上一篇文章介绍了加州大学洛杉矶分校（UCLA）的一门C#语言课的教学内容。今天就来讲解一下其中的一个作业题，这个作业题占它这门课程总成绩的20%。以下是我按照原文写的，以翻译为主，删掉了一点非核心的内容，并稍加了一些说明，原文见这里。
概述
这个作业题的内容，是请你模拟一座建筑物中的电梯。你的程序需要控制电梯的运行以及乘坐电梯的乘客流。从教学的角度出发，这个作业可以分为三个部分，但你在实现的时候，不一定非要按照下面描述的顺序。你要为一座多层的建筑物中的几部电梯建模，这个模拟过程发生在一座建筑物中，需要跟踪乘客乘坐电梯在不同楼层之间运行。为了简单起见，我们设定一共有5层（标记为0-4），以及两部电梯（标记为0和1）。
这个模拟是基于“节拍”的，每一拍发生如下三件事：
1）电梯根据当前的状态进行移动；
2）乘客移动；
3）电梯的控制器更新电梯的状态。
模拟乘客流
一个乘客的状态一定处于两种状态之一：“空闲”（Idle）或“去向(n)”（GoingTo(n)），各自含义是:
去向(n)：这位乘客要去向第n层楼。
空闲：乘客在电梯外休息。
乘客的状态变迁如图所示：
当整个模拟开始时，每个乘客的起始状态都是“空闲”。
乘客的位置
每个乘客有一个当前的位置，有以下7种可能： { 电梯0, 电梯1, 楼层0, 楼层1, 楼层2, 楼层3, 楼层4}。初始情况是每个乘客都在“楼层1”（楼层0表示地下室）。
当一个乘客正在乘坐“电梯i”的时候，我们就说他的位置是“电梯i”。当一个乘客正在“楼层f”的时候，我们就说他的位置是“楼层f”。
乘客的指令
我们一种简单的格式定义某个乘客的行动计划，例如
(t1,f1); (t2,f2); (t3,f3); …
其中的一个括号中有两个数字，t表示的时某一个时刻，f表示此时该乘客要取得楼层。这样的一对数字，我们称为一个“指令”。用一系列的指令就可以描述一个乘客的一系列行动的计划。注意，在实际模拟时，严格按照序列顺序，即使后面的指令中的时间早于前面指令的时间。然后，用一个简单的文本文件，可以构造出多个乘客的行动序列，每个乘客一行，如下所示：
(t11, f11); (t12, f12); (t13, f13) …
(t21, f21); (t22, f22) …
(t31, f31); (t32, f32); (t33, f33) …
在模拟程序开始的时候，读入这个文本文件，然后程序根据这个文件设定的所有指令模拟整个运行过程。
对乘客建模
乘客的移动按照下面的规则进行：假设一个乘客S，当前的状态是state，当前位置是p，当前的指令I，并假设当前的时刻为T。
* 如果 state 为 Idle，那么
o 如果 I 为空，那么什么也不做
o 如果 I 的形式为 (t0,f0);I′， 那么
+ 如果 T < t0 那么什么也不做。
+ 如果 T ≥ t0 那么将 state 设置为 GoingTo(f0) 并且将 I 设置为 I′。
* 如果 state 为 GoingTo(f)， 那么
o 如果 p = "楼层f"，那么将 state 设置为 Idle。
o 如果 S 正在 电梯e中，并且电梯e位于“楼层f”，电梯状态是 Open，那么将 p 设置为“楼层f”。
o 如果 p =“楼层f0” ( 不等于“楼层f" )，那么
+ 如果 f < f0，那么将指示灯 d 设置为 Down，否则将 d 设置为 Up.
