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前言
PTA第七次大作业总结
PTA第八次大作业总结
PTA期末测试总结
设计与分析
PTA第七次大作业的设计与分析
PTA第八次大作业的设计与分析
PTA期末测试的设计与分析
采坑心得
改进建议
总结
前言
随着期末考试的结束，这学期的Java学习也将告一段落，这篇博客是我对于pta大作业7、大作业8以及期末考试的总结与分析。
1.该题目所涉及到的知识点：
正则表达式的使用、HashMap与LinkedList及其API的使用、继承与多态、抽象类与接口以及设计模式。
2.总结：
相较与上一次的大作业，本次大作业主要添加了三个内容：1、添加了新的控制设备互斥开关，12引脚之间默认电阻为5，13引脚之间默认电阻为10；2、添加了新的受控设备窗帘，窗帘电阻为15，其打开比例受到室内灯光强度的控制；3、线路中包含多个串联起来的并联电路。 与上一次大作业相比，添加内容并不是很多，由于我之前做出了较为合理框架设计，所以不需要修改很多就能通过较多的测试点。
1.题目所涉及到的知识点：
正则表达式的使用、HashMap与LinkedList及其API的使用、继承与多态、抽象类与接口以及设计模式，函数的递归。
2.总结：
作为最后一次的大作业，相较于上一次大作业，添加了许多的内容，增加了很大难度：1、添加了一个设备二极管，其电路特性为：正向导通，反向截止；当电流从左至右流过时，二极管导通”conduction”，电阻为0；电流从右至左流动时，二极管截止”cutoff”，电阻无穷大，相当于开关打开。2、添加了电路的检测：增加管脚电压的显示、电流限制以及短路检测。3、并联电路中可以包含并联电路。从题目新增的内容上看，我们需要至少添加两个类，需要在检测电流的同时计算各个管脚的电压，难度提升了许多。
1.题目所涉及到的知识点：类的设计，继承与多态。
2.总结：
期末测试的内容较为简单，需要根据题目给的材料搭建不同种类的谷仓，计算各个类型谷仓的容积，尽量建造较大的谷仓，并对谷仓进行排序。
1、题目分析与类的设计
相较于上一次大作业，这次大作业添加了许多内容：（1）受控设备有了电阻的属性，我们要通过电阻的分压关系来判断受控设备的电压值。（2）输入的改变，输入的信息可以分为三种：串联电路信息、并联电路信息和对控制设备的操作。（3）添加了新的设备落地扇。 虽然看上去没有新添很多内容，但是由于会出现并联电路和串联电路的组合，所以用之前的通过电位差来计算电压的方法并不适用，所以我更改了设计，我决定通过电阻和电流来计算电压。除此之外，我还优化了之前类的设计，我首先在Device类中增加了新的成员电阻和电流，在控制设备类中新增了一个抽象方法Control（）用于对控制设备的操控；设计了串联电路SeriesCircuit继承Device类，其中成员有存储连接关系的Map<String, String> connections和存储设备的Map<String, Device> devices，通过方法total_resistance()来计算串联电路的总阻值；设计了并联电路类ParallelCircuit继承Device类，其中成员有存储串联电路的List
2、类图
如图，我们设计了一个device类，是所有设备的父类，其成员有输入电压、输出电压、设备id，定义了两个抽象方法：更新电压updateVoltage(double voltageIn)、获取设备状态getStatus()。设计了受控设备类以及控制设备类，而开关类、调速器类继承控制设备类，日光灯、吊扇和白炽灯继承了受控设备类。通过设计Circuit电路类，来进行电路的控制，电路类中有成员Map<String, Device> devices存储电路中的设备信息；List
3、部分流程分析
输入流程
如图，首先我们一行一行地接收数据，判断每行是以什么开头，如果是以#T开头，说明接收到的是一个串联电路的数据，我们就新建一个串联设备类，调用其处理输入的函数，将串联电路中的各个设备加入自己的devices的Map中；如果是以#M开头，我就创建一个并联电路成员，调用其处理输入的方法；如果是以#end开头，说明是结束输入，我们直接结束就好；如果不是以上这些情况，说明输入的是命令，我们将命令存好即可。
计算电流与电压流程
串联电路电流计算
首先在SeriesCircuit类的updateVoltage方法中，计算串联电路的电流。通过公式current = this.voltage/this.resistance计算，其中this.voltage是串联电路的总电压，this.resistance是串联电路的总电阻。总电阻的计算在total_resistance方法中完成，它会遍历串联电路中的所有设备，根据设备类型和连接情况累加电阻值。如果遇到电阻为负（表示断路）或MutexSwitches状态异常且连接不匹配的情况，会将总电阻设为 -2（表示断路，无穷大电阻）。
计算出电流后，会遍历串联电路中的每个设备，通过device.voltage = this.current*device.resistance为设备设置电压，然后调用设备的updateVoltage方法更新设备状态。
