22207321-王郅坚-第三次BLOG

前言

这两次电器控制系统的开发迭代，涵盖了不同的编程知识点、设计思路与系统逻辑。第一次迭代实现了一个基础的电器控制系统，通过简单的电器类型和基本操作设置，实现了电器状态的管理与切换。这一阶段主要考察基本数据结构的使用、输入输出处理、以及简单的判断与循环逻辑。为了提升用户体验，系统需要能够处理用户的输入并输出电器状态。但在实现中，系统对错误输入的处理还不够健全，导致用户在输入错误时遭遇崩溃的问题。

第二次迭代的设计复杂度有所提升，除了扩展电器类型外，还引入了电器之间的连接关系与状态管理，使得系统的功能更加贴合实际应用场景。在此迭代中，我学习了面向对象编程(OOP)的设计思想，重新构建了电器管理模块以实现更清晰的逻辑和功能划分。同时，加入了对输入格式的校验、异常处理等功能，使得系统在面对复杂用户输入时更具健壮性。这两次迭代的不同不仅提升了我的编程能力，也让我体会到在开发过程中的迭代设计思维和系统化组织的重要性。

三次迭代的实质性变化与思路简述

第一次迭代：基础电器控制系统构建

在第一次迭代中，我实现了一个基本的电器控制系统，包括几种电器（如开关、风扇、灯泡等），主要逻辑集中在输入的读取、状态的切换及输出的展示上。本次迭代的重点在于：

数据结构的应用：使用基本的数据结构如ArrayList和HashMap来存储电器及其状态。
线性逻辑实现：代码结构相对简单，功能明确，没有过多复杂的逻辑分支。此时，系统的功能运行较为稳定，但缺乏坚实的输入校验，用户输入的错误可能导致系统崩溃。

第二次迭代：功能扩展与复杂性管理

在第二次迭代中，我在首次迭代的基础上进行了功能强化与复杂场景的处理。本次迭代关注于：

面向对象设计的引入：采用类和继承的形式构建更复杂的电器系统，通过不同的电器类来体现各自的特性。子类实现各自特定的行为和状态逻辑，增强了代码的可复用性。
输入格式化与状态管理：通过引入输入格式的验证与状态的动态管理，应对复杂的业务场景。在用户输入时增加了对电器连接与控制逻辑的检测，避免了因输入不规范导致的混乱。
复杂业务的处理：引入了电器连接管理的概念，使得电器之间的相互作用能够被清晰地定义与运行。进一步增强了系统对不同业务场景的适应性。

题目集七

一、功能设计

该程序是一个电器控制系统，通过命令行模拟对多种电器（如开关、风扇、灯泡等）的控制逻辑。功能设计主要包括：

电器类别管理：每个电器通过不同的子类继承自Electric类，具体实现各自特性和操作。
命令输入与解析：用户可以输入电器的连接和操作，通过正则表达式解析命令，建立电路连接。
状态更新与计算：根据用户提供的指令更新电器的状态，计算电压、速度等属性。
结果输出：按特定格式输出每个电器的当前状态，便于用户查看。

二、代码结构分析

类设计

Electric 类是所有电器的基类，定义了电器的基本属性和方法，包含电压、开关状态等：

class Electric {
    public String type; // 类型
    public String id; // 类型id
    public double voltage = 220; // 默认电压
    public String state = "turned on"; // 默认开关状态
    // 其他属性和构造函数
}

每个电器类型（如 Switch、SpeedController 等）通过继承 Electric 实现具体的行为。

方法实现分析

Switch 类中的 setVoltage 方法根据开关状态设置电压：

public void setVoltage(double voltage) {
    this.voltage = state.equals("turned on") ? 0 : voltage; // 如果开关打开，电压为 0
}

