设计模式（十）Strategy模式

　　Strategy模式，就是用来整体地替换算法，可以轻松地以不同的算法解决同一个问题。

　　还是根据一个示例程序来理解这种设计模式吧。先看一下示例程序的类图。

　　然后看示例程序代码。

package bigjunoba.bjtu.strategy;

public class Hand {
    public static final int HANDVALUE_GUU = 0;  // 表示石头的值
    public static final int HANDVALUE_CHO = 1;  // 表示剪刀的值
    public static final int HANDVALUE_PAA = 2;  // 表示布的值
    public static final Hand[] hand = {         // 表示猜拳中3种手势的实例
        new Hand(HANDVALUE_GUU),
        new Hand(HANDVALUE_CHO),
        new Hand(HANDVALUE_PAA),
    };
    private static final String[] name = {      // 表示猜拳中手势所对应的字符串
        "石头", "剪刀", "布",
    };
    private int handvalue;                      // 表示猜拳中出的手势的值
    private Hand(int handvalue) {
        this.handvalue = handvalue;
    }
    public static Hand getHand(int handvalue) { // 根据手势的值获取其对应的实例
        return hand[handvalue];
    }
    public boolean isStrongerThan(Hand h) {     // 如果this胜了h则返回true
        return fight(h) == 1;
    }
    public boolean isWeakerThan(Hand h) {       // 如果this输给了h则返回true
        return fight(h) == -1;
    }
    private int fight(Hand h) {                 // 计分：平0, 胜1, 负-1
        if (this == h) {
            return 0;
        } else if ((this.handvalue + 1) % 3 == h.handvalue) {
            return 1;
        } else {
            return -1;
        }
    }
    public String toString() {                  // 转换为手势值所对应的字符串
        return name[handvalue];
    }
}

　　Hand类是用来表示猜拳中“手势”的类，首先创建了Hand类的实例，并将它们保存在hand数组中。getHand方法的作用是，将手势的值作为参数传递给getHand方法，它就会将手势的值对应的Hand类的实例返回。判断猜拳结果比较有意思，如果hand1赢了hand2，那么可以用hand1.isStrongerThan（hand2）来表示，反之如果hand1输了hand2，那么可以用hand1.isWeakerThan（hand2）来表示。fight方法是用来比较this和h的，如果this的手势值加1后是h的手势值，那么this获胜。例如this是石头（0），h是剪刀（1）；或者this是剪刀（1）而h是布（2）；或者this是布（2）而h是石头（0）。这里的取余是因为2加上1后除以3的余数正好是0，也就是石头。这里的Hand类被其他类使用，但是它不是strategy模式的一部分。

package bigjunoba.bjtu.strategy;

public interface Strategy {
    public abstract Hand nextHand();
    public abstract void study(boolean win);
}

　　Strategy接口定义了猜拳策略的抽象方法接口。nextHand方法的作用是“获取下一局要出的手势”，study方法是学习“上一局的手势是否获胜了”。

package bigjunoba.bjtu.strategy;

import java.util.Random;

public class WinningStrategy implements Strategy {
    private Random random;
    private boolean won = false;
    private Hand prevHand;
    public WinningStrategy(int seed) {
        random = new Random(seed);
    }
    public Hand nextHand() {
        if (!won) {
            prevHand = Hand.getHand(random.nextInt(3));
        }
        return prevHand;
    }
    public void study(boolean win) {
        won = win;
    }
}

　　WinningStrategy类实现了Strategy接口。这种猜拳策略是，如果上一局的手势赢了，则下一局的手势就与上局相同；如果上一局手势输了，那下一局就随机出手势。won字段中保存的是上一局猜拳的输赢结果，如果上一局赢了，那么won值为true，然后nextHand方法直接返回prevHand，study方法调用study（True）。

package bigjunoba.bjtu.strategy;

import java.util.Random;

public class ProbStrategy implements Strategy {
    private Random random;
    private int prevHandValue = 0;
    private int currentHandValue = 0;
    private int[][] history = {
        { 1, 1, 1, },
        { 1, 1, 1, },
        { 1, 1, 1, },
    };
    public ProbStrategy(int seed) {
        random = new Random(seed);
    }
    public Hand nextHand() {
        int bet = random.nextInt(getSum(currentHandValue));
        int handvalue = 0;
        if (bet < history[currentHandValue][0]) {
            handvalue = 0;
        } else if (bet < history[currentHandValue][0] + history[currentHandValue][1]) {
            handvalue = 1;
        } else {
            handvalue = 2;
        }
        prevHandValue = currentHandValue;
        currentHandValue = handvalue;
        return Hand.getHand(handvalue);
    }
    private int getSum(int hv) {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            sum += history[hv][i];
        }
        return sum;
    }
    public void study(boolean win) {
        if (win) {
            history[prevHandValue][currentHandValue]++;
        } else {
            history[prevHandValue][(currentHandValue + 1) % 3]++;
            history[prevHandValue][(currentHandValue + 2) % 3]++;
        }
    }
}

