题目集7~8的总结性Blog 第三次Blog
题目集7~8的总结性Blog 第三次Blog
前言
这第7次和第8次大作业是在前两次家居强电电路模拟程序的基础上进行再次迭代，难度较上两次有提升，加上最近考试周，时间紧张，没能拿多少分。
设计与分析：
第7次大作业题目：
智能家居是在当下家庭中越来越流行的一种配置方案，它通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能。请根据如下要去设计一个智能家居强电电路模拟系统。以下题目介绍中加粗的部分为本次迭代在“家居强电电路模拟程序-2”的基础上增加的功能要求。
1、控制设备
本题模拟的控制设备包括：开关、分档调速器、连续调速器、互斥开关。
开关：包括0和1两种状态。
开关有两个引脚，任意一个引脚都可以是输入引脚（接往电源端），而另一个则是输出引脚（接网接地端）。开关状态为0时，无论输入电位是多少，输出引脚电位为0。当开关状态为1时，输出引脚电位等于输入电位。
互斥开关：
互斥开关有3个引脚：1个是汇总引脚，另两个是分支引脚。
开关电路示意图如图1所示，左边是汇总引脚，编号为1；右边两个是分支引脚，右上的输出引脚为2，右下输出引脚为3。图中1、2、3引脚均可以是输入引脚，当1为输入引脚时，2、3引脚为输出引脚；1为输出引脚时，2、3引脚为输入引脚。
互斥开关只有两种状态：开关接往上面的2号引脚、接往下面的3号引脚。开关每次只能接通其中一个分支引脚，而另一个分支引脚处于断开状态。
互斥开关的默认状态为1、2引脚接通，1、3引脚断开。
图1中所示的互斥开关可以反过来接入电路，即汇总引脚接往接地端，两个分支引脚接往电源端。
image.png
图1 互斥开关
为避免短路，互斥开关设置了限流电阻，12引脚之间默认电阻为5，13引脚之间默认电阻为10。
分档调速器
按档位调整，常见的有3档、4档、5档调速器，档位值从0档-2（3/4）档变化。本次迭代模拟4档调速器，每个档位的输出电位分别为0、0.3、0.6、0.9倍的输入电压。
连续调速器
没有固定档位，按位置比例得到档位参数，数值范围在[0.00-1.00]之间，含两位小数。输出电位为档位参数乘以输入电压。
所有调速器都有两个引脚，一个固定的输入（引脚编号为1）、一个输出引脚（引脚编号为2）。当输入电位为0时，输出引脚输出的电位固定为0，不受各类开关调节的影响。
开关、调速器的初始状态/档位为0。
调速器的输入引脚编号为1，输出引脚编号为2。
除互斥开关外，其他控制设备的电阻为 0。
2、受控设备
本题模拟的受控设备包括：灯、风扇。两种设备都有两根引脚，通过两根引脚电压的电压差驱动设备工作。
灯有两种工作状态：亮、灭。在亮的状态下，有的灯会因引脚电位差的不同亮度会有区别。
风扇在接电后有两种工作状态：停止、转动。风扇的转速会因引脚间电位差的不同而有区别。
本次迭代模拟两种灯具。
白炽灯：
亮度在0~200lux（流明）之间。
电位差为0-9V时亮度为0,其他电位差按比例，电位差10V对应50ux，220V对应200lux，其他电位差与对应亮度值成正比。白炽灯超过220V。
日光灯：
亮度为180lux。
只有两种状态，电位差为0时，亮度为0，电位差不为0，亮度为180。
本次迭代模拟两种风扇。
吊扇：
工作电压区间为80V-150V，对应转速区间为80-360转/分钟。80V对应转速为80转/分钟，150V对应转速为360转/分钟，超过150V转速为360转/分钟（本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况）。其他电压值与转速成正比，输入输出电位差小于80V时转速为0。
落地扇：
工作电压区间为 80V-150V，对应转速区间为 80-360 转/分钟；[80V,100V) 对应转速为 80 转/分钟；[100,120)V 对应转速为 160 转/分钟；[120,140)V 对应转速为 260 转/分钟；大于等于 140V 转速 为 360 转/分钟（本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况）。
本次迭代模拟一种受控窗帘：
受控窗帘的电路符号为S，其最低工作电压为50V，电压达到或超过50V，窗帘即可正常工作，不考虑室外光照强度和室内空间大小等因素，窗帘受室内灯光的光照强度控制。
当电路中所有灯光的光照强度总和在[0,50)lux范围内，窗帘全开；
在[50,100)lux范围内，窗帘打开比例为0.8；
在[100,200)lux范围内，窗帘打开比例为0.6；
在[200,300)lux范围内，窗帘打开比例为0.4；
在[300,400)lux范围内，窗帘打开比例为0.2；
在400lux及以上范围内，窗帘关闭。
当电压低于50V，窗帘不工作，默认为全开状态。
如果电路中没有灯或者灯全部关闭，光照强度为0，窗帘处于全开状态。
受控设备电阻：白炽灯的电阻为 10，日光灯的电阻为 5，吊扇的电阻为 20，落地扇的电阻为 20，窗帘电阻为15。
3、输入信息
1）输入设备信息
分别用设备标识符K、F、L、B、R、D、A、H、S分别表示开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、落地扇、互斥开关、受控窗帘。
设备标识用标识符+编号表示，如K1、F3、L2等。
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。
开关、分档调速器、连续调速器的输入引脚编号为1，输出引脚编号为2。
受控设备的两个引脚编号分别为1、2。
互斥开关的引脚编号已经在互斥开关的介绍部分说明。
约束条件：
不同设备的编号可以相同。
同种设备的编号可以不连续。
设备信息不单独输入，包含在连接信息中。
2）输入连接信息
一条连接信息占一行，用[]表示一组连接在一起的设备引脚，引脚与引脚之间用英文空格" "分隔。
格式："["+引脚号+" "+引脚号+"]"
例如：[K1-1 K3-2]表示K1的1引脚，K3的2引脚连接在一起。
约束条件：
不考虑调速器串联到其他调速器的情况。
考虑各类设备的并联接入。例如，K1 的输出接到 L2 的输入，L2 的输出再接其他设备属于串联接线。K1 的输出接到 L2 的输出，同时 K1 的输入接到 L2 的输入，这种情况属于并联。
本次迭代的连接信息不单独输入，包含在线路信息中。
3）输入控制设备调节信息
开关、互斥开关调节信息格式：
#+设备标识K+设备编号，例如：#K2，代表切换K2开关的状态。
#+设备标识H+设备编号，例如：#H2，代表切换H2互斥开关的状态。
分档调速器的调节信息格式：
#+设备标识F+设备编号+"+" 代表加一档，例如：#F3+，代表F3输出加一档。
#+设备标识F+设备编号+"-" 代表减一档，例如：#F1-，代表F1输出减一档。
连续调速器的调节信息格式：
#+设备标识L+设备编号+":" +数值 代表将连续调速器的档位设置到对应数值，例如：#L3:0.6，代表L3输出档位参数0.6。
4）电源接地标识：
VCC，电压220V，GND，电压0V。没有接线的引脚默认接地，电压为0V。
5）输入串联电路信息
一条串联电路占一行，串联电路由按从靠电源端到接地端顺序依次输入的 n 个连接 信息组成，连接信息之间用英文空格" "分隔。
串联电路信息格式：
"#T"+电路编号+":"+连接信息+" "+连接信息+...+" "+连接信息
例如：#T1:[IN K1-1] [K1-2 D2-1] [D2-2 OUT] 一个串联电路的第一个引脚是 IN，代表起始端，靠电源。最后一个引脚是 OUT，代表结尾端， 靠接地。
约束条件：
不同的串联电路信息编号不同。
输入的最后一条电路信息必定是总电路信息，总电路信息的起始引脚是 VCC，结束引脚是 GND。
连接信息中的引脚可能是一条串联或并联电路的 IN 或者 OUT。例如：
#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT OUT]
#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT M2-IN] [M2-OUT OUT]
6）输入并联电路信息
一条并联电路占一行，并联电路由其包含的几条串联电路组成，串联电路标识之间用英文空格" "分隔。
格式：
"#M"+电路编号+":"+”[”+串联电路信息+" "+....+" "+串联电路信息+”]”
例如：#M1:[T1 T2 T3]
该例声明了一个并联电路，由 T1、T2、T3 三条串联电路并联而成，三条串联电路的 IN 短 接在一起构成 M1 的 IN，三条串联电路的 OUT 短接在一起构成 M1 的 OUT。
约束条件：
本次迭代不考虑并联电路中包含并联电路的情况。
本题不考虑输入电压或电压差超过220V的情况。
输入信息以end为结束标志，忽略end之后的输入信息。
本题中的并联信息所包含的串联电路的信息都在并联信息之前输入，不考虑乱序输入的情况。
只要不因短路而造成无穷大的电流烧坏电路(如电路中的部分短接)，都是合理情况，在测试点的考虑范围之内。会造成无穷大的电流的短路本次迭代不考虑。
本次迭代考虑多个并联电路串联在一起的情况。
本题考虑一条串联电路中包含其他串联电路的情况。例如：
#T3:[VCC K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT K2-1] [K2-2 T1-IN] [T1-OUT GND]
本例中T1\T2两条串联电路T3的一个部分，本题考虑这种类型的输入。
4、输出信息：
按开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、互斥开关、受控窗帘的顺序依次输出所有设备的状态或参数。每个设备一行。同类设备按编号顺序从小到大输出。
输出格式：
@设备标识+设备编号+":" +设备参数值（控制开关的档位或状态、灯的亮度、风扇的转速，只输出值，不输出单位）
连续调速器的档位信息保留两位小数，即使小数为0，依然显示两位小数.00。