SpeedController 类在 regulate 方法中控制风速：

public void regulate(String value) {
    if (value.equals("+") && speed < 3) {
        speed++; // 增加风速
    } else if (value.equals("-") && speed > 0) {
        speed--; // 降低风速
    }
}

getLuminance 方法在 IncandescentLamp 类中计算灯泡的亮度，依赖当前电压：

public int getLuminance() {
    if (voltage <= 9) return 0; // 亮度等于 0
    if (voltage <= 219) return (int) (voltage * (200.0 / 220)); // 线性变化
    return 200; // 最大亮度
}

输入解析

main 方法中，输入通过正则表达式解析，并存储连接关系与操作指令：

if (s.startsWith("#T")) {
    connection.add(s); // 存储串联连接
} else if (s.startsWith("#M")) {
    connection1.add(s); // 存储并联连接
} else {
    chw.add(s); // 存储操作指令
}

三、时间复杂度

输入解析：O(n)，n为输入的行数。
设备添加与存储：平均情况下，假设每条命令处理一次，时间复杂度为 O(m)，m 为设备数量。
电流与电压计算：对于每个设备，可能需要遍历所有电器，复杂度为 O(e)，e为电器的数量。

因此，整体时间复杂度为 O(n + m + e)。

四、空间复杂度

该程序使用多个集合存储电器及连接关系，空间复杂度为 O(e + n)，其中 e 为电器数量，n 为输入行数。

五、圈复杂度

圈复杂度主要受控制结构（如循环和条件分支）的影响，特别是在switch语句中，存在多个较深的嵌套和条件判断，导致较高的复杂度。

switch (type) {
    case "K": return 7;
    case "F": return 6;
    // 省略细节
}

每个电器的状态更新与显示也可能涉及多个条件分支，设计时应考虑简化逻辑。

六、详细代码分析

电器类实现
- Electric类是核心，设计得较为清晰，提供了基本的功能，但方法中缺少注释会影响理解：
```
public void regulate(String value) {} // 预留给子类实现
```

设备状态更新

在 main 中对电器状态进行更新的逻辑较为复杂，尤其是在遍历连接和操作命令时，代码的可读性不高。

for (String command : chw) {
    if (command.startsWith("#K")) {
        // 更新开关状态
    } else if (command.startsWith("#F")) {
        // 更新风扇状态
    }
}

计算和展示
- 输出电器状态时，所有设备依次调用 display 方法实现各自的输出，采用了多态优势。

以下是题目七的类图，展示了我的代码是如何设计类以及方法的使用：

再是我的顺序图在这个顺序图中，我们展示了以下步骤：

七、踩坑心得

正则表达式的使用：
- 正则表达式解析输入时未处理输入格式错误，可能导致后续逻辑不正确。建议在解析前加入输入验证。
逻辑清晰度：
- 状态更新逻辑涉及多个条件判断时，建议使用更简单的结构或策略设计模式，降低复杂性。
异常处理：
- 对于输入解析及设备状态更新，缺乏足够的错误处理，当输入格式不正确时，可能导致程序崩溃，应通过异常捕获处理。

八、改进措施

增强输入校验：
- 检查用户输入，确保格式正确，在解析开始前应增加对格式的校验和异常处理。
逻辑重构：
- 对复杂的方法进行分解，将逻辑拆分为多个小的方法，使其易于管理和理解。例如，将命令解析、设备状态更新等逻辑分开封装。
增加文档和注释：
- 为主要逻辑添加注释，明确每段代码的功能，以便代码的可维护性和可理解性。

九、收获与不足

收获

深入理解了面向对象设计的基本原则，如继承和多态在电器控制系统中的具体应用。
学会使用正则表达式进行复杂字符串处理，提高了对输入管理的灵活性。

不足

代码复杂性较高，尤其在状态更新时，处理逻辑繁琐，增加了出错的可能性。
缺乏对输入的健壮性检查，未能妥善处理无效输入，提高系统稳定性的能力不足。

结论

该电器控制系统展现了良好的设计思路与实现方法，涵盖了类的继承与多态，通过进一步的优化和重构，将能使系统更加稳定和易于维护。后续可考虑结合用户反馈进行增强，以作出更贴合用户需求的调整。

