这个模拟器的最佳架构是什么？

Question

我必须用Java制作模拟器，它将模拟在高速公路上骑车。高速公路上应该有3条车道，每条车道都有恒定速度的车。在这条高速公路上，有一个代理商，必须穿过而不会撞到任何其他车辆。详细说明可在this paper第2.5节和图片5中找到。

这张图片来自提到的纸张，显示了高速公路的外观：

我的目标是只编写模拟器（和GUI），而不是代理逻辑。现在，我想设计一个这个模拟器的架构，这是我需要帮助的地方。

我的想法是，代理商API的外观如下：

public abstract class BaseAgent {
    public abstract void run()
    public abstract void onCrash();
}

高速公路上的代理人（汽车）应该是这个班级的后代。在每个步骤中，模拟器调用函数run()其中是代理逻辑。在此函数中，代理可以调用​​以下函数：

goLeft();
goRight();
getNearestCarInLane(int lane_no);
getMySpeed();

因此，在每一步中，代理人都可以决定他是否留在当前车道，或者他是左转还是右转。这就是代理人可以做的事情。

所以这是代理API，但我不知道，如何设计其余的模拟器。我对模拟器架构的第一次尝试是：

class Agent — descendant of BaseAgent, can ride on highway.
class Highway — stores position of all cars on highway.
class Simulator — creates instance of agent and highway; in every step, call agent’s `run()` and monitors any car crash.

这不是一个好的架构。哪个类应该是方法goLeft()，goRight()和getNearestCarInLane()？因为这些方法必须在BaseAgent级内，但必须知道每辆车在高速公路上的位置。所以最后，我有这样的事情：

Simulator s = new Simulator();
Highway h = new Highway();
Agent a = new Agent();

s.setAgent(a);
s.setHighway(h);
a.setHighway(h);
h.setAgent(a);

它太可怕了。

所以我需要一些聪明人的帮助。有人可以给我一个关于书籍，文章，模拟器/架构的链接吗？或者解释一下我做错了什么？

我不是程序员，这个项目是我的教师名为 Software engineering 的可选课程的一部分。

Answer 1

我的建议是设计代理的界面与intelligent agent的正式概念：从模拟的角度来看，它是一个接收感知<的黑盒子/ em>从其环境（例如，传感器数据）然后决定某个动作（例如，向左或向右转向汽车）。

根据此定义和假设一个简单的离散逐步模拟，您的代理类可能如下所示：

public abstract class BaseAgent {
    public AgentAction act(HighwayPerception hwyPerception);
}

其中AgentAction是表示代理可以在一个步骤中决定执行的操作的类型（在最简单的情况下，这将是一个值为STEER_LEFT，{{1}的枚举对于更复杂的问题，您可以使用STEER_RIGHT作为超类/接口来定义整个类层次结构。模拟器的工作是解释代理返回的AgentAction对象，并相应地更改其环境状态（即AgentAction对象）。

另一方面，参数Highway代表了代理人在当前时间步骤能够感知的所有内容：例如，汽车的速度（HighwayPerception）或到达的距离下一辆车（getMySpeed()）。这避免将代理直接耦合到其环境（即getNearestCarInLane(int laneNumber)）---这很重要，因为分离了关注点：仅代理感知他们的环境决定行动，而不是直接与之互动。同样，模拟器的工作是在给定当前环境状态的情况下为代理创建感知。

最后，此设计还可以更轻松地控制代理。 必须设计Highway类，以便它只能用于读取代理应该能够感知的数据，而不会影响周围环境直。相比之下，原始设计中的代理可以访问HighwayPercept对象，因此可以尝试作弊，例如前往几英里的Highway车辆并计划相应的路线，或只是改变高速公路上其他车辆的位置。 这绝不可能，即使您不太关心安全性，因为这些事情也可能无意中发生，并且调试起来可能很棘手。

根据您的要求，您的架构当然可能需要更复杂。 更多信息应该很容易从multi-agent simulation systems的文献中获得（这是您的问题的概括，即几个代理可以模拟在您的高速公路上行驶） 。这个领域正在进行大量研究，您可能需要查看多种代理模拟工具（例如Repast）。

Answer 2

我个人会封装要包含在模拟器中的高速公路。如果每个模拟器有超过1个高速公路，那么我会假设代理将在任何高速公路对象上，因此代理可以由模拟器拥有并与高速公路相关联。但模拟器应该是一个Facade模式，所以你需要做的就是创建模拟器，并且可以选择传递一个配置，这样你就不必处理它们了。每个代理都应该有一个run（）方法，模拟器中应该有一个线程在它包含的每个Agent上调用run（），或者你可以在Simulation中有一个手动步骤，为每个Agent调用run（）一次（比如一步一步模拟器）。