最后一次Blog

一、前言

第七次大作业 7-1 家居强电电路模拟程序-3

知识点

作为第三次电路迭代，本次题目增加了互斥开关，互斥开关有三个引脚，还可以正反接，同时，本次题目还增加了受控窗帘，受控窗帘会受到室内灯光的光照强度控制，光照强度的来源是日光灯、白炽灯，需要对整条电路的灯光亮度进行相加才能获得总亮度，我认为题目难点在于互斥开关的不同接法和反接的情况，此外还有多串联电路以及多并联电路的引入

题量

题目量适中

难度

难度中等

第八次大作业 7-1 家居强电电路模拟程序-4

知识点

最后一次大作业迭代是所有大作业中最难的一次，不仅增加了电位的表示，还增加了并联电路里还有并联电路的要求，此外，还增加了一个二极管。整个电路相当复杂，而且还会出现电路反接、电路短路、后面引脚比前面引脚电位更高的情况，所以，需要我们考虑的情况特比多，主要考察对电路的分析能力以及电流、电位正确处理的能力

题量

题量较大

难度

难度较高

期末考试

知识点

期末考试主要考察类的封装、继承和接口的实现，整体难度没有大作业这么难，但是题目的文字较多，是带有情景理解的考试题，需要我们仔细分析题目中的要求，且要在有限时间内完成代码的编写和提交，考察我们的代码编写能力以及代码的规范性

题量

题量中等

难度

难度中等

二、设计与分析(电路设计、期末考试)

第七次大作业 7-1 家居强电电路模拟程序-3

知识点

在本次电路设计的第三次迭代中，题目引入了具有三个引脚的互斥开关，这种开关不仅能够实现基本的电路控制，还支持正反接，增加了电路设计的灵活性。此外，题目还新增了受控窗帘功能，该窗帘能够根据室内灯光的光照强度自动调节，以适应不同的环境需求。这一迭代的挑战在于处理复杂的多串联和多并联电路，这要求我在电路设计时必须考虑到电路的稳定性、效率以及互斥开关与受控窗帘之间的协同工作，确保整个系统能够精确响应光照变化并作出相应的调整，主要考察多串联电路和多并联电路的设计能力

类的设计：

整体设计思路：

电器设备类（Electric_Device）：最高父类，所有电器设备都继承自该类，抽象出的共同属性是输入电压、输出电压、设备类型、设备ID。抽象出的共同方法是获取设备状态
public abstract void Electric_Show();//获取设备状态的抽象方法
控制设备类（ControlElectric_Device）：所有控制设备的父类，继承电器设备类，继续将电器设备类中获取设备状态的抽象方法进行抽象
连续调速器（Continuousgovernor）：继承控制设备类，设有挡位参数的特别属性，实现了父类获取设备状态的抽象方法，可以将将连续调速器的挡位打印出来
分档调速器（Gradegovernor）：继承控制设备类，设有挡位参数的特殊属性和输出电压的特殊属性，可以根据挡位得到具体的输出电压
开关（Switch）：继承控制设备类，设有开关状态的特殊属性，实现了父类获取设备状态的抽象方法，可以将开关的状态打印出来，同时可以设置开关的状态(切换开关状态)
受控设备类（ControlledElectric_Device）：所有受控设备的父类，继承电器设备类，继续将电器设备类中获取设备状态的抽象方法进行抽象
日光灯（sunlightlamp）：继承受控设备类，设有光照强度的特殊属性，实现了父类获取设备状态的抽象方法，可以将日光灯的光照强度打印出来
吊扇（Hangingfan）：继承受控设备类，设有风速的特殊属性，实现了父类获取设备状态的抽象方法，可以将吊扇的风速打印出来，同时，可以根据电压差获取吊扇在电路中的转速
白炽灯（Incandescentlamp）：继承受控设备类，设有光照强度的特殊属性，实现了父类获取设备状态的抽象方法，可以将白炽灯的光照强度打印出来，同时，也可以根据电压差获取白炽灯在电路中的光照强度
互斥开关（MutualExclusionSwitch）：继承受控设备类，设有开关状态的特殊属性，实现了父类获取设备状态的抽象方法，可以将互斥开关的状态打印出来，同时，可以设置开关的状态(切换开关状态)
串联电路类（SeriesCircuit）：继承电器设备类，设有控制设备集合和受控设备集合
ArrayList<Electric_Device> Electric_Devices; // 电路中的设备列表
实现了可以添加电器进入串联电路中，同时实现了获取电路中所有电器设备信息状态的方法
用户输入类（My_Input）：处理用户输入的父类，抽象出用户输入的共同属性用户的每行输入字符串，并抽象出获取用户输入并处理的抽象方法
abstract public void GetUesrInput(String line,SeriesCircuit Series); //获取用户输入
用户类（My_User）：将整个电路进行处理，通过对串联电路的分析得出所有电器的设备状态，得出后根据排序规则一一打印出来得出正确答案
排序类（My_Sort）：利用Collection的sort方法，对用户输入的电器设备进行排序，根据电器设备类型和电器设备ID进行排序，实现该自定义的排序，需要我们实现Comparator接口，重写compare方法
并联电路类（Parallel）：并联电路由一系列串联电路组成，而串联电路又是由一系列电器设备组成，在串联电路中，我设计的是ArrayList<<ControlElectric_Device>和ArrayList<ControlledElectric_Device>，所以在并联电路中，我直接将多个串联电路看成一个新列表ArrayList<SeriesCircuit> parallel，并在其中添加计算总电阻和判断电路是否断路的方法
关键处理类（Unified_Output）：这个类被我设计用来处理整个电路的电阻计算和电压计算以及排序显示设备信息，主要就是先将整个电路的主电路抽取出来，并对主电路中的串联电路、并联电路根据电阻分压得到相应电压，这样就可以分开计算各自内部的控制设备所获得的电压差，从而判断他们的状态
匹配类（My_Match）：这个类被设计用来处理用户输入的电器设备，将用户输入的字符串与需要创建的电器设备进行匹配，如果匹配成功，则将用户输入的电器设备创建并添加到电路中，如果匹配失败，则继续向下匹配

