第18章 程序中的决策:条件块

即使是像口袋里的手机这样小型的电脑,也可以在短短几秒钟内完成超过数千次的操作。更令人惊奇的是,它们可以基于内存中的数据以及程序员编写的逻辑进行决策。这种决策能力在人们所思考的人工智能问题中是极为关键的要素,当然也是创建有趣的智能应用的重要组成部分。本章将探索如何在应用中编写判断选择逻辑。

正如我们在第14章所讨论的,应用的行为由一系列的事件处理程序所定义。每个事件处理程序针对某个特定事件进行响应,并实现特定的功能。然而,这种响应的过程未必是按线性顺序来实现各项功能,有些功能只能在一定条件下才能执行。像游戏类的应用可能就会判断分数是否已经达到了100,而位置感知类的应用可能会问“某个手机是否在某个建筑物的范围之内”。你的应用也可以询问类似的问题,然后根据答案,继续执行不同的程序分支。

如图18-1,当事件(Event1)发生时,无论如何A功能都会被执行;然后进行一个检测判断:如果检测结果为真,则执行B1分支;如果结果为假,则执行B2分支;无论执行哪个分支,该事件处理程序的其余部分(C)都将被执行。

由于像图18-1这样的决策图看起来像一棵树,因此通常会将这种根据判断结果而选择执行的一段程序称为“分支”。在这种情况下,你会说, “如果测试结果为真,则执行包含B1的分支。 ”

图18-1 事件处理程序中,根据条件测试的结果执行不同分支

用if及ifelse进行条件测试

App Inventor提供了两类条件块(如图18-2):if块和ifelse块。可以从Control抽屉里拖出一个if块,然后点击上面的蓝色图标,弹出可扩充的块,可以根据需要添加任意多个“else”分支。

可以将任何逻辑表达式(Boolean)插入到if右侧的测试插槽中。逻辑表达式是一个用数学等式,它的返回值要么是真(true),要么是假(false)。如图18-3,逻辑表达式使用关系运算符(蓝色)以及逻辑运算符(绿色),对属性值或变量值进行检测。

图18-2 条件块if及ifelse

图18-3 用于条件判断的关系及逻辑运算符

无论是if块还是ifelse块,只有“if”后面的测试结果为真时,将执行“then”右侧插槽中的块。对于if块,如果测试结果为假,程序将跳出if块,继续执行if后面的块;而对于ifelse块,如果测试结果为假,将执行“else”右侧插槽中的块。

因此,对于一个游戏来说,可能会插入一个与成绩有关的逻辑表达式,如图18-4所示。

在本例中,如果成绩到达100,则播放一个声音文件。注意,如果测试结果为假,不执行任何块。如果需要在测试结果为假时执行某些操作,可以使用ifelse块。

图18-4 用于测试成绩值的逻辑表达式

编写一段二选一的决策程序

考虑这样一个应用,无聊的时候也许会用到它:在手机上点击一个按钮,就可以随机地拨打一个朋友的电话。如图18-5,使用一个random integer(随机整数)块来生成一个数字,然后用ifelse对生成的数字进行判断,来决定即将拨打的电话号码。

图18-5 用ifelse块判断随机生成的整数来选择要拨打的号码

在这个例子中,random integer的参数为1和2,意味着将以相等的几率产生1或2,所产生的随机数保存在变量randomNum中。

一旦取得了变量randomNum的值,在ifelse块中将变量值与1进行比较:如果randomNum的值为1,程序将执行第一个分支(then),将电话号码设置为“111-1111”;如果变量值不为1,测试结果为假,程序执行第二个分支(else),电话号码被设置为“222-2222”。无论测试结果如何,程序都将拔打电话,因为是在整个ifelse块的下面调用了MakePhoneCall过程。

多重条件判断

许多情况下不只是双重选择,即,可选择的结果不仅仅是两个。例如,也许你希望可以给更多的朋友随机拨打电话,因此就需要在原来的else分支中,再加入一个ifelse,如图18-6所示。

图18-6 外层条件判断的else分支中加入另一个ifelse条件判断

在这些块中,如果第一个检测条件结果为真,程序将执行第一个“then”分支并拨打号码“111-1111”;如果第一个测试结果为假,则执行外层的else分支,此时将立即进行另一个测试。因此,如果第一个测试结果(randomNum=1)为假,而第二个测试结果(randomNum=2)为真,则执行第二个(内层的)“then”分支,并拨打号码“222-2222”;如果前面两个测试的结果都为假,则执行最下面的内层的else分支,并拨打第三个号码333-3333。

注意,在修改过的程序中,随机整数生成器(random integer)中的参数2变成了3,因此,将以相等的几率生成结果1、2或3。

这种在一个条件判断中加入另一个判断的方式称为“嵌套”,在本例中,可以称为“嵌套的if-else块”,使用这种嵌套的逻辑,可以为随机拨打电话的程序提供更多的选择。一般来说,任何程序中都可以使用任意多层的嵌套。

