1. 简介
街道红绿灯是交通管理中非常重要的组成部分，它们控制车辆和行人的流量，确保交通有序。在本文中，我们将使用Python通过类的组合来模拟街道红绿灯的工作原理。
2. 红绿灯类
2.1 红绿灯状态
红绿灯有三个可能的状态：红灯、绿灯和黄灯。我们可以使用一个整数来表示这三个状态，其中0表示红灯，1表示绿灯，2表示黄灯。我们可以将这些状态定义为类的属性。
class TrafficLight:
def __init__(self):
self.colors = ['red', 'green', 'yellow']
self.state = 0
在构造函数中，我们定义了一个colors列表来存储颜色名称，并将状态初始化为0，表示红灯。
2.2 红绿灯切换
红绿灯在不同的时间段之间切换状态。我们可以通过调用一个函数来模拟红绿灯的状态切换。我们将在红、绿和黄之间循环切换状态。
class TrafficLight:
def __init__(self):
self.colors = ['red', 'green', 'yellow']
self.state = 0
def next_state(self):
self.state = (self.state + 1) % 3
在next_state()函数中，我们使用取模运算符将状态更新为下一个状态。这样，当状态达到2时，它将回到0，实现了循环切换。
2.3 获取当前状态
为了查看红绿灯的当前状态，我们可以在类中添加一个方法。该方法将返回当前状态对应的颜色。
class TrafficLight:
def __init__(self):
self.colors = ['red', 'green', 'yellow']
self.state = 0
def next_state(self):
self.state = (self.state + 1) % 3
def get_current_color(self):
return self.colors[self.state]
get_current_color()方法返回colors列表中与当前状态相对应的颜色。
3. 测试红绿灯类
现在我们可以使用TrafficLight类来模拟红绿灯的工作。我们可以创建一个红绿灯对象，并调用它的方法来查看状态。
# 创建红绿灯对象
traffic_light = TrafficLight()
# 打印初始状态
print("初始状态:", traffic_light.get_current_color())
# 切换状态
traffic_light.next_state()
print("切换状态后:", traffic_light.get_current_color())
traffic_light.next_state()
print("再次切换状态后:", traffic_light.get_current_color())
我们首先创建了一个TrafficLight对象，并通过调用get_current_color()方法打印初始状态。然后，我们调用next_state()方法两次切换状态，并使用get_current_color()方法验证状态是否正确切换。
4. 街道类
4.1 街道上的红绿灯
现实中，一个街道上通常会有多个红绿灯。为了模拟这种情况，我们可以在街道类中使用红绿灯类的对象。
class Street:
def __init__(self, num_lights):
self.lights = [TrafficLight() for _ in range(num_lights)]
在构造函数中，我们使用列表推导来创建指定数量的红绿灯对象，并将它们存储在lights列表中。
4.2 获取街道上所有红绿灯的状态
为了方便查看街道上所有红绿灯的状态，我们可以添加一个方法来获取它们的状态。
class Street:
def __init__(self, num_lights):
self.lights = [TrafficLight() for _ in range(num_lights)]
def get_light_colors(self):
return [light.get_current_color() for light in self.lights]
get_light_colors()方法通过遍历lights列表，并调用每个红绿灯对象的get_current_color()方法，返回一个包含所有红绿灯状态的列表。
5. 测试街道类
现在我们可以使用Street类来模拟一个拥有多个红绿灯的街道。我们可以创建一个街道对象，并调用它的方法来查看红绿灯的状态。
# 创建街道对象
street = Street(num_lights=3)
# 打印红绿灯状态
print("红绿灯状态:", street.get_light_colors())
# 切换红绿灯状态
for _ in range(3):
for light in street.lights:
light.next_state()
print("红绿灯状态:", street.get_light_colors())
我们首先创建了一个拥有3个红绿灯的街道对象，并通过调用get_light_colors()方法打印初始红绿灯的状态。然后，我们通过循环调用红绿灯对象的next_state()方法来切换红绿灯的状态，并使用get_light_colors()方法验证状态是否正确切换。
6. 结论
通过类的组合，我们成功地模拟了街道红绿灯的工作原理。我们创建了一个TrafficLight类来表示红绿灯，可以切换状态并获取当前状态。然后，我们使用Street类来表示街道，该类包含多个红绿灯对象。我们可以通过调用类的方法来获取红绿灯的状态。
这个模拟还可以进一步扩展，例如添加定时器来控制红绿灯的状态切换频率，或者添加车辆和行人类来模拟交通流量。通过类的组合，我们可以创建更复杂的交通模拟系统，以便研究交通规划和管理。