整体类图：

顺序图：

圈复杂度和整体程序结构数据分析：

从上面分析的数据可以看到，虽然我的代码行数比较多，但是我的类的设计比较合理，所以我的圈复杂度并不高，只有3，而且我的代码结构比较清晰，因此我的代码的可读性比较高

新增类的具体实现：

匹配类

对于匹配类，因为题目设计的输入是#T、#M这样的电路或控制设备调节的输入，所以我将题目的输入封装成一个匹配类，这个匹配类根据我写的正则表达式进行匹配，我将正则表达式的匹配结果封装成了一个patterns数组，当输入的字符串匹配成功后，会返回该数组的下标然后继续在程序中处理，具体实现如下：

1、`patterns`数组

我们创建该数组后，通过正则表达式语句的匹配操作将每个可能出现的字符串写成匹配式，并存入数组中
主程序一旦匹配成功后，judge函数就会返回该字符串在patterns数组中的下标，有了这个下标，我们就可以在函数中添加电路或者对电路中的控制设备进行调节

并联电路类

1、在处理并联电路的总电阻计算时，我们遵循一个基本的物理公式，即采用(1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn)的公式，其中R是总电阻，R1、R2、...、Rn是串联电路的电阻，通过这种方式，我们可以精确地计算出并联电路的总电阻

首先遍历所有串联线路，然后遍历每个串联线路中的所有设备，如果设备是受控设备，则将其电阻值加到总电阻中，我们累加当前线路电阻的倒数，最后返回并联线路的总电阻，即所有线路电阻倒数之和的倒数

2、判断并联电路是否全断路，并联电路全断路说明其中的所有串联电路都断路了，所以我们需要遍历其中的所有串联电路，判断他们是否断路，如果有一个串联电路不断路，那么并联电路就不断路

遍历并联电路中所有的串联电路一次判断即可

反思：

为什么我计算并联电路的总电阻需要把所有倒数先相加求总和以后再取倒数算出呢？实际上，在计算并联电路的总电阻时，采用将所有电阻的倒数相加后再取倒数的方法，是一种确保计算精度的关键步骤。这种方法之所以重要，是因为在并联电路中，电流可以自由地在各个分支间分流，而每个分支的电阻对总电阻的影响是相等的。通过将每个电阻值的倒数相加，我们其实是在累加每个分支对总电流的贡献度，这样的累加过程能够更准确地反映电路的真实情况。如果我们在计算过程中直接将电阻值相加，那么在处理诸如1/3这样的分数时，就可能会因为四舍五入或分数的简化而丢失精度。尤其是在涉及多个电阻值时，这种直接相加的方法会导致累积的误差越来越大，最终影响到总电阻值的准确性。而先求倒数、再求和、最后取倒数的方法，可以避免这种累积误差，因为它允许我们在每一步都保持较高的数值精度，特别是在使用分压法等需要精确电阻值的场合。此外，这种方法还有助于简化计算过程，因为倒数的加法通常比直接处理分数的加法来得直观和容易。在实际应用中，这种方法不仅提高了计算的准确性，还提高了效率，使得开发的技术人员能够快速而准确地得到并联电路的总电阻值，进而进行更精确的电路设计和分析。因此，采用这种方法是确保电路设计和分析精确度的重要步骤