开关状态为0（打开）时显示turned on，状态为1（合上）时显示closed
如：
@K1:turned on
@B1:190
@L1:0.60
互斥开关显示1、2引脚的接通状态，接通时显示closed，断开时显示turned on。
如：
@H1:turned on
受控窗帘显示窗帘打开的百分比，如：
@S1:80%
5、家居电路模拟系列所有题目的默认规则：
1）当计算电压值等数值的过程中，最终结果出现小数时，用截尾规则去掉小数部分，只保留整数部分。为避免精度的误差，所有有可能出现小数的数值用double类型保存并计算，不要作下转型数据类型转换，例如电压、转速、亮度等，只有在最后输出时再把计算结果按截尾规则，舍弃尾数，保留整数输出。
2）所有连接信息按电路从电源到接地的顺序依次输入，不会出现错位的情况。电源VCC一定是第一个连接的第一项，接地GND一定是最后一个连接的后一项。
3）连接信息如果只包含两个引脚，靠电源端的引脚在前，靠接地端的在后。
4）调速器的输入端只会直连VCC，不会接其他设备。整个电路最多只有连接在电源上的一个调速器，且不包含在并联单路中。
6、家居电路模拟系列1-4题目后续迭代设计：
1）电路结构变化：
迭代1：只有一条线路，所有元件串联
迭代2：线路中包含一个并联电路
迭代3：线路中包含多个串联起来的并联电路
迭代4：并联电路之间可能出现包含关系
电路结构变化示意图见图1。
2）计算方式的变化
迭代1只包含1个受控元件，不用计算电流，之后的电路计算要包含电流、电阻等电路参数。
3）电路元件的变化
每次迭代会增加1-2个新的电路元件。
image.png
图1：电路结构示意图
设计建议：
1、电路设备类：描述所有电路设备的公共特征。
2、受控设备类、控制设备类：对应受控、控制设备
3、串联电路类：一条由多个电路设备构成的串联电路，也看成是一个独立的电路设备
4、并联电路类：继承电路设备类，也看成是一个独立的电路设备
其他类以及类的属性、方法自行设计。
image.png
图2：建议设计类图
输入样例1:
在这里给出一组输入。例如：
#T1:[IN H1-1] [H1-2 D2-1] [D2-2 OUT]
#T2:[IN H1-1] [H1-3 D1-1] [D1-2 OUT]
#M1:[T1 T2]
#T4:[IN K3-1] [K3-2 B2-1] [B2-2 OUT]
#T5:[IN K1-1] [K1-2 B1-1] [B1-2 OUT]
#M2:[T4 T5]
#T3:[VCC K2-1] [K2-2 M1-IN] [M1-OUT M2-IN] [M2-OUT GND]
#K1
#K2
end
输出样例1:
在这里给出相应的输出。例如：
@K1:closed
@K2:closed
@K3:turned on
@B1:87
@B2:0
@D1:0
@D2:262
@H1:closed
输入样例2:
在这里给出一组输入。例如：
#T1:[IN D2-1] [D2-2 H1-2] [H1-1 OUT]
#T2:[IN D1-1] [D1-2 H1-3] [H1-1 OUT]
#M1:[T1 T2]
#T4:[IN K3-1] [K3-2 B2-1] [B2-2 OUT]
#T5:[IN K1-1] [K1-2 B1-1] [B1-2 OUT]
#M2:[T4 T5]
#T3:[VCC K2-1] [K2-2 M1-IN] [M1-OUT M2-IN] [M2-OUT GND]
#K1
#K2
end
输出样例2:
在这里给出相应的输出。例如：
@K1:closed
@K2:closed
@K3:turned on
@B1:87
@B2:0
@D1:0
@D2:262
@H1:closed
输入样例3:
在这里给出一组输入。例如：
#T1:[IN K1-1] [K1-2 B2-1] [B2-2 OUT]
#T2:[IN K2-1] [K2-2 R1-1] [R1-2 OUT]
#M1:[T1 T2]
#T3:[VCC K3-1] [K3-2 M1-IN] [M1-OUT S1-1] [S1-2 GND]
#K1
#K2
#K3
end
输出样例3:
在这里给出相应的输出。例如：
@K1:closed
@K2:closed
@K3:closed
@B2:71
@R1:180
@S1:40%
输入样例4:
在这里给出一组输入。例如：
#T1:[IN K2-1] [K2-2 D2-1] [D2-2 OUT]
#T2:[IN K3-1] [K3-2 D1-1] [D1-2 OUT]
#T3:[VCC K1-1] [K1-2 T1-IN] [T1-OUT T2-IN] [T2-OUT GND]
#K1
#K2
#K3
end
输出样例4:
在这里给出相应的输出。例如：
@K1:closed
@K2:closed
@K3:closed
@D1:200
@D2:200
输入样例5:
在这里给出一组输入。例如：
#T3:[VCC B2-1] [B2-2 K1-1] [K1-2 S1-1] [S1-2 H1-1] [H1-2 GND]
#K1
end
输出样例5:
在这里给出相应的输出。例如：
@K1:closed
@B2:95
@H1:closed
@S1:80%
分析思路
定义设备类：首先，我们需要定义各种设备类。这些设备类应该继承一个通用的设备基类，该基类包含设备的基本属性和方法。
定义电路类：包括串联电路类和并联电路类，用于表示复杂的电路结构。
输入解析：解析输入的信息，包括设备连接、控制信息等。
计算电路状态：根据设备连接和控制信息，计算各设备的状态和输出。
输出结果：按要求的格式输出各设备的状态或参数。
1，设备基类
点击查看代码
abstract class Device {
String id;
int inputPin;
int outputPin;
public Device(String id, int inputPin, int outputPin) {
this.id = id;
this.inputPin = inputPin;
this.outputPin = outputPin;
}
abstract void updateState();
abstract String getStatus();
}
点击查看代码
class Switch extends Device {
boolean state; // false for turned on, true for closed
public Switch(String id) {
super(id, 1, 2);
this.state = false;
}
void toggle() {
state = !state;
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the switch state
}
@Override
String getStatus() {
return "@K" + id + ":" + (state ? "closed" : "turned on");
}
}
点击查看代码
class StepRegulator extends Device {
int level; // 0, 1, 2, 3
double[] voltageLevels = {0, 0.3, 0.6, 0.9};
public StepRegulator(String id) {
super(id, 1, 2);
this.level = 0;
}
void increaseLevel() {
if (level < 3) level++;
}
void decreaseLevel() {
if (level > 0) level--;
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the step regulator state
}
@Override
String getStatus() {
return "@F" + id + ":" + level;
}
}
点击查看代码
class ContinuousRegulator extends Device {
double level; // [0.00, 1.00]
public ContinuousRegulator(String id) {
super(id, 1, 2);
this.level = 0.0;
}
void setLevel(double level) {
this.level = Math.min(1.0, Math.max(0.0, level));
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the continuous regulator state
}
@Override
String getStatus() {
return String.format("@L%s:%.2f", id, level);
}
}
点击查看代码
abstract class Light extends Device {
int brightness; // in lux
public Light(String id, int resistance) {
super(id, 1, 2);
this.brightness = 0;
}
@Override
abstract void updateState();
@Override
String getStatus() {
return "@D" + id + ":" + brightness;
}
}
class IncandescentLight extends Light {
public IncandescentLight(String id) {
super(id, 10);
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the incandescent light brightness