并联电路电流计算
在ParallelCircuit类的updateVoltage方法中，会先计算并联电路的总电阻。遍历并联电路中的每个串联电路circuit，如果串联电路总电阻为 0，则表示短路，将并联电路电阻设为 0 并结束计算；如果串联电路电阻大于 0，则通过this.resistance += 1.0 / circuit.getResistance()累加其倒数，最后通过this.resistance = 1.0 / this.resistance计算出并联电路总电阻。
对于并联电路中的每个串联电路，如果其总电阻不为 0 且不是断路（总电阻小于 0 时跳过），则通过circuit.setCurrent(this.voltage / circuit.total_resistance())计算串联电路的电流，其中this.voltage是并联电路的输入电压，circuit.total_resistance()是串联电路的总电阻。接着计算串联电路的电压circuit.voltage = circuit.getResistance()circuit.getCurrent()，然后遍历串联电路中的设备，按照device.voltage=circuit.getCurrent()device.resistance设置设备电压并调用device.updateVoltage()更新设备状态。
整体电路电流计算
在Circuit类的Update_circuit_resistance方法中，先更新并联电路的电阻（通过调用parallelCircuit.total_resistance()）。然后对于串联电路，如果总电阻小于 0，则将电流设为 0；否则，根据连接情况和设备类型确定输入电压，计算串联电路的电流entries.get(0).getValue().setCurrent(entries.get(0).getValue().getVoltageIn()/entries.get(0).getValue().total_resistance())，其中entries.get(0).getValue()是最外层的串联电路，getVoltageIn()是其输入电压，total_resistance()是其总电阻。最后遍历串联电路中的设备，更新设备电压和状态。
整体电路电压计算
由于串联电路和并联电路都属于设备类，我们只要遍历AllDevices这个map中的设备，并且都调用其计算电压的方法，通过我们之前几步的操作，以及知道各个设备的电流和电阻，我们只需将其相乘，就可以都得到对应的的电压了。
1、题目分析与类的设计
该题目要求我们设计一个智能家居强电电路模拟系统，其中要求我们能够实现：（1）控制设备模拟，可以通过控制开关、分档调速器、连续调速器来控制电路的状态。（2）受控设备模拟，要求我们能够根据电压来计算出受控设备的状态，受控设备包括白炽灯、日光灯、吊扇。（3）设备信息的输入，分别用设备标识符K、F、L、B、R、D分别表示开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇，引脚格式：设备标识-引脚编号，例如：K1-1标识编号为1的开关的输入引脚。根据题目分析，我们可以设计一个device类，是所有设备的父类，其成员有输入电压、输出电压、设备id，定义了两个抽象方法：更新电压updateVoltage(double voltageIn)、获取设备状态getStatus()。设计了受控设备类以及控制设备类，而开关类、调速器类继承控制设备类，日光灯、吊扇和白炽灯继承了受控设备类。通过设计Circuit电路类，来进行电路的控制，电路类中有成员Map<String, Device> devices存储电路中的设备信息；List
2、类图
如图:
设备类型枚举 DeviceType
在这个枚举中列出了各种可能的设备类型，包括开关、调速器、灯、风扇、窗帘等。每种设备类型对应一个枚举值，以便在程序中统一管理和识别不同类型的设备。
设备接口 Device
设备接口定义了所有设备类必须实现的方法：
void setPower(int power): 设置设备的输入电位差，不同设备可以根据具体需求处理这个输入电位差。
void toggleState(): 切换设备的状态，例如开关类设备切换开关状态。
具体设备类的实现
每种设备类型都有对应的类来实现 Device 接口，每个类负责处理自己特定类型设备的功能：
开关 (Switch): 控制电路的开闭状态，根据状态输出相应的电流。
分档调速器 (StepSpeedController): 提供多档位的输出电位差，可以切换不同的档位来调节输出。
连续调速器 (ContinuousSpeedController): 提供连续范围内的输出电位差，可以根据需要设置具体的位置参数。
灯 (Bulb): 控制灯的开关状态，根据灯的状态输出对应的亮度。
风扇 (Fan): 控制风扇的开关状态，根据风扇的状态输出对应的转速。
窗帘 (Curtain): 控制窗帘的开合程度，根据具体需求设置开启程度。