复杂条件判断

除了嵌套,还可以设定更为复杂的检测条件,即,多于一个等式的检测条件。例如这样一个应用,当你(或你的手机)离开某栋建筑或某个边界时,手机会发出震动。这样的应用适用于那些受控人员,警告他们不要远离法定的边界;也可以用于家长监视孩子们的行踪;教师可以用它来做自动点名(条件是学生们都配有Android手机!)。

例如,我们提出这样的问题:手机是否在“旧金山大学哈尼科学中心”范围内?这样的应用要对4个不同的问题进行一个复杂的检测:

  • 手机所在的纬度低于边界纬度的最大值(37.78034)吗?
  • 手机所在的经度低于边界经度的最大值(-122.45027)吗?
  • 手机所在的纬度高于边界纬度的最小值(37.78016)吗?
  • 手机所在的经度高于边界经度的最小值(-133.45059)吗?

图18-7 放在if块测试插槽中的“and”块(选择“External Input/外展式输入”以免块的排列过宽)

本例中使用了位置传感器(LocatinSensor)组件,即便你没用过这个组件,也能够理解这些程序,在第23章中将有更多讲解。

使用逻辑运算符and、or及not可以构造出更为复杂的测试条件,可以从Logic抽屉中找到它们。在本例中,先拖出一个if块以及三个and块,并将and块放在if块的测试插槽中,如图18-7所示。

然后拖出几个块来组成第一个测试问题,并将其放在and块的第一个测试插槽中,如图18-8所示。

图18-8 and块中放入了第一个测试问题块

如法炮制出其他几个测试条件,填入其他几个and的测试插槽中,并将整个if块放入事件处理程序LocationSensor.LocationChanged中,这样就写成了一个检测边界的程序,如图18-9所示。

每次位置更新时,触发该事件处理程序,来检测是否在边界之内

这些块的功能是,在每次位置传感器读数更新时做出判断,如果手机的位置在边界之内,则发出震动。

OK,到目前为止,应用已经相当酷了,但现在我们来尝试更为复杂的功能,以便你能充分地了解程序中决策的威力。如何才能让手机仅在越出边界时才发出震动呢?继续学习之前,自己先想想如何来写这样的程序。

我们的方法是定义一个变量withinBoundary,目的是记住传感器上一次的读数是否在边界内,并根据每一次后续读数的测试结果对变量值进行修改。withinBoundary是一个布尔(Boolean)类型的变量,与保存数字或文本的变量相比,它保存的值为true(真)或false(假)。举例来说,如果将变量初始值设为false,如图18-10所示,这意味着设备不在旧金山大学的哈尼科学中心范围内。

图18-10 变量withinBoundary为初始化为false

对块做出修改,以便在每次位置信息变化时,对变量withinBoundary进行设置,并且只有当手机越出边界时,才会发出震动。说的更明确一些,手机产生震动的必备条件是(1)变量withinBoundary的值为真,即意味着上一次读数还在边界内;(2)新的传感器读数超出了边界。图18-11中是修改后的块。

图18-11 这些块的功能是:只有当手机从界内移动到界外时,手机才会震动

我们来仔细地分析一下。当位置传感器(LocationSensor)获得读数时,首先判断读数是否在边界内,如果是,将withinBoundary设置为true。由于我们希望只有在手机越出边界时才震动,因此在第一个分支中不发生震动。

如果执行的是else分支,我们知道新的读数已经超出了边界。此时,我们需要检查上一次的读数:尽管这次读数超出了边界,但我们希望仅当上次读数在边界内时,才让手机发出震动。withinBoundary变量会告诉我们上一次的读数,因此我们会检查这个变量,如果检查结果为真,则让手机震动。

一旦确认手机从界内移动到了界外,还有一件事必须要做,你能猜到是什么吗?对,需要重新设置withinBoundary为false,这样,在下一次收到传感器读数时,手机才不会再次震动。

关于布尔型变量,还有一点需要提示:检查一下这两个if测试,如图18-12,它们的效果一样吗?

图18-12 你能说出这两个if测试的结果一样吗?

答案是“一样”!唯一的差别在于下边的提问方式实际上更加老练,而上边的测试还要将一个布尔型的变量(其值只能是true或false)与true进行比较。如果withinBoundary的值为true,将true与true比较,结果一定是true;如果变量值为false,将false与true比较,结果为false。因此,只需要对withinBoundary的值进行检测,像右边那样,其结果相同,而且编码更加简洁。

小结

头晕了吗?尤其是最后的部分相当复杂!但这类决策方法是高级应用中必须具备的。如果你能一步一步(或者说一个分支一个分支)地实现这些行为,并做到边做边测试,我们敢断言,你会发现,即便是人工智能也不是不可能的。它让你头疼,也让你的大脑获得了些许逻辑思维的锻炼,但无疑也是充满乐趣的。

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