}
}
class FluorescentLight extends Light {
public FluorescentLight(String id) {
super(id, 5);
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the fluorescent light brightness
}
}
点击查看代码
abstract class Fan extends Device {
int speed; // in RPM
public Fan(String id, int resistance) {
super(id, 1, 2);
this.speed = 0;
}
@Override
abstract void updateState();
@Override
String getStatus() {
return "@A" + id + ":" + speed;
}
}
class CeilingFan extends Fan {
public CeilingFan(String id) {
super(id, 20);
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the ceiling fan speed
}
}
class FloorFan extends Fan {
public FloorFan(String id) {
super(id, 20);
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the floor fan speed
}
}
点击查看代码
class MutexSwitch extends Device {
boolean state; // false for 1-2 closed, true for 1-3 closed
public MutexSwitch(String id) {
super(id, 1, 3);
this.state = false;
}
void toggle() {
state = !state;
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the mutex switch state
}
@Override
String getStatus() {
return "@H" + id + ":" + (state ? "closed" : "turned on");
}
}
点击查看代码
class ControlledCurtain extends Device {
int openPercentage;
public ControlledCurtain(String id) {
super(id, 1, 2);
this.openPercentage = 100; // default to fully open
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the curtain state
}
@Override
String getStatus() {
return "@S" + id + ":" + openPercentage + "%";
}
}
点击查看代码
class SerialCircuit extends Device {
List<Device> devices;
public SerialCircuit(String id) {
super(id, -1, -1); // Serial circuits don't have fixed input/output pins
this.devices = new ArrayList<>();
}
void addDevice(Device device) {
devices.add(device);
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the state of devices in the serial circuit
}
@Override
String getStatus() {
// Implement logic to get the status of devices in the serial circuit
return "";
}
}
点击查看代码
class ParallelCircuit extends Device {
List<SerialCircuit> circuits;
public ParallelCircuit(String id) {
super(id, -1, -1); // Parallel circuits don't have fixed input/output pins
this.circuits = new ArrayList<>();
}
void addCircuit(SerialCircuit circuit) {
circuits.add(circuit);
}
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the state of circuits in the parallel circuit
}
@Override
String getStatus() {
// Implement logic to get the status of circuits in the parallel circuit
return "";
}
}
类之间的关系：
点击查看代码
继承关系：
Device 类是所有具体设备类的基类。所有具体的设备类（如 Switch、StepRegulator、ContinuousRegulator、Light、Fan、MutexSwitch、ControlledCurtain）都继承自 Device 类。
Light 类是一个抽象类，具体的灯具类（如 IncandescentLight 和 FluorescentLight）继承自 Light 类。
Fan 类也是一个抽象类，具体的风扇类（如 CeilingFan 和 FloorFan）继承自 Fan 类。
组合关系：
SerialCircuit 类和 ParallelCircuit 类组合了多个 Device 对象或 SerialCircuit 对象。每个 SerialCircuit 对象包含一个 List<Device>，用于存储串联电路中的所有设备；每个 ParallelCircuit 对象包含一个 List<SerialCircuit>，用于存储并联电路中的所有串联电路。
行为关系：
所有设备类都实现了 updateState 和 getStatus 方法，这些方法用于更新设备的状态和获取设备的状态信息。不同设备的 updateState 方法实现了不同的逻辑，确保每种设备的状态能够根据电路的输入和控制信息正确更新。
CircuitSimulator 类负责解析输入信息、更新设备状态并输出设备状态。它维护了一个 Map<String, Device>，用于存储所有设备，并提供了 parseInput、updateStates 和 outputStatus 方法。这些方法分别用于解析输入信息、更新所有设备的状态并输出设备的状态。
类图：
点击查看代码
+----------------------+
| Device |
+----------------------+
/ \
/ \
+--------------------+ +--------------------+
| Light | | Fan |
+--------------------+ +--------------------+
/ \ / \
/ \ / \
+---------------+ +-------------------+
|IncandescentLight| | CeilingFan |
+---------------+ +-------------------+
+------------------+ +---------------+
| FluorescentLight | | FloorFan |
+------------------+ +---------------+
+-------------+ +--------------+
| Switch | |StepRegulator |
+-------------+ +--------------+
+-------------+ +-----------------+
| MutexSwitch| |ContinuousRegulator|
+-------------+ +-----------------+
+-----------------+
|ControlledCurtain|
+-----------------+
^
|
+-----------+
|
+---------------+
| SerialCircuit |
+---------------+
+---------------+
| ParallelCircuit|
+---------------+
|
+-----------+
|CircuitSimulator|
+-----------+
设备类 (Device)：基类，定义了所有设备的基本特性和行为，如设备 ID 和引脚信息。
灯类 (Light) 和 风扇类 (Fan)：抽象类，分别定义了灯和风扇的共性行为。具体的灯具和风扇类继承这些抽象类，实现具体的状态更新逻辑。
开关类 (Switch)、分档调速器 (StepRegulator)、连续调速器 (ContinuousRegulator)、互斥开关 (MutexSwitch) 和 受控窗帘 (ControlledCurtain)：具体设备类，继承自 Device 类，分别实现各自的状态更新逻辑。