　　ProbStrategy类是随机出手势，但是每种手势出现的概率会根据以前的猜拳结果而改变。这里的理解就是，假如上一局出的是石头，那么history【0】【0】表示两局分别出石头和石头时胜了的次数，同理history【0】【1】表示两局分别出石头和剪刀时胜了的次数，history【0】【2】表示两局分别出石头和布时胜了的次数。这三个的值假如是3/5/7的情况下，下一局就会以石头、剪刀和布的比率为3:5:7来决定，在0到15之间取一个随机数，如果随机数是0 1 2那么出石头，如果随机数在3 4 5 6 7 那么出剪刀，如果随机数是9 10 11 12 13 14 15那么出布。

package bigjunoba.bjtu.strategy;

public class Player {
    private String name;
    private Strategy strategy;
    private int wincount;
    private int losecount;
    private int gamecount;
    public Player(String name, Strategy strategy) {         // 赋予姓名和策略
        this.name = name;
        this.strategy = strategy;
    }
    public Hand nextHand() {                                // 策略决定下一局要出的手势
        return strategy.nextHand();
    }
    public void win() {                 // 胜
        strategy.study(true);
        wincount++;
        gamecount++;
    }
    public void lose() {                // 负
        strategy.study(false);
        losecount++;
        gamecount++;
    }
    public void even() {                // 平
        gamecount++;
    }
    public String toString() {
        return "[" + name + ":" + gamecount + " games, " + wincount + " win, " + losecount + " lose" + "]";
    }
}

　　Player类表示进猜拳游戏选手的类。nextHand方法的返回值就是策略的nextHand方法的返回值，也就是将自己的工作委托给了strategy。

package bigjunoba.bjtu.strategy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        if (args.length != 2) {
            System.out.println("Usage: java Main randomseed1 randomseed2");
            System.out.println("Example: java Main 314 15");
            System.exit(0);
        }
        int seed1 = Integer.parseInt(args[0]);
        int seed2 = Integer.parseInt(args[1]);
        Player player1 = new Player("Lianjiang", new WinningStrategy(seed1));
        Player player2 = new Player("Qiaoye", new ProbStrategy(seed2));
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Hand nextHand1 = player1.nextHand();
            Hand nextHand2 = player2.nextHand();
            if (nextHand1.isStrongerThan(nextHand2)) {
                System.out.println("Winner:" + player1);
                player1.win();
                player2.lose();
            } else if (nextHand2.isStrongerThan(nextHand1)) {
                System.out.println("Winner:" + player2);
                player1.lose();
                player2.win();
            } else {
                System.out.println("Even...");
                player1.even();
                player2.even();
            }
        }
        System.out.println("Total result:");
        System.out.println(player1.toString());
        System.out.println(player2.toString());
    }
}

　　main类负责让电脑进行猜拳游戏。Lianjiang和Qiaoye分别使用不同的策略进行了100局比赛。这里必须输入两个数作为随机数的种子，关于这一方面，目前还是不太理解，等到理解了再来解释。

Even...
Winner:[Qiaoye:1 games, 0 win, 0 lose]
Winner:[Lianjiang:2 games, 0 win, 1 lose]
Even...
Winner:[Qiaoye:4 games, 1 win, 1 lose]
Winner:[Lianjiang:5 games, 1 win, 2 lose]
Even...
Even...
Winner:[Lianjiang:8 games, 2 win, 2 lose]
Winner:[Lianjiang:9 games, 3 win, 2 lose]
Winner:[Lianjiang:10 games, 4 win, 2 lose]
Even...
Winner:[Qiaoye:12 games, 2 win, 5 lose]
Even...
Winner:[Lianjiang:14 games, 5 win, 3 lose]
Winner:[Qiaoye:15 games, 3 win, 6 lose]
Winner:[Qiaoye:16 games, 4 win, 6 lose]
Winner:[Lianjiang:17 games, 6 win, 5 lose]
Winner:[Qiaoye:18 games, 5 win, 7 lose]
Even...
Total result:
[Lianjiang:20 games, 7 win, 6 lose]
[Qiaoye:20 games, 6 win, 7 lose]

　　输出结果如上，进行了20局的结果。

　　Strategy模式类图如下：

　　Strategy模式主要思想就是将算法与其他部分分离开，只定义了与算法相关的接口，然后在程序中以委托的方式来使用算法。使用委托这种弱关联关系可以很方便地整体替换算法，或者选择更好的算法在不同的环境下运行。