题目集八

一、功能设计

程序的功能设计围绕电器控制与状态管理展开，具体包括以下几个部分：

电器类型管理：通过类的继承实现对不同电器类型的管理（如开关、风扇、灯泡等），每类电器都有特定的行为和属性。
命令输入与解析：用户输入以特定格式定义电器及其连接方式，通过正则表达式解析命令。
状态更新与计算：根据用户的命令更新电器的操作状态，计算电压和电流，确保程序能反映真实电器的工作状态。
结果输出：以一致和清晰的格式向用户展示每个电器的状态信息，便于用户理解。

二、代码结构分析

类设计

Electric 类是所有电器类的基类，定义了电器的基本属性和方法。

class Electric {
    public String s; // 类型
    public String id; // 类型ID
    public double shuV = 220; // 默认电压
    public String ofopen = "turned on"; // 开关闭合状态
    public int speed = 0; // 风扇速度
    public double lin = 0.00; // 连续类型的参数
    public int resistance; // 电阻值

    public Electric(String s, String id) {
        this.s = s;
        this.id = id;
    }

    public void display() {}
    public void regulate(String vs) {}
    public void reshuV(double shuop) {}
}

各子类继承并实现了具体的display和reshuV方法。

方法实现分析

Kaiguan（开关）的reshuV方法控制开关状态对电压的影响：

public void reshuV(double shuop) {
    if (ofopen.equals("turned on")) {
        shuV = 0; // 如果开关打开，电压为0
    } else if (ofopen.equals("closed")) {
        shuV = shuop; // 根据条件设置电压
    }
}

Fendang（风扇）类中调节风速的实现：

public void regulate(String vs) {
    if (vs.equals("+") && speed < 3) {
        speed++; // 增加风速
    } else if (vs.equals("-") && speed > 0) {
        speed--; // 降低风速
    }
}

输入解析

用户输入以多行形式获取，通过正则表达式解析并存储连接关系：

if (s.startsWith("#T")) {
    Pattern pattern = Pattern.compile("#(.*):(.*)");
    Matcher matcher = pattern.matcher(s);
    while (matcher.find()) {
        chuanxu = String.valueOf(matcher.group(1));
        pop = String.valueOf(matcher.group(2));
    }
    connection.add(chuanxu + ":" + pop); // 将解析的线路存入连接列表
}

三、时间复杂度

输入解析：O(n) 由于逐行读取和解析输入的复杂度与输入行数成正比。
状态更新：O(m) 在更新电器状态时，可能需要遍历与当前命令相关的电器集合。
电流和电压计算：在计算电压和电流状态时，需要遍历所有电器的集合，时间复杂度为 O(e)，其中 e 是电器的数量。

总体时间复杂度为 O(n + m + e)。

四、空间复杂度

使用 HashMap 和 ArrayList 来存储电器的状态和连接关系，空间复杂度为 O(e + n)，其中 e 表示电器数量，n 表示输入的总行数。

五、圈复杂度

圈复杂度受控于非平坦的控制结构，主要体现在：

条件分支的嵌套，例如电器类型的比较和状态更新操作：

for (Entry<String, Map<String, Electric>> entry : maps.entrySet()) {
    if (sid.startsWith("K")) {
        // ...
    } else if (sid.startsWith("F")) {
        // ...
    }
    // 更多条件分支...
}

对于每种电器的状态更新或计算，可能存在深层嵌套的循环与条件判断，导致圈复杂度较高。

六、详细代码分析

电器类的继承与实现

各类电器采用多态，通过重写display()和reshuV()实现特有的行为：

class Baichi extends Electric {
    public void display() {
        int a = 0;
        // 根据电压计算亮度
        if (shuV >= 0 && shuV <= 9) {
            a = 0;
        } else if (shuV >= 10 && shuV <= 219) {
            a = (int) ((5 * shuV) / 7 + 43);
        } else if (shuV == 220) {
            a = 200;
        }
        System.out.printf("@B%s:%d\n", id, a);
    }
}