串联电路类 (SerialCircuit) 和 并联电路类 (ParallelCircuit)：用于表示电路结构，包含多个设备或电路。它们可以组合成更复杂的电路结构。
电路模拟器类 (CircuitSimulator)：负责整个电路模拟过程，包括解析输入信息、更新设备状态并输出设备状态。
易踩坑点：
输入解析的复杂性：
坑点：输入格式较为复杂，解析时容易出错，尤其是嵌套的串联电路和并联电路。
改进：使用正则表达式进行输入验证，并在解析时详细记录解析过程中的步骤和状态。可以引入状态机或解析树来处理复杂的输入结构。
设备状态更新的顺序问题：
坑点：设备的状态更新可能存在依赖关系，必须按正确的顺序更新，否则会出现状态错误。
改进：采用拓扑排序确定设备更新顺序，确保依赖的设备先于被依赖的设备更新。
电压和电流计算的精度问题：
坑点：计算过程中可能会出现浮点数精度问题，导致最终结果不准确。
改进：使用高精度数据类型（如 BigDecimal）进行计算，确保在更新状态时保留足够的精度。最终输出时再进行截尾处理。
并联和串联电路的处理：
坑点：并联和串联电路的组合和嵌套可能会导致电路结构的管理变得复杂，容易出现逻辑错误。
改进：将并联电路和串联电路统一抽象为 Circuit 类，采用组合设计模式，使得处理嵌套电路时更加统一和简洁。
电路状态更新的循环依赖：
坑点：如果电路中存在循环依赖，会导致无限循环更新状态，程序崩溃。
改进：在更新状态前进行依赖关系检查，确保没有循环依赖。可以使用图论中的检测环算法来实现。
输出排序的遗漏：
坑点：输出结果的设备按编号排序时可能会遗漏某些设备，尤其是设备编号不连续时。
改进：在输出前对设备列表进行全面的排序检查，并确保所有设备都按要求输出。
改进后的部分示例代码：
解析输入
点击查看代码
class CircuitSimulator {
Map<String, Device> devices = new HashMap<>();
void parseInput(String input) {
}
void validateInput(String input) throws IllegalArgumentException {
void updateStates() {
}
void outputStatus() {
List<String> statuses = new ArrayList<>();
for (Device device : devices.values()) {
statuses.add(device.getStatus());
}
statuses.sort();
for (String status : statuses) {
System.out.println(status);
}
}
public static void main(String[] args) {
CircuitSimulator simulator = new CircuitSimulator();
simulator.parseInput("your input here");
simulator.updateStates();
simulator.outputStatus();
}
}
高精度计算
点击查看代码
class ContinuousRegulator extends Device {
BigDecimal level; // [0.00, 1.00]
public ContinuousRegulator(String id) {
super(id, 1, 2);
this.level = BigDecimal.ZERO;
}
void setLevel(BigDecimal level) {
this.level = level.min(BigDecimal.ONE).max(BigDecimal.ZERO);
}
@Override
void updateState() {
}
@Override
String getStatus() {
return String.format("@L%s:%.2f", id, level.setScale(2, RoundingMode.FLOOR));
}
}
统一电路抽象
点击查看代码
abstract class Circuit {
List<Device> devices = new ArrayList<>();
void addDevice(Device device) {
devices.add(device);
}
abstract void updateState();
abstract String getStatus();
}
class SerialCircuit extends Circuit {
@Override
void updateState() {
}
@Override
String getStatus() {
return "";
}
}
class ParallelCircuit extends Circuit {
@Override
void updateState() {
}
@Override
String getStatus() {
return "";
}
}
通过以上改进，代码的鲁棒性和可维护性将得到显著提高。解析输入和更新状态的逻辑更加清晰，计算的精度得到保证，处理复杂电路结构时的代码更加简洁和统一。这样设计的系统不仅能够更好地模拟智能家居的强电电路，还具有良好的扩展性和可维护性。
第8次大作业题目：
智能家居是在当下家庭中越来越流行的一种配置方案，它通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能。请根据如下要去设计一个智能家居强电电路模拟系统。以下题目介绍中加粗的部分为本次迭代在“家居强电电路模拟程序-3”的基础上增加的功能要求。
1、控制设备
本题模拟的控制设备包括：开关、分档调速器、连续调速器、互斥开关。
开关：包括0和1两种状态。
开关有两个引脚，任意一个引脚都可以是输入引脚（接往电源端），而另一个则是输出引脚（接网接地端）。开关状态为0时，无论输入电位是多少，输出引脚电位为0。当开关状态为1时，输出引脚电位等于输入电位。
互斥开关：
互斥开关有3个引脚：1个是汇总引脚，另两个是分支引脚。
开关电路示意图如图1所示，左边是汇总引脚，编号为1；右边两个是分支引脚，右上的输出引脚为2，右下输出引脚为3。图中1、2、3引脚均可以是输入引脚，当1为输入引脚时，2、3引脚为输出引脚；1为输出引脚时，2、3引脚为输入引脚。
互斥开关只有两种状态：开关接往上面的2号引脚、接往下面的3号引脚。开关每次只能接通其中一个分支引脚，而另一个分支引脚处于断开状态。
互斥开关的默认状态为1、2引脚接通，1、3引脚断开。
图1中所示的互斥开关可以反过来接入电路，即汇总引脚接往接地端，两个分支引脚接往电源端。
image.png
图1 互斥开关
为避免短路，互斥开关设置了限流电阻，1、2引脚之间默认电阻为5，1、3引脚之间默认电阻为10。
分档调速器
按档位调整，常见的有3档、4档、5档调速器，档位值从0档-2（3/4）档变化。本次迭代模拟4档调速器，每个档位的输出电位分别为0、0.3、0.6、0.9倍的输入电压。
连续调速器
没有固定档位，按位置比例得到档位参数，数值范围在[0.00-1.00]之间，含两位小数。输出电位为档位参数乘以输入电压。
所有调速器都有两个引脚，一个固定的输入（引脚编号为1）、一个输出引脚（引脚编号为2）。当输入电位为0时，输出引脚输出的电位固定为0，不受各类开关调节的影响。
开关、调速器的初始状态/档位为0。
开关的两个引脚编号为1、2。
除互斥开关外，其他控制设备的电阻为 0。
2、受控设备
本题模拟的受控设备包括：灯、风扇。两种设备都有两根引脚，通过两根引脚电压的电压差驱动设备工作。
灯有两种工作状态：亮、灭。在亮的状态下，有的灯会因引脚电位差的不同亮度会有区别。
风扇在接电后有两种工作状态：停止、转动。风扇的转速会因引脚间电位差的不同而有区别。
本次迭代模拟两种灯具。
白炽灯：
亮度在0~200lux（流明）之间。
电位差为0-9V时亮度为0,其他电位差按比例，电位差10V对应50ux，220V对应200lux，其他电位差与对应亮度值成正比。白炽灯超过220V。
日光灯：
亮度为180lux。
只有两种状态，电位差为0时，亮度为0，电位差不为0，亮度为180。
本次迭代模拟两种风扇。
吊扇：
工作电压区间为80V-150V，对应转速区间为80-360转/分钟。80V对应转速为80转/分钟，150V对应转速为360转/分钟，超过150V转速为360转/分钟（本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况）。其他电压值与转速成正比，输入输出电位差小于80V时转速为0。
落地扇：
工作电压区间为 80V-150V，对应转速区间为 80-360 转/分钟；[80V,100V) 对应转速为 80 转/分钟；[100,120)V 对应转速为 160 转/分钟；[120,140)V 对应转速为 260 转/分钟；大于等于 140V 转速 为 360 转/分钟（本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况）。
本次迭代模拟一种受控窗帘：
受控串联的电路符号为S，其最低工作电压为50V，电压达到或超过50V，窗帘即可正常工作，不考虑室外光照强度和室内空间大小等因素，窗帘受室内灯光的光照强度控制。
当电路中所有灯光的光照强度总和在[0,50)lux范围内，窗帘全开；
在[50,100)lux范围内，窗帘打开比例为0.8；
在[100,200)lux范围内，窗帘打开比例为0.6；
在[200,300)lux范围内，窗帘打开比例为0.4；
在[300,400)lux范围内，窗帘打开比例为0.2；
在400lux及以上范围内，窗帘关闭。
当电压低于50V，窗帘不工作，默认为全开状态。
如果电路中没有灯或者灯全部关闭，光照强度为0，窗帘处于全开状态。
