Restaurant Ordering System Design (Amazon Medium) - 面试真题解析

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Problem Description (题目描述)

Question Details

设计一个餐厅点餐与菜单定价系统。系统需要支持多种类型的菜单商品，其中 Pizza 是核心商品之一。
每个 Pizza 由一个 Crust、一个 Size 和 0 到 N 个 Topping 组成。Crust 具有名称和基础价格，Size 具有名称和价格倍率，Topping 具有名称和价格。
披萨价格按照以下公式计算：Price = (base_price + sum(toppings_prices)) * size_multiplier。
系统需要支持动态增加新的 Size，例如 Small、Medium、Large，以及未来新增的其他尺寸，而不应该修改核心价格计算逻辑。
系统还需要支持多种菜单商品类型，例如 Pizza、Pasta 等，并允许一个 Order 同时包含不同类型的 MenuItem。
当新增一种菜单商品类型时，不应该修改已有的订单计算逻辑。每种菜单商品应该能够独立计算自己的价格，并由 Order 统一计算所有商品的总价。
金额计算需要保证精度，同时需要对非法价格、非法尺寸倍率等输入进行校验。

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Example (输入输出示例)

Test Cases

示例 1：
输入：

Crust = Thin Crust, price = $8
Size = Small, multiplier = 0.75
Toppings = [Cheese, price = $2]

输出：

$7.50

解释：

基础价格为 8。
Cheese 的价格为 2，因此基础价格与配料价格之和为 8 + 2 = 10。
Small 的价格倍率为 0.75，因此最终价格为 10 * 0.75 = 7.50。
示例 2：
输入：

Crust = Thin Crust, price = $8
Size = Medium, multiplier = 1.0
Toppings = [Cheese, price = $2, Mushrooms, price = $1.5]

输出：

$11.50

解释：

基础价格为 8。
Cheese 和 Mushrooms 的价格之和为 2 + 1.5 = 3.5。
未应用尺寸倍率前的价格为 8 + 3.5 = 11.5。
Medium 的倍率为 1.0，因此最终价格为 11.50。
示例 3：
输入：

MenuItem 1 = Small Thin Crust Cheese Pizza
MenuItem 2 = Medium Thin Crust Mushroom Pizza
Order = [MenuItem 1, MenuItem 2]

输出：

Total Order Price = Price(MenuItem 1) + Price(MenuItem 2)

解释：

Order 可以同时包含多个不同类型的 MenuItem。
每个 MenuItem 独立计算自己的价格。
Order 通过统一接口获取每个商品的价格，并计算最终订单总价。

💡

Approach (核心思维推导与最优策略)

Optimal Strategy

核心思想
- 将 Size、Crust、Topping、Pizza 和 Order 分别建模为独立的领域对象。
- 定义抽象 MenuItem 作为不同菜单商品的统一父类，并提供统一的 calculatePrice() 接口。
- Pizza 通过组合 Crust、Size 和多个 Topping 实现价格计算，避免针对不同属性组合创建大量子类。
关键观察/数学性质
- Size 不应该简单表示为 String 或 float，因为它包含 name、multiplier 等独立属性。
- Crust 和 Topping 同样具有独立的业务含义，因此应该分别建模为独立对象。
- Pizza 与 Crust、Size、Topping 之间属于组合关系，而不是继承关系。
- Pizza、Pasta 等不同商品都属于 MenuItem，因此 Order 可以通过多态统一处理不同商品。
- 金额计算不应该直接依赖 float 或 double，实际工程中可以使用 Decimal、BigDecimal 或整数 cents。
算法步骤
- 创建 Size 类，保存尺寸名称和价格倍率。
- 创建 Crust 类，保存底胚名称和基础价格。
- 创建 Topping 类，保存配料名称和价格。
- 创建抽象 MenuItem 类，并定义 calculate_price()。
- 创建 Pizza 类继承 MenuItem，并组合 Crust、Size 和 Topping 列表。
- 在 Pizza.calculate_price() 中计算底胚价格与所有配料价格之和，再乘以尺寸倍率。
- 创建其他商品类型，例如 Pasta，继承 MenuItem 并实现自己的价格计算逻辑。
- 创建 Order 类保存多个 MenuItem，通过多态调用每个商品的 calculate_price() 并计算总价。
边界条件与特殊情况
- Pizza 可以没有任何 Topping，此时配料总价为 0。
- Size 的 multiplier 应该为正数。
- Crust 和 Topping 的价格不能为负数。
- Order 可以同时包含 Pizza、Pasta 以及未来新增的 MenuItem 类型。
- 新增新的 Size 时，不应该修改 Pizza 的价格计算逻辑。
- 新增新的 MenuItem 类型时，不应该修改 Order 的总价计算逻辑。
- 金额计算需要避免浮点数精度问题。
Follow-up / 优化讨论
- 如果需要支持 BOGO、满减券、特定配料折扣等动态促销规则，可以引入 PricingStrategy。
- 如果需要在商品价格之外动态叠加折扣、税费和服务费，可以使用 Decorator Pattern。
- 如果不同门店具有不同的商品价格，可以将价格配置与 Store 或 StoreContext 关联，实现多门店配置隔离。
- 如果价格配置需要动态更新，可以进一步考虑配置中心、缓存、配置版本和热更新。
- 如果商品存在实时库存，可以增加 InventoryService，并在订单确认阶段执行库存校验与扣减。

