print(Ant ants[]){
        for(int i=0;i<ants.length;i++){
            if(i<ants.length-1){
                System.out.print(ants[i].getPos()+",");
            }else{
                System.out.println(ants[i].getPos());
            }

        }
    }

}

运行结果：
走之前：3,7,11,18,23
走之后：2,6,10,17,22
走之后：1,5,9,16,21
走之后：0,4,8,15,20
走之后：0,3,7,14,19
走之后：0,2,6,13,18
走之后：0,1,5,12,17
走之后：0,0,4,11,16
走之后：0,0,3,10,15
走之后：0,0,2,9,14
走之后：0,0,1,8,13
走之后：0,0,0,7,12
走之后：0,0,0,6,11
走之后：0,0,0,5,10
走之后：0,0,0,4,9
走之后：0,0,0,3,8
走之后：0,0,0,2,7
走之后：0,0,0,1,6
走之后：0,0,0,0,5
走之后：0,0,0,0,4
走之后：0,0,0,0,3
走之后：0,0,0,0,2
走之后：0,0,0,0,1
all down……..minTime:62,maxTime:62
走之后：0,0,0,0,0
走之前：3,7,11,18,23
走之后：4,6,10,17,22
走之后：5,5,9,16,21
走之后：4,6,8,15,20
走之后：3,7,7,14,19
走之后：2,6,8,13,18
走之后：1,5,9,12,17
走之后：0,4,10,11,16
走之后：0,3,11,10,15
走之后：0,2,9,12,14
走之后：0,1,8,13,13
走之后：0,0,7,12,14
走之后：0,0,6,11,15
走之后：0,0,5,10,16
走之后：0,0,4,9,17
走之后：0,0,3,8,18
走之后：0,0,2,7,19
走之后：0,0,1,6,20
走之后：0,0,0,5,21
走之后：0,0,0,4,22
走之后：0,0,0,3,23
走之后：0,0,0,2,24
走之后：0,0,0,1,25
走之后：0,0,0,0,26
all down……..minTime:62,maxTime:85
走之后：0,0,0,0,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：2,8,10,17,22
走之后：1,9,9,16,21
走之后：0,8,10,15,20
走之后：0,7,11,14,19
走之后：0,6,12,13,18
走之后：0,5,13,12,17
走之后：0,4,11,14,16
走之后：0,3,10,15,15
走之后：0,2,9,14,16
走之后：0,1,8,13,17
走之后：0,0,7,12,18
走之后：0,0,6,11,19
走之后：0,0,5,10,20
走之后：0,0,4,9,21
走之后：0,0,3,8,22
走之后：0,0,2,7,23
走之后：0,0,1,6,24
走之后：0,0,0,5,25
走之后：0,0,0,4,26
走之后：0,0,0,3,27
走之后：0,0,0,2,27
走之后：0,0,0,1,27
all down……..minTime:62,maxTime:85
走之后：0,0,0,0,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：4,8,10,17,22
走之后：5,9,9,16,21
走之后：6,8,10,15,20
走之后：7,7,11,14,19
走之后：6,8,12,13,18
走之后：5,9,13,12,17
走之后：4,10,11,14,16
走之后：3,11,10,15,15
走之后：2,9,12,14,16
走之后：1,8,13,13,17
走之后：0,7,12,14,18
走之后：0,6,11,15,19
走之后：0,5,10,16,20
走之后：0,4,9,17,21
走之后：0,3,8,18,22
走之后：0,2,7,19,23
走之后：0,1,6,20,24
走之后：0,0,5,21,25
走之后：0,0,4,22,26
走之后：0,0,3,23,27
走之后：0,0,2,24,27
走之后：0,0,1,25,27
走之后：0,0,0,26,27
all down……..minTime:62,maxTime:100
走之后：0,0,0,27,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：2,6,12,17,22
走之后：1,5,13,16,21
走之后：0,4,14,15,20
走之后：0,3,15,14,19
走之后：0,2,13,16,18
走之后：0,1,12,17,17
走之后：0,0,11,16,18
走之后：0,0,10,15,19
走之后：0,0,9,14,20
走之后：0,0,8,13,21
走之后：0,0,7,12,22
走之后：0,0,6,11,23
走之后：0,0,5,10,24
走之后：0,0,4,9,25
走之后：0,0,3,8,26
走之后：0,0,2,7,27
走之后：0,0,1,6,27
走之后：0,0,0,5,27
走之后：0,0,0,4,27
走之后：0,0,0,3,27
走之后：0,0,0,2,27
走之后：0,0,0,1,27
all down……..minTime:62,maxTime:100
走之后：0,0,0,0,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：4,6,12,17,22
走之后：5,5,13,16,21
走之后：4,6,14,15,20
走之后：3,7,15,14,19
走之后：2,8,13,16,18
走之后：1,9,12,17,17
走之后：0,10,11,16,18
走之后：0,11,10,15,19
走之后：0,9,12,14,20
走之后：0,8,13,13,21
走之后：0,7,12,14,22
走之后：0,6,11,15,23
走之后：0,5,10,16,24
走之后：0,4,9,17,25
走之后：0,3,8,18,26
走之后：0,2,7,19,27
走之后：0,1,6,20,27
走之后：0,0,5,21,27
走之后：0,0,4,22,27
走之后：0,0,3,23,27