受控设备电阻：白炽灯的电阻为 10，日光灯的电阻为 5，吊扇的电阻为 20，落地扇的电阻为 20，窗帘电阻为15。
3、输入信息
1）输入设备信息
分别用设备标识符K、F、L、B、R、D、A、H、S、P分别表示开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、落地扇、互斥开关、受控窗帘、二极管（见第6部分说明）。
设备标识用标识符+编号表示，如K1、F3、L2等。
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1号引脚。
开关、分档调速器、连续调速器的两个引脚编号为1、2。
受控设备的两个引脚编号分别为1、2。
互斥开关的引脚编号已经在互斥开关的介绍部分说明。
约束条件：
不同设备的编号可以相同。
设备信息不单独输入，包含在连接信息中。
2）输入连接信息
一条连接信息占一行，用[]表示一组连接在一起的设备引脚，引脚与引脚之间用英文空格" "分隔。
格式：
"["+引脚号+" "+引脚号+"]"
例如：[K1-1 K3-2]表示K1的1号引脚，K3的2号引脚连接在一起。
约束条件：
不考虑调速器串联到其他调速器的情况。
考虑各类设备的并联接入。例如，K1 的输出接到 L2 的输入，L2 的输出再接其他设备属于串联接线。K1 的输出接到 L2 的输出，同时 K1 的输入接到 L2 的输入，这种情况属于并联。
连接信息不单独输入，包含在线路信息中。
3）输入控制设备调节信息
开关、互斥开关调节信息格式：
#+设备标识K+设备编号，例如：#K2，代表切换K2开关的状态。
#+设备标识H+设备编号，例如：#H2，代表切换H2互斥开关的状态。
分档调速器的调节信息格式：
#+设备标识F+设备编号+"+" 代表加一档，例如：#F3+，代表F3输出加一档。
#+设备标识F+设备编号+"-" 代表减一档，例如：#F1-，代表F1输出减一档。
连续调速器的调节信息格式：
#+设备标识L+设备编号+":" +数值 代表将连续调速器的档位设置到对应数值，例如：#L3:0.6，代表L3输出档位参数0.6。
4）电源接地标识：
VCC，电压220V，GND，电压0V。没有接线的引脚默认接地，电压为0V。
5）输入串联电路信息
一条串联电路占一行，串联电路信息由 n 个连接信息组成，连接信息按从靠电源端到接地端顺序依次输入，连接信息之间用英文空格" "分隔。
串联电路信息格式：
"#T"+电路编号+":"+连接信息+" "+连接信息+...+" "+连接信息
例如：#T1:[IN K1-1] [K1-2 D2-1] [D2-2 OUT] 一个串联电路的第一个引脚是 IN，代表起始端，靠电源。最后一个引脚是 OUT，代表结尾端， 靠接地。
约束条件：
不同的串联电路信息编号不同。
输入的最后一条电路信息必定是总电路信息，总电路信息的起始引脚是 VCC，结束引脚是 GND。
连接信息中的引脚可能是一条串联或并联电路的 IN 或者 OUT。例如：
#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT OUT]
#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT M2-IN] [M2-OUT OUT]
6）输入并联电路信息
一条并联电路占一行，并联电路由其包含的几条串联电路组成，串联电路标识之间用英文空格" "分隔。
格式：
"#M"+电路编号+":"+”[”+串联电路信息+" "+....+" "+串联电路信息+”]”
例如：#M1:[T1 T2 T3]
该例声明了一个并联电路，由 T1、T2、T3 三条串联电路并联而成，三条串联电路的 IN 短接在一起构成 M1 的 IN，三条串联电路的 OUT 短接在一起构成 M1 的 OUT。
在本题中，并联电路M中的串联电路可以包含别的并联电路。
约束条件：
本题不考虑输入电压或电压差超过220V的情况。
输入信息以end为结束标志，忽略end之后的输入信息。
本题中的并联信息所包含的串联电路的信息都在并联信息之前输入，不考虑乱序输入的情况。
只要不因短路而造成无穷大的电流烧坏电路(如电路中的部分短接)，都是合理情况。
本次迭代考虑多个并联电路串联在一起的情况。
本题考虑一条串联电路中包含其他串联电路和并联电路的情况。例如：
#T3:[VCC K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT K2-1] [K2-2 T1-IN] [T1-OUT GND]
本例中T1\T2两条串联电路是T3的一个部分，本题考虑这种类型的输入。
4、输出信息：
按开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、互斥开关、受控窗帘、二极管（见第6部分说明）的顺序依次输出所有设备的状态或参数。每个设备一行。同类设备按编号顺序从小到大输出。
输出格式：
@设备标识+设备编号+":" +设备参数值（控制开关的档位或状态、灯的亮度、风扇的转速，只输出值，不输出单位）+" "+设备所有引脚的电压（按编号从小到大顺序依次输出，电压的小数部分直接丢弃，保留整数输出，电压之间用”-”分隔）
说明：
连续调速器的档位信息保留两位小数，即使小数为0，依然显示两位小数.00。
开关状态为0（打开）时显示turned on，状态为1（合上）时显示closed
如：
@K1:turned on 32-15
@B1:190 68-17
@L1:0.60 220-176
互斥开关按1、2引脚的接通状态显示，1，2接通-1，3断开时显示closed，1，3接通-1，2断开时显示turned on。
如：
@H1:turned on
受控窗帘显示窗帘打开的百分比，如：
@S1:80%
5、家居电路模拟系列所有题目的默认规则
1）当计算电压值等数值的过程中，最终结果出现小数时，用截尾规则去掉小数部分，只保留整数部分。为避免精度的误差，所有有可能出现小数的数值用double类型保存并计算，不要作下转型数据类型转换，例如电压、转速、亮度等，只有在最后输出时再把计算结果按截尾规则，舍弃尾数，保留整数输出。
2）所有连接信息按电路从靠电源端到靠接地端的顺序依次输入，不会出现错位的情况。VCC/IN一定是第一个连接的第一项，GND/OUT一定是最后一个连接的后一项。
3）连接信息如果只包含两个引脚，靠电源端的引脚在前，靠接地端的在后。
4）调速器的输入端只会直连VCC，不会接其他设备。整个电路最多只有连接在电源上的一个调速器，且不包含在并联单路中。
5）本系列题目中元件的管脚除了互斥开关的1引脚，其他所有引脚在电路中最多只出现一次。
6、本题新增内容：
1）增加管脚电压的显示
在输出每个电器的状态信息后，再依次输出该电器每个管脚的电压。（格式详见输出信息部分）
2）电流限制
电器在工作时，过大的电流会引起电器过热，从而烧坏电路。本次迭代，每个元器件都有最大电流的设置，当实时电流超过最大电流时，在该电器输出信息的最后加入提示“exceeding current limit error”，与前面的信息之间用英文空格分隔。
例如：@B1:190 68-17 exceeding current limit error
本题各类电器的最大限定电流如下：
开关20、分档调速器18、连续调速器18、白炽灯9、日光灯5、吊扇12、落地扇14、互斥开关20、受控窗帘12、二极管8。
3）短路检测
如果电路出现无穷大的电流造成短路，所有元器件信息不输出，仅输出提示“short circuit error”
4）并联电路中包含并联
本次迭代考虑并联电路中包含并联电路的情况，即构成并联电路的串联电路可以包含别的并联电路。例如如下输入的电路，并联电路M2的其中一条串联电路T4中包含了另一条并联电路M1：
#T1:[IN D2-1] [D2-2 H1-2] [H1-1 OUT]
#T2:[IN D1-1] [D1-2 H1-3] [H1-1 OUT]
#M1:[T1 T2]
#T4:[IN K3-1] [K3-2 M1-IN] [M1-OUT OUT]
#T5:[IN K1-1] [K1-2 B1-1] [B1-2 OUT]
#M2:[T4 T5]
5）二极管
增加二极管元件，其电路特性为：正向导通，反向截止；其电器符号如图4所示，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。
image.png
图2 二极管符号
二极管的标识符为’P’，左侧管脚编号为1，右侧管脚编号为2。
二极管如果两端电压相等，没有电流流过，分以下两种情况输出：
1、如果两端电压为0，二极管的导通/截止状态由接入方向决定，1号引脚靠近电源则状态为导通，反之为截止。
2、如果两端电压不为0，二极管导通。
7、设计建议
本题包含以下电路图中的所有连接情况：
image.png
图3 电路示意图
1、电路设备类：描述所有电路设备的公共特征。
2、受控设备类、控制设备类：对应受控、控制设备
3、串联电路类：一条由多个电路设备构成的串联电路，也看成是一个独立的电路设备
4、并联电路类：继承电路设备类，也看成是一个独立的电路设备
其他类以及类的属性、方法自行设计。
image.png
图4：建议设计类图
输入样例1:
在这里给出一组输入。例如：
#T1:[IN P2-2] [P2-1 H1-2] [H1-1 OUT]
#T2:[IN D1-1] [D1-2 H1-3] [H1-1 OUT]
#M1:[T1 T2]
#T4:[IN K3-1] [K3-2 M1-IN] [M1-OUT OUT]
#T5:[IN K1-1] [K1-2 B1-1] [B1-2 OUT]
#M2:[T4 T5]
#T3:[VCC K2-1] [K2-2 M2-IN] [M2-OUT GND]
#K1
#K2
end
输出样例1:
在这里给出相应的输出。例如：
@K1:closed 220-220 exceeding current limit error