Time Complexity (时间复杂度)

创建单个 Size、Crust、Topping 或 Pizza 对象：O(1)，不考虑 Topping 列表复制。
计算一个包含 K 个 Topping 的 Pizza 价格：O(K)。
计算包含 N 个商品、所有商品共有 T 个 Topping 的订单总价：O(N + T)。

Space Complexity (空间复杂度)

单个 Pizza 需要 O(K) 空间保存其 Topping 引用。
一个包含 N 个商品的 Order 需要 O(N) 空间保存商品引用。
除领域对象本身之外，价格计算不需要额外的大规模辅助空间。

Solution (Python 3 最优解)

Python 3 Solution

from abc import ABC, abstractmethod
from decimal import Decimal, ROUND_HALF_UP
from typing import List
class Size:
    def __init__(self, name: str, multiplier: Decimal):
        if multiplier <= Decimal("0"):
            raise ValueError("Multiplier must be positive")
        self.name = name
        self.multiplier = multiplier
class Crust:
    def __init__(self, name: str, price: Decimal):
        if price < Decimal("0"):
            raise ValueError("Price cannot be negative")
        self.name = name
        self.price = price
class Topping:
    def __init__(self, name: str, price: Decimal):
        if price < Decimal("0"):
            raise ValueError("Price cannot be negative")
        self.name = name
        self.price = price
class MenuItem(ABC):
    def __init__(self, name: str):
        self.name = name
    @abstractmethod
    def calculate_price(self) -> Decimal:
        pass
class Pizza(MenuItem):
    def __init__(self, name: str, crust: Crust, size: Size, toppings: List[Topping] = None):
        super().__init__(name)
        self.crust = crust
        self.size = size
        self.toppings = toppings if toppings is not None else []
    def add_topping(self, topping: Topping) -> None:
        self.toppings.append(topping)
    def calculate_price(self) -> Decimal:
        topping_total = sum((topping.price for topping in self.toppings), Decimal("0"))
        subtotal = self.crust.price + topping_total
        final_price = subtotal * self.size.multiplier
        return final_price.quantize(Decimal("0.01"), rounding=ROUND_HALF_UP)
class Pasta(MenuItem):
    def __init__(self, name: str, base_price: Decimal):
        super().__init__(name)
        if base_price < Decimal("0"):
            raise ValueError("Price cannot be negative")
        self.base_price = base_price
    def calculate_price(self) -> Decimal:
        return self.base_price.quantize(Decimal("0.01"), rounding=ROUND_HALF_UP)
class Order:
    def __init__(self):
        self.items: List[MenuItem] = []
    def add_item(self, item: MenuItem) -> None:
        self.items.append(item)
    def calculate_total(self) -> Decimal:
        total = sum((item.calculate_price() for item in self.items), Decimal("0"))
        return total.quantize(Decimal("0.01"), rounding=ROUND_HALF_UP)
```

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Restaurant Ordering System Design

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