走之后：0,0,2,24,27
走之后：0,0,1,25,27
走之后：0,0,0,26,27
all down……..minTime:62,maxTime:100
走之后：0,0,0,27,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：2,8,12,17,22
走之后：1,9,13,16,21
走之后：0,10,14,15,20
走之后：0,11,15,14,19
走之后：0,12,13,16,18
走之后：0,13,12,17,17
走之后：0,11,14,16,18
走之后：0,10,15,15,19
走之后：0,9,14,16,20
走之后：0,8,13,17,21
走之后：0,7,12,18,22
走之后：0,6,11,19,23
走之后：0,5,10,20,24
走之后：0,4,9,21,25
走之后：0,3,8,22,26
走之后：0,2,7,23,27
走之后：0,1,6,24,27
走之后：0,0,5,25,27
走之后：0,0,4,26,27
走之后：0,0,3,27,27
走之后：0,0,2,27,27
走之后：0,0,1,27,27
all down……..minTime:62,maxTime:100
走之后：0,0,0,27,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：4,8,12,17,22
走之后：5,9,13,16,21
走之后：6,10,14,15,20
走之后：7,11,15,14,19
走之后：8,12,13,16,18
走之后：9,13,12,17,17
走之后：10,11,14,16,18
走之后：11,10,15,15,19
走之后：9,12,14,16,20
走之后：8,13,13,17,21
走之后：7,12,14,18,22
走之后：6,11,15,19,23
走之后：5,10,16,20,24
走之后：4,9,17,21,25
走之后：3,8,18,22,26
走之后：2,7,19,23,27
走之后：1,6,20,24,27
走之后：0,5,21,25,27
走之后：0,4,22,26,27
走之后：0,3,23,27,27
走之后：0,2,24,27,27
走之后：0,1,25,27,27
走之后：0,0,26,27,27
all down……..minTime:62,maxTime:107
走之后：0,0,27,27,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：2,6,10,19,22
走之后：1,5,9,20,21
走之后：0,4,8,21,20
走之后：0,3,7,19,22
走之后：0,2,6,18,23
走之后：0,1,5,17,24
走之后：0,0,4,16,25
走之后：0,0,3,15,26
走之后：0,0,2,14,27
走之后：0,0,1,13,27
走之后：0,0,0,12,27
走之后：0,0,0,11,27
走之后：0,0,0,10,27
走之后：0,0,0,9,27
走之后：0,0,0,8,27
走之后：0,0,0,7,27
走之后：0,0,0,6,27
走之后：0,0,0,5,27
走之后：0,0,0,4,27
走之后：0,0,0,3,27
走之后：0,0,0,2,27
走之后：0,0,0,1,27
all down……..minTime:55,maxTime:107
走之后：0,0,0,0,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：4,6,10,19,22
走之后：5,5,9,20,21
走之后：4,6,8,21,20
走之后：3,7,7,19,22
走之后：2,6,8,18,23
走之后：1,5,9,17,24
走之后：0,4,10,16,25
走之后：0,3,11,15,26
走之后：0,2,12,14,27
走之后：0,1,13,13,27
走之后：0,0,12,14,27
走之后：0,0,11,15,27
走之后：0,0,10,16,27
走之后：0,0,9,17,27
走之后：0,0,8,18,27
走之后：0,0,7,19,27
走之后：0,0,6,20,27
走之后：0,0,5,21,27
走之后：0,0,4,22,27
走之后：0,0,3,23,27
走之后：0,0,2,24,27
走之后：0,0,1,25,27
走之后：0,0,0,26,27
all down……..minTime:55,maxTime:107
走之后：0,0,0,27,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：2,8,10,19,22
走之后：1,9,9,20,21
走之后：0,8,10,21,20
走之后：0,7,11,19,22
走之后：0,6,12,18,23
走之后：0,5,13,17,24
走之后：0,4,14,16,25
走之后：0,3,15,15,26
走之后：0,2,14,16,27
走之后：0,1,13,17,27
走之后：0,0,12,18,27
走之后：0,0,11,19,27
走之后：0,0,10,20,27
走之后：0,0,9,21,27
走之后：0,0,8,22,27
走之后：0,0,7,23,27
走之后：0,0,6,24,27
走之后：0,0,5,25,27
走之后：0,0,4,26,27
走之后：0,0,3,27,27
走之后：0,0,2,27,27
走之后：0,0,1,27,27
all down……..minTime:55,maxTime:107
走之后：0,0,0,27,27
走之前：3,7,11,18,23
走之后：4,8,10,19,22
走之后：5,9,9,20,21
走之后：6,8,10,21,20
走之后：7,7,11,19,22
走之后：6,8,12,18,23
走之后：5,9,13,17,24
走之后：4,10,14,16,25
走之后：3,11,15,15,26
走之后：2,12,14,16,27
走之后：1,13,13,17,27
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走之后：22,26,27,27,27
走之后：23,27,27,27,27
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走之后：27,27,27,27,27
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