@K2:closed 220-220 exceeding current limit error
@K3:turned on 220-0
@B1:200 220-0 exceeding current limit error
@D1:0 0-0
@H1:closed 0-0-0
@P2:cutoff 0-0
输入样例2:
在这里给出一组输入。例如：
#T1:[IN P2-1] [P2-2 H1-2] [H1-1 OUT]
#T2:[IN D1-1] [D1-2 H1-3] [H1-1 OUT]
#M1:[T1 T2]
#T4:[IN K3-1] [K3-2 M1-IN] [M1-OUT OUT]
#T5:[IN K1-1] [K1-2 B1-1] [B1-2 OUT]
#M2:[T4 T5]
#T3:[VCC K2-1] [K2-2 M2-IN] [M2-OUT GND]
#K1
#K3
#K2
end
输出样例2:
在这里给出相应的输出。例如：
@K1:closed 220-220 exceeding current limit error
@K2:closed 220-220 exceeding current limit error
@K3:closed 220-220 exceeding current limit error
@B1:200 220-0 exceeding current limit error
@D1:0 220-220
@H1:closed 0-220-220 exceeding current limit error
@P2:conduction 220-220 exceeding current limit error
输入样例3:
在这里给出一组输入。例如：
#T1:[IN P2-2] [P2-1 H1-2] [H1-1 OUT]
#T2:[IN D1-1] [D1-2 H1-3] [H1-1 OUT]
#M1:[T1 T2]
#T4:[IN K3-1] [K3-2 M1-IN] [M1-OUT OUT]
#T5:[IN K1-1] [K1-2 B1-1] [B1-2 OUT]
#M2:[T4 T5]
#T3:[VCC K2-1] [K2-2 M2-IN] [M2-OUT GND]
#K1
#K3
#K2
end
输出样例3:
在这里给出相应的输出。例如：
@K1:closed 220-220 exceeding current limit error
@K2:closed 220-220 exceeding current limit error
@K3:closed 220-220
@B1:200 220-0 exceeding current limit error
@D1:0 220-220
@H1:closed 0-0-220
@P2:cutoff 0-220
输入样例4:
在这里给出一组输入。例如：
#T3:[VCC K2-1] [K2-2 GND]
#K2
end
输出样例4:
在这里给出相应的输出。例如：
short circuit error
输入样例5:
在这里给出一组输入。如果两端电压为0，二极管的导通/截止状态由接入方向决定，1号引脚靠近电源则状态为导通，反之截止。 例如：
#T3:[VCC K2-2] [K2-1 P1-1] [P1-2 K1-2] [K1-1 GND]
end
输出样例5:
在这里给出相应的输出。例如：
@K1:turned on 0-0
@K2:turned on 0-220
@P1:conduction 0-0
输入样例6:
在这里给出一组输入。如果两端电压为0，二极管的导通/截止状态由接入方向决定，1号引脚靠近电源则状态为导通，反之截止。 例如：
#T3:[VCC K2-2] [K2-1 P1-2] [P1-1 K1-2] [K1-1 GND]
end
输出样例6:
####### 。例如：
@K1:turned on 0-0
@K2:turned on 0-220
@P1:cutoff 0-0
分析思路：
解析输入：解析输入信息，包括设备连接信息、控制信息等。
建模电路设备：通过面向对象的方法建模各种电路设备。
计算电压和电流：根据电路连接关系，计算各设备的电压和电流。
检测短路和电流超限：检测电路中是否存在短路或电流超限情况。
输出结果：按要求的格式输出各设备的状态和参数。
1，设备基类
点击查看代码
abstract class Device {
String id; // 设备标识
int inputPinVoltage; // 输入引脚电压
int outputPinVoltage; // 输出引脚电压
double current; // 电流
double maxCurrent; // 最大电流
public Device(String id, double maxCurrent) {
this.id = id;
this.maxCurrent = maxCurrent;
this.inputPinVoltage = 0;
this.outputPinVoltage = 0;
this.current = 0;
}
abstract void updateState();
abstract String getStatus();
public boolean isCurrentExceeding() {
return current > maxCurrent;
}
public void setVoltage(int inputPinVoltage, int outputPinVoltage) {
this.inputPinVoltage = inputPinVoltage;
this.outputPinVoltage = outputPinVoltage;
}
}
2，开关类
点击查看代码
class Switch extends Device {
boolean state; // false for turned on, true for closed
public Switch(String id) {
super(id, 20);
this.state = false;
}
void toggle() {
state = !state;
}
@Override
void updateState() {
if (state) {
outputPinVoltage = inputPinVoltage;
} else {
outputPinVoltage = 0;
}
}
@Override
String getStatus() {
return "@K" + id + ":" + (state ? "closed" : "turned on") + " " + inputPinVoltage + "-" + outputPinVoltage + (isCurrentExceeding() ? " exceeding current limit error" : "");
}
}
点击查看代码
class StepRegulator extends Device {
int level; // 0, 1, 2, 3
double[] voltageLevels = {0, 0.3, 0.6, 0.9};
public StepRegulator(String id) {
super(id, 18);
this.level = 0;
}
void increaseLevel() {
if (level < 3) level++;
}
void decreaseLevel() {
if (level > 0) level--;
}
@Override
void updateState() {
outputPinVoltage = (int) (inputPinVoltage * voltageLevels[level]);
}
@Override
String getStatus() {
return "@F" + id + ":" + level + " " + inputPinVoltage + "-" + outputPinVoltage + (isCurrentExceeding() ? " exceeding current limit error" : "");
}
}
点击查看代码
class ContinuousRegulator extends Device {
double level; // [0.00, 1.00]
public ContinuousRegulator(String id) {
super(id, 18);
this.level = 0.0;
}
void setLevel(double level) {
this.level = Math.min(1.0, Math.max(0.0, level));
}
@Override
void updateState() {
outputPinVoltage = (int) (inputPinVoltage * level);
}
@Override
String getStatus() {
return String.format("@L%s:%.2f %d-%d", id, level, inputPinVoltage, outputPinVoltage) + (isCurrentExceeding() ? " exceeding current limit error" : "");
}
}
点击查看代码
abstract class Light extends Device {
int brightness; // 亮度
public Light(String id, double maxCurrent) {
super(id, maxCurrent);
this.brightness = 0;
}
@Override
abstract void updateState();
@Override
String getStatus() {