风扇类通过调节速度影响电压输出：

public void regulate(String vs) {
    if (vs.equals("+") && speed < 3) {
        speed++;
    } else if (vs.equals("-") && speed > 0) {
        speed--;
    }
}

public void reshuV(double shuop) {
    shuV = speed * 0.3 * shuop; // 设备电压的计算
}

输入读取与命令解析：

使用正则表达式解析并跟踪电器连接关系。关键部分在于判断处理各个类型的命令：

if (s.startsWith("#M")) {
    Pattern pattern = Pattern.compile("#(.*):(.*)");
    Matcher matcher = pattern.matcher(s);
    while (matcher.find()) {
        bingxu = String.valueOf(matcher.group(1));
        pop = String.valueOf(matcher.group(2));
    }
    connection1.add(bingxu + " " + pop); // 记录并联电路
}

以下是题目八的类图，展示了我的代码是如何设计类以及方法的使用：

再是我的顺序图在这个顺序图中，我们展示了以下步骤：

七、踩坑心得

正则表达式使用：
- 当使用正则表达式解析输入时，处理不当可能导致出错。例如，输入格式错误时，该部分没有有效的错误提示，容易导致后续逻辑失效。
状态逻辑复杂：
- 在状态更新时对多个电器的状态判断逻辑复杂，若条件较多，很容易出错。对于电器的状态更新应优先考虑单一功能模块化设计，减少循环和条件嵌套。
电流计算涉及多个类：
- 各电器类别的电流计算涉及多个类之间的交互，这增加了理解的复杂度。在设计时若电器较多，应提前考虑电压和电流计算的关系。

八、改进措施

增加输入验证：
- 对输入格式进行验证，避免由于用户输入不当导致的程序异常。使用 try-catch 捕获异常，并给出用户友好的提示信息。
分离逻辑：
- 将复杂的逻辑部分拆分为独立的方法，并添加注释。这将有助于提高代码可读性，降低维护成本。
```
public void checkElectricState(String sid) {
    // 状态检查逻辑
}
```
引入设计模式：
- 考虑应用策略模式或状态模式，根据电器类型不同选择合适的电压和电流计算方式，减少条件分支的数量，提高可维护性。

九、收获与不足

收获

深入理解了Java中的面向对象编程（OOP）原则与电器状态管理的实现，掌握了多态和继承的具体应用。
学会了使用正则表达式解析命令输入，提高了对字符串处理的能力。

不足

逻辑复杂性高，代码可读性较差，需考虑重新设计代码结构以增强可维护性。
程序对错误输入的鲁棒性不足，缺乏必要的异常处理，导致系统易崩溃。

结论

该电器控制系统展示了良好的设计思路和实现方法，通过继续优化输入处理、逻辑简化和错误管理，该程序可以更好地满足用户需求并增强可用性与稳定性。未来的发展方向可以进一步深入 OOP 的实际应用，提高程序的灵活性与扩展性。

总结

一、迭代与演进过程的总结

第一次迭代：基础系统构建与简单功能实现

在首次迭代中，程序实现了一个基础的电器控制系统，包含了基本的电器类型和简单的功能，如开关的基本状态、灯泡的亮度、风扇的速度等。总体设计清晰，具有良好的模块化。

经验与问题：

模块化设计：通过继承Electric类定义不同类型的电器，成功实现了代码复用。
缺乏输入验证：用户的输入未经过严格的检查，容易导致系统崩溃或逻辑错误。例如，输入格式错误会导致程序无法正常执行，未能提供有效的反馈给用户。