主函数 main
主函数负责程序的入口和整体流程控制：
创建一个 Scanner 对象用于读取输入信息。
使用 HashMap 存储设备对象，其中键为设备的唯一标识符，值为对应的设备对象。
循环读取输入信息，根据输入信息的不同类型（串联电路、并联电路、控制命令、连接信息），调用相应的方法进行处理。
每种输入类型对应一个处理方法，例如 processSeriesCircuit 处理串联电路信息，processControlInfo 处理设备控制命令等。
在处理连接信息时，调用 connectDevices 方法来连接两个设备。
设备连接和控制逻辑
连接逻辑: 在 connectDevices 方法中，根据设备的唯一标识符从 HashMap 中获取相应的设备对象，然后进行连接。这里的连接可以是物理连接（如电缆连接）或逻辑连接（如设定关联的操作）。
控制逻辑: 在 processControlInfo 方法中，根据控制命令执行相应的操作，如切换设备状态或设置设备的输入电位差。
1、题目分析与类的设计
我们设计一个材料类来存储材料相关的数据，设计一个谷仓类作为父类，设计圆柱谷仓类和四面体谷仓类继承该父类。
2、类图
如图，我们设计一个材料类来存储材料相关的数据，设计一个谷仓类作为父类，设计圆柱谷仓类和四面体谷仓类继承该父类,其中子类都实现了父类的计算体积的方法
3、部分流程分析
输入数据读取与谷仓对象创建
程序首先创建一个空的ArrayList用于存储谷仓对象，即granaries。
从控制台读取第一个双精度浮点数作为谷仓的高度height，若height小于等于 0，则输出错误格式提示并终止程序。
接着在while循环中不断读取双精度浮点数作为谷仓的长度length，只要sc.hasNextDouble()为真就继续循环。当length小于等于 0 时，跳出循环。在循环内，根据length的值创建不同类型的谷仓对象。如果length大于等于 20，创建CylinderGranary对象；如果length大于等于 15 且小于 20，创建CubeGranary对象；如果length大于等于 5 且小于 15，创建ConeGranary对象；如果length小于 5，则忽略该输入，不创建谷仓对象。创建的谷仓对象都添加到granaries列表中，并且每个谷仓对象在创建时都传入了包含height和length信息的material对象作为参数。
谷仓列表排序与体积输出
调用granaries.sort(null)对granaries列表进行排序，这里使用了默认的比较器。默认比较器是基于Granary类实现的Comparable接口中的compareTo方法，该方法通过比较谷仓的体积来确定顺序。
最后遍历排序后的granaries列表，对于每个谷仓对象，调用其getVolume方法获取体积，并使用System.out.printf("%.2f ", granary.getVolume());以保留两位小数的格式输出体积值。
1.第七次大作业中，要考虑开关放在受控设备后的情况，我在处理连接关系时，只考虑到开关放在受控设备之前的情况，导致无法通过一些测试点。
2.第七次大作业中，在读取串联电路的输入设备时，要将并联电路看作一个设备存入串联电路的设备集合中。
3.第七次大作业中，分档调速器可以有第四档，而之前只有三档，要记得修改判断条件。
4.第七次大作业中，当开关闭合时，电阻为应该设置为0，当开关断开时，电阻应该设置为无限大而不是0。
5.在第八此大作业中，要注意浮点数的精度问题，之前一直有两个测试点过不了，最后提高电阻的精度之后就能通过。
1.要养成多谢注释的习惯，在写此次博客的时候我回顾了这几次大作业的代码，发现注释寥寥无几，导致我阅读代码有些困难。
2.代码中变量命名要规范，我吸取了第四次大作业的教训，在之后的大作业中尽量规范命名，之后发现读代码时会更加流畅。
3.可以将一些抽象函数替换为接口，提高程序的可拓展性和维护性。比如我的Controller类中的Control抽象方法，可以换成接口，后续的类就不用继承Controller类了，直接实现该接口即可。
4.要注意类的单一职责原则，我在有些类中放了冗余的方法，这一点需要修改。
5.减少if-else语句的使用，尽量用其他办法来替代，比如用switch-case语句替代。
通过这两次大作业的练习，我深刻地认识到了在java中进行设计的重要性，也体会到了设计合理的类结构和继承、封装、多态的使用对于代码的迭代能提供多大的便利。我发现自己在进行类的设计时还存在许多不足之处，比如无法遵循单一职责、继承关系设计不合理等，在之后的大作业中应该要避免；除此之外，我应该多对于老师上课将的模式设计进行实践，比如在第七和第八次大作业中，我就可以使用组合模式的设计，这样可以提高代码的可拓展性。总体而言，通过这最后两次大作业，我收获了许多相关的知识，比如类的继承与多态、Map的相关API的使用等，在之后的学习中，我将继续精进自己，争取能够取得更大的进步，虽然本学期的Java课程已经结束了，但我之后会继续学习各种面向对象的技术，将从课程中学到的知识运用到之后的学习和工作中。