关键处理类

Unified_Output类是电路分析中的核心类，它负责处理整个电路的电阻计算、电压分配以及设备信息的排序显示。这个类的主要职责是首先从复杂的电路网络中提取出主电路结构，然后对主电路中的串联和并联电路进行细致的分析。通过应用电阻分压原理，Unified_Output类能够精确计算出各个分支上的电压分布

1、先要在整个电路中，找到主电路，因为只有找到主电路后，我们才能利用主电路来对串联电路和并联电路进行电压分压

检查该电路是否参与并联，如果没有参与并联，则说明该电路为我们需要主电路，随后我们返回该电路类型作为主电路

2、先对整个电路求得电压，由于有可能有控制设备，所以整个电路的电压要先经过控制设备的降压后才能求得，得到总电压后，先把串联电路和并联电路分别看成两个元件求电压，再分别对它们内部根据电阻分压来求各元器件的电压差，最后输出元器件的状态

首先获取主电路类型，获取类型后读取主电路，如果主电路是断路，则直接输出电路状态，否则，如果所有并联电路都正常，我们获取标准电压和总电阻，然后计算主电路的电压，并分配电压到并联电路，最后再输出电路状态

3、如果找到窗帘，则需要对整条电路的光照强度进行求和，因为窗帘是受光照强度影响的，我们把电路中的白炽灯和日光灯的光照强度相加，得到总光照强度。根据总光照强度得到窗帘的打开程度

先获取白炽灯的光强，再获取日光灯的光强，最后相加得到总光强

反思：

我一开始写代码的时候未能充分预见到控制设备对电路电压的影响，这是一个常见的疏忽。我最初的代码设计是直接将220V的电源电压分配给整个电路，而没有考虑到控制设备的存在及其对电压的调节作用。这种做法忽视了控制设备在电路中起到的降压作用，导致主电路获得的电压计算不准确，进而影响了整个电路分析的准确性。后来我发现修正这一错误并不复杂，只需要在电压计算过程中引入一个判断机制，先检查电路中是否存在控制设备。如果存在，我首先计算这些控制设备对电压的影响，从而确定它们消耗的电压份额。这样，我就能够从总电压中减去控制设备消耗的电压，得到主电路的实际工作电压

互斥开关类类以及处理互斥开关

1、定义互斥开关的三个引脚

题目中的要求是默认1号和2号引脚相互接通，而1号和3号引脚断开，所以我用了boolean型变量存储三个引脚的状态，其中true表示接通，false表示断开

2、切换互斥开关的状态

切换开关的状态其实就是把1和2号引脚的状态进行交换，把1和3号引脚的状态进行交换，最终将1和3连接起来

3、对于互斥开关的处理，哪条通路则处理那条电路即可，当作一条串联电路，而没有通路的一端，我们直接当作断路处理

反思：

我第一次写互斥开关的时候，将引脚二和引脚三作为它的属性写在这个类里，后来我发现如果写成属性的话，在主程序逻辑的实现中会跟其父类的引脚混淆，而且操作这个属性相当的麻烦，之后想了一想，直接把两个引脚绑定在一起，因为题目中只会出现1、2引脚连接的情况和1、3引脚连接的情况，当我需要处理的时候，直接判断被绑定的引脚之间的状态即可，需要切换状态的时候直接切换

第八次大作业 7-1 家居强电电路模拟程序-4

知识点

最后一次的大作业，引入了电位表示的概念，增加了电路分析的维度，还提出了并联电路中嵌套并联电路的复杂要求，此外，二极管的加入进一步增加了电路的非线性特性，使得电路的行为更加难以预测，且需要我们考虑到各种异常情况，如电路反接可能导致的电流流向问题、电路短路可能引起的电流急剧增加，以及某些情况下后端引脚电位高于前端引脚的非典型电位分布