return "@D" + id + ":" + brightness + " " + inputPinVoltage + "-" + outputPinVoltage + (isCurrentExceeding() ? " exceeding current limit error" : "");
}
}
class IncandescentLight extends Light {
public IncandescentLight(String id) {
super(id, 9);
}
@Override
void updateState() {
if (outputPinVoltage <= 9) {
brightness = 0;
} else {
brightness = (int) ((outputPinVoltage - 9) * 150 / 211 + 50);
}
}
}
class FluorescentLight extends Light {
public FluorescentLight(String id) {
super(id, 5);
}
@Override
void updateState() {
brightness = (outputPinVoltage == 0) ? 0 : 180;
}
}
点击查看代码
abstract class Fan extends Device {
int speed; // 转速
public Fan(String id, double maxCurrent) {
super(id, maxCurrent);
this.speed = 0;
}
@Override
abstract void updateState();
@Override
String getStatus() {
return "@A" + id + ":" + speed + " " + inputPinVoltage + "-" + outputPinVoltage + (isCurrentExceeding() ? " exceeding current limit error" : "");
}
}
class CeilingFan extends Fan {
public CeilingFan(String id) {
super(id, 12);
}
@Override
void updateState() {
if (outputPinVoltage < 80) {
speed = 0;
} else if (outputPinVoltage > 150) {
speed = 360;
} else {
speed = (int) ((outputPinVoltage - 80) * 280 / 70 + 80);
}
}
}
class FloorFan extends Fan {
public FloorFan(String id) {
super(id, 14);
}
@Override
void updateState() {
if (outputPinVoltage < 80) {
speed = 0;
} else if (outputPinVoltage < 100) {
speed = 80;
} else if (outputPinVoltage < 120) {
speed = 160;
} else if (outputPinVoltage < 140) {
speed = 260;
} else {
speed = 360;
}
}
}
点击查看代码
class MutexSwitch extends Device {
boolean state; // false for 1-2 closed, true for 1-3 closed
public MutexSwitch(String id) {
super(id, 20);
this.state = false;
}
void toggle() {
state = !state;
}
@Override
void updateState() {
if (state) {
outputPinVoltage = inputPinVoltage;
} else {
outputPinVoltage = 0;
}
}
@Override
String getStatus() {
return "@H" + id + ":" + (state ? "closed" : "turned on") + " " + inputPinVoltage + "-" + outputPinVoltage + (isCurrentExceeding() ? " exceeding current limit error" : "");
}
}
点击查看代码
class ControlledCurtain extends Device {
int openPercentage; // 打开比例
public ControlledCurtain(String id) {
super(id, 12);
this.openPercentage = 100; // 默认全开
}
@Override
void updateState() {
if (outputPinVoltage < 50) {
openPercentage = 100;
} else {
// 计算所有灯光的光照强度总和
int totalLux = ... // 此处需根据具体电路计算
if (totalLux < 50) {
openPercentage = 100;
} else if (totalLux < 100) {
openPercentage = 80;
} else if (totalLux < 200) {
openPercentage = 60;
} else if (totalLux < 300) {
openPercentage = 40;
} else if (totalLux < 400) {
openPercentage = 20;
} else {
openPercentage = 0;
}
}
}
@Override
String getStatus() {
return "@S" + id + ":" + openPercentage + "%" + " " + inputPinVoltage + "-" + outputPinVoltage + (isCurrentExceeding() ? " exceeding current limit error" : "");
}
}
点击查看代码
class Diode extends Device {
public Diode(String id) {
super(id, 8);
}
@Override
void updateState() {
if (inputPinVoltage > outputPinVoltage) {
// 正向导通
current = ... // 计算电流
} else if (inputPinVoltage < outputPinVoltage) {
// 反向截止
current = 0;
}
}
@Override
String getStatus() {
String state = inputPinVoltage > outputPinVoltage ? "conduction" : "cutoff";
return "@P" + id + ":" + state + " " + inputPinVoltage + "-" + outputPinVoltage + (isCurrentExceeding() ? " exceeding current limit error" : "");
}
}
点击查看代码
class SerialCircuit extends Device {
List<Device> devices;
public SerialCircuit(String id) {
super(id, Double.MAX_VALUE); // 串联电路没有固定的电流限制
this.devices = new ArrayList<>();
}
void addDevice(Device device) {
devices.add(device);
}
@Override
void updateState() {
// 更新串联电路中所有设备的状态
for (Device device : devices) {
device.updateState();
}
}
@Override
String getStatus() {
// 获取串联电路中所有设备的状态
StringBuilder status = new StringBuilder();
for (Device device : devices) {
status.append(device.getStatus()).append("\n");
}
return status.toString();
}
}
点击查看代码
class ParallelCircuit extends Device {
List<SerialCircuit> circuits;
public ParallelCircuit(String id) {
super(id, Double.MAX_VALUE); // 并联电路没有固定的电流限制
this.circuits = new ArrayList<>();
}
void addCircuit(SerialCircuit circuit) {
circuits.add(circuit);
}
@Override
void updateState() {
// 更新并联电路中所有串联电路的状态
for (SerialCircuit circuit : circuits) {
circuit.updateState();
}
}
@Override
String getStatus() {
// 获取并联电路中所有串联电路的状态