+ 如果电梯e位于“楼层f0”，且状态为 Open，指示灯为d，电梯内少于5人, 那么将p设置为电梯e。
注意，如果点运行的速度慢，可能导致乘客获取到一个过期的指令，以上的规则可以保证，所有的指令都会按照顺序被执行。换句话说，乘客可能在某些步骤，比指令计划的有所延迟，但是都会根据指令完成确定的旅程计划。
对电梯建模
模拟的电梯承载着乘客，在楼层之间移动。我们需要使用一些状态来对电梯建模。
电梯高度
每一部电梯都有一个“当前高度”，假设每层楼高10英尺，电梯的高度用从0到40的整数表示。当电梯的高度是10的整数倍的时候，我们就说该电梯唯一第“高度/10”层。比如当前的高度是30，就说明它在第3层。在模拟开始时，两部电梯都在第0层。
电梯动作
一个电梯一共有4种可能的状态：“打开”（Open）、“静止”（Stopped）、“上移”（GoingUp）和“下移”（GoingDown），描述如下。任何操作都不会使电梯的高度小于0或大于40，即高度永远在 [0,40] 这个区间内。
“打开”：乘客可以进入或离开。
“上移”：电梯按照5英尺/拍的速度上升。
“下移”：电梯按照5英尺/拍的速度下降。
“静止”：没有什么动作。
只有特定的电梯动作序列是有效的。一个电梯一旦开始运动，就不能开门。各种状态之间变迁需要符合下图。即从状态s到状态s’，只有符合下面图中存在从s到s’的箭头时才是允许的。例如。从“下移”状态，可以变为“静止”状态，但是不能变为“打开”或“上移”状态。
电梯的初始状态是“静止”。一部电梯内同时最多容纳5个乘客。
指示灯
每一部电梯有一个指示灯，分别有“上”、“下”和“无”三种显示状态。
电梯调度
由电梯本身来决定自身的行动，也未尝不可。不过更好的方式，还是为电梯的运行提供集中的控制。这个模拟程序，将使用单一的方法来为整个电梯系统的运行提供计划。这个方法称为 PlanStep，由以下接口定义：
interface IElevatorPlanner
{
//定义方法 PlanStep(controls, upFloors, downFloors)
//用于对电梯进行调度
//其中的参数：
//controls[e] 对应于电梯e的控制
//upFloors[i]为 true ，当且仅当一名乘客在“楼层i”，且状态为GoingTo(j)，且 j > i
//downFloors[i]为 true ，当且仅当一名乘客在“楼层i”，且状态为GoingTo(j)，且 j < i
void PlanStep(IElevatorControl[] controls,
bool [] upFloors,
bool [] downFloors);
}
PlanStep方法将会使用comtrols数组中的对象对外界作出响应。PlanStep可以使用内部的状态来辅助作出决策，但是必须做到仅通过这个接口与电梯和乘客交互。显然，upFloors 和 downFloors 数组对应的就是对每个楼层的电梯按钮，又等候电梯的乘客按下。这里做了一点简化，使用真实的电梯时，乘客会先把电梯呼叫到他所在的楼层，进入以后，再按目的楼层的按钮。而这里则化简为在电梯外就确定目的楼层。
IElevatorPlanner 接口依赖于一个控制电梯的类（声明为接口）以及两个相关的枚举类型。分别定义如下：
enum ElevAction { Open, Stopped, GoingUp, GoingDown };
enum ElevLight { Up, Down, None };
interface IElevatorControl{
//StopRequested(i) 返回 true，当且仅电梯内乘客的状态是GoingTo(i)。
//需要对i做参数检查，确保在 [0..4]范围内。
bool StopRequested(int i);
//只读属性，返回电梯的当前状态。
ElevAction ActionState { get; }
//设置电梯的当前状态。
//需要对参数作检查，确保参数是一个有效的状态变迁。
void SetAction(ElevAction s);
//只读属性，返回电梯所电梯指示灯的状态。
Light Indicator { get; set; }
//只读属性，返回电梯所处的高度。
int Height { get; }
}
作业内容
编写一个图形界面，显示模拟的当前状态。提示：System.Windows.Forms.PictureBox 提供了显示图像的方法。你的图形界面应该包括以下功能：
1）用户可以把鼠标移动到一个电梯或乘客上，查看他当时的状态。可以使用：System.Windows.Forms.ToolTip。
2）用户可可以控制电梯运行的步数，每次跳过一定的步数（比如10步、50步），显示电梯的状态。
3）用户可以通过读入文本文件设定乘客的行程计划。
挑战部分：动画演示
使用动画方式演示电梯的运行过程。
总结
这是一个很有意思的题目，通过这个题目，读者可以注意到几个问题：
1）现实世界中的系统，和信息世界中的系统，是如何对应的。在题目中多次提到了一个词“建模”，这非常本质地说明了，软件开发很重的一个性质。
2）系统地分析，在这题目的描述中，可以发现他非常清晰对系统地进行了划分，而且每个部分之间的耦合度非常低，这是值得学习程序设计的读者仔细领会的要点。
希望我的文章对您有所帮助。
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这让我想到了Merrill Chapman所著的《In Search of Stupidity》（中文翻译为《IT大败局》）一书中，对20世纪80年代的软件巨头 Ashton-Tate 公司的描述。20多年过去了，这个名字已经没有什么人知道了，不过它的产品 dBase 数据库，很多人还是有印象的。这家公司依靠 dBase 数据库，在上世纪八十年代如日中天，在软件领域与微软、Lotus 一起三国鼎立。