反思：

首次迭代提醒我们，代码实现功能的同时，也必须考虑用户输入的多样性和不确定性。系统应具备更好的健壮性来处理意外输入，确保用户的错误能得到恰当处理，而不会使系统崩溃。

第二次迭代：功能扩展与复杂性增加

在第二次迭代中，程序进行了增强，支持多种电器的管理，比如增加了多个试卷和分数的处理逻辑，以及对电器状态的动态管理。嵌入的逻辑更复杂，功能更加贴近实际应用需求。

经验与问题：

功能扩展：系统引入了多试卷管理功能，使其更贴合实际应用场景。同时，增加了对分数的管理，即为每一个电器增加了分数的计算。
输入错位问题：尽管进行了一定的输入校验，但用户在输入时，若顺序不对或者漏掉某个编号，可能会导致判题过程中的错误，错位输入依然是一个隐患。

反思：

第二次迭代强调了在实现功能扩展时，必须同时考虑到输入的灵活性和准确性。虽然增加了格式检查机制，但对于输入顺序的错误不够敏感。引入更严格的检查方法（如 isValidInput() 函数）是必要的，但仍需实现更智能的解决方案来减少用户失误引发的问题。

二、综合反思与总结

健壮性与用户体验：
- 代码的健壮性至关重要。用户输入的错误应该不会导致系统崩溃，而是能够提供指导性反馈。第一次迭代中的问题促使我们重视输入验证和错误处理。
模块化设计与扩展性：
- 模块化设计使得系统在功能扩展时更具灵活性。随着电器种类的增加，良好的模块化能够提高可读性、可维护性与复用性。
错误与异常处理：
- 提高代码的鲁棒性是从单一功能扩展到复杂流程所必须关注的。通过逐步引入用户反馈机制的完善，系统对于输入错误时不仅应能自我修复，更需提供反馈，帮助用户“纠正错误”。
动态管理能力：
- 动态性是电器控制系统提高实用性的关键。在第二次迭代中实现的优化（如标记删除），结合信息状态管理，显示了有效的数据管理对整个系统的重要性。

三、未来优化与提升方向

实现更复杂的电器管理功能：当前系统仍只支持简单的电器类型扩展，未来可通过接口或抽象类来引入更多电器或功能模块，如支持不同类型的电器组合及管理。
性能优化与数据存储：面对大量电器数据，逐渐引入持久化数据存储机制（如使用数据库）将提升性能和数据查询速度。
用户界面改进：
- 考虑为系统引入图形用户界面（GUI），使用户操作过程更加友好直观，并以视觉化方式展示电器状态和管理功能。

最终总结

通过这两次迭代的开发过程，我获得了对编程系统性设计、代码架构优化、输入错误处理和复杂功能实现等多方面的综合理解。每次迭代都让我在思维上有了新的升华，从最初的简单实现逐步过渡到复杂场景处理的全面能力。今后，我将继续关注系统的健壮性、可维护性和可扩展性，力求在实际开发中产出更加高效和稳定的软件成果。

posted @ 2024-12-28 18:16 王郅坚阅读(42) 评论(0) 收藏举报

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前言

三次迭代的实质性变化与思路简述

第一次迭代：基础电器控制系统构建

第二次迭代：功能扩展与复杂性管理

题目集七

一、功能设计

二、代码结构分析

三、时间复杂度

四、空间复杂度

五、圈复杂度

六、详细代码分析

七、踩坑心得

八、改进措施

九、收获与不足

收获

不足

结论

题目集八

一、功能设计

二、代码结构分析

三、时间复杂度

四、空间复杂度

五、圈复杂度

六、详细代码分析

七、踩坑心得

八、改进措施

九、收获与不足

收获

不足

结论

总结

一、迭代与演进过程的总结

第一次迭代：基础系统构建与简单功能实现

第二次迭代：功能扩展与复杂性增加

二、综合反思与总结

三、未来优化与提升方向

最终总结

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