StringBuilder status = new StringBuilder();
for (SerialCircuit circuit : circuits) {
status.append(circuit.getStatus()).append("\n");
}
return status.toString();
}
}
点击查看代码
class CircuitSimulator {
Map<String, Device> devices = new HashMap<>();
void parseInput(String input) {
// 解析输入信息
}
void validateInput(String input) throws IllegalArgumentException {
// 验证输入信息的有效性
}
void updateStates() {
// 更新所有设备的状态
for (Device device : devices.values()) {
device.updateState();
}
}
void outputStatus() {
// 输出所有设备的状态
List<String> statuses = new ArrayList<>();
for (Device device : devices.values()) {
statuses.add(device.getStatus());
}
statuses.sort();
for (String status : statuses) {
System.out.println(status);
}
}
public static void main(String[] args) {
CircuitSimulator simulator = new CircuitSimulator();
simulator.parseInput("your input here");
simulator.updateStates();
simulator.outputStatus();
}
}
Device类是所有设备的基类，包含设备的基本属性和方法，如设备ID、引脚电压、电流和最大电流。它定义了更新设备状态和获取设备状态的抽象方法。
Switch类继承自Device，表示开关设备。它有一个状态（打开或关闭），并根据状态更新输出引脚的电压。
StepRegulator类表示分档调速器，可以通过增加或减少档位来调节输出电压。
ContinuousRegulator类表示连续调速器，可以设置任意档位（0.00到1.00），根据档位比例调节输出电压。
Light类表示灯具设备，包含亮度属性。具体灯具类型如白炽灯和日光灯继承自Light类，并实现不同的亮度计算逻辑。
Fan类表示风扇设备，包含转速属性。具体风扇类型如吊扇和落地扇继承自Fan类，并实现不同的转速计算逻辑。
MutexSwitch类表示互斥开关设备，具有两个状态（1-2接通或1-3接通），并根据状态更新输出引脚的电压。
ControlledCurtain类表示受控窗帘，根据电压和灯光强度决定窗帘的打开比例。
Diode类表示二极管设备，根据输入输出引脚电压决定导通或截止状态，并计算电流。
SerialCircuit类表示串联电路，包含多个设备，并提供更新和获取所有设备状态的方法。
arallelCircuit类表示并联电路，包含多个串联电路，并提供更新和获取所有串联电路状态的方法。
CircuitSimulator类负责整个电路模拟过程，包括解析输入信息、更新设备状态并输出设备状态。它维护了一个设备的映射表，并提供了解析输入、验证输入、更新状态和输出状态的方法。
踩坑心得：
输入解析的复杂性：
坑点：输入格式较为复杂，解析时容易出错，尤其是嵌套的串联电路和并联电路。
改进：使用正则表达式进行输入验证，并在解析时详细记录解析过程中的步骤和状态。可以引入状态机或解析树来处理复杂的输入结构。
设备状态更新的顺序问题：
坑点：设备的状态更新可能存在依赖关系，必须按正确的顺序更新，否则会出现状态错误。
改进：采用拓扑排序确定设备更新顺序，确保依赖的设备先于被依赖的设备更新。
电压和电流计算的精度问题：
坑点：计算过程中可能会出现浮点数精度问题，导致最终结果不准确。
改进：使用高精度数据类型（如 BigDecimal）进行计算，确保在更新状态时保留足够的精度。最终输出时再进行截尾处理。
并联和串联电路的处理：
坑点：并联和串联电路的组合和嵌套可能会导致电路结构的管理变得复杂，容易出现逻辑错误。
改进：将并联电路和串联电路统一抽象为 Circuit 类，采用组合设计模式，使得处理嵌套电路时更加统一和简洁。
电路状态更新的循环依赖：
坑点：如果电路中存在循环依赖，会导致无限循环更新状态，程序崩溃。
改进：在更新状态前进行依赖关系检查，确保没有循环依赖。可以使用图论中的检测环算法来实现。
输出排序的遗漏：
坑点：输出结果的设备按编号排序时可能会遗漏某些设备，尤其是设备编号不连续时。
改进：在输出前对设备列表进行全面的排序检查，并确保所有设备都按要求输出。
代码改进：
解析输入
点击查看代码
class CircuitSimulator {
Map<String, Device> devices = new HashMap<>();
void parseInput(String input) {
}
void validateInput(String input) throws IllegalArgumentException {
}
void updateStates() {
}
void outputStatus() {
List<String> statuses = new ArrayList<>();
for (Device device : devices.values()) {
statuses.add(device.getStatus());
}
statuses.sort();
for (String status : statuses) {
System.out.println(status);
}
}
public static void main(String[] args) {
CircuitSimulator simulator = new CircuitSimulator();
simulator.parseInput("your input here");
simulator.updateStates();
simulator.outputStatus();
}
}
点击查看代码
class ContinuousRegulator extends Device {
BigDecimal level;
public ContinuousRegulator(String id) {
super(id, 18);
this.level = BigDecimal.ZERO;
}
void setLevel(BigDecimal level) {
this.level = level.min(BigDecimal.ONE).max(BigDecimal.ZERO);
}
@Override
void updateState() {
outputPinVoltage = (int) (inputPinVoltage * level.doubleValue());
}
@Override
String getStatus() {
return String.format("@L%s:%.2f %d-%d", id, level.setScale(2, RoundingMode.FLOOR), inputPinVoltage, outputPinVoltage) + (isCurrentExceeding() ? " exceeding current limit error" : "");
}
}
点击查看代码
abstract class Circuit extends Device {
List<Device> devices = new ArrayList<>();
void addDevice(Device device) {
devices.add(device);
}
abstract void updateState();
abstract String getStatus();
}
class SerialCircuit extends Circuit {
@Override
void updateState() {
// Implement logic to update the state of devices in the serial circuit
}
@Override
String getStatus() {
// Implement logic to get the status of devices in the serial circuit
StringBuilder status = new StringBuilder();
for (Device device : devices) {
status.append(device.getStatus()).append("\n");
}
return status.toString();
}
}
class ParallelCircuit extends Circuit {
@Override
void updateState() {
}
@Override
String getStatus() {
StringBuilder status = new StringBuilder();
for (Device device : devices) {
status.append(device.getStatus()).append("\n");
}
return status.toString();
}
}
总结
虽然就两次大作业，但最近考试频繁和复习紧张，这次大作业没有以前那么用心，没有拿多少分，后面考完后准备再把没写完的补上
浙公网安备 33010602011771号