java题目集4-6总结

一、前言

概括:经过了三次java的大作业的练习，也算是深入java了。这三次大作业的难度是层层递进的，虽然一次比一次难，但是每一次大作业都是基于前面大作业的知识点。所以每一次大作业认真完成，并认真总结知识点，多花点时间，大作业还是勉强可以完成。

1.知识点：

大作业4:大作业四还是答题判题程序的迭代，但增加了继承的使用，程序中SingleChoiceQuestion、MultipleChoiceQuestion、FillInTheBlanksQuestion都是Question的子类，继承了父类的属性和方法。相比之前的答题判题程序，使用了多种数据结构来组织数据，如使用Map来存储题库、试卷信息等。且增加了异常处理使用Optional类来避免空指针异常，例如在getScoreForQuestion方法中，代码相比之前更加健壮了。这也是此次答题判题程序中改进的地方。

大作业5:大作业五，使用到了接口，重写方法，List 接口,Map 接口。大部分都是有关Java集合框架，通过这些接口存储和操作集合数据。

大作业6:大作业六进一步考察了抽象类和接口的使用，设计展示了一个智能家居系统的基本框架，通过定义抽象类和具体设备类，实现了设备的多态性和可扩展性。PinandDevice类负责处理设备连接和控制命令，通过Map数据结构管理设备和连接关系。进一步体现了面向对象的思维。

2.题量与难度

这三次大作业题量都差不多，由于第四次大作业是答题判题程序的最后一次迭代，难度下降了。第五，六次大作业难度是一次比一次大。不过每一次大作业都是基于以前大作业的知识点，进一步增加新的知识点。使用了更多的类及其方法，要从网上查找资料，了解相关类的使用。这些大作业无非都以对象和类的形式存在，使用到了面向对象的三个特性：封装、继承、多态。所有通过写这些大作业，java设计与编程能力可以得到很大提升，每一次多要认真对待。

二、设计与分析

1.第四次大作业

概括:由于是答题判题程序的最后一次迭代，难度相较于之前有所下降。

第一题

校园角色类设计：这次设计要用到继承，角色Role分两类：学生Student和雇员Employee；雇员又分为教员Faculty和职员Staff。设计子类Faculty和Staff继承雇员Employee，通过使用关键字super调用父类构造方法来创建子类实例

第二题

设计一个学生类和它的一个子类——本科生类：也是与第一题类似，学生类作为父类，本科生类作为子类继承学生类。在测试类Main的main( )方法中，调用Student类的带参数的构造方法创建对象object1，调Undergraduate类的带参数的构造方法创建对象object2，然后分别调用它们的show( )方法。

第三题

此题是答题判题程序的最后一次迭代，也是终于来到了答题判题程序的终点（属于是摆脱这个噩梦了/(ㄒoㄒ)/~~）。本次迭代新增了多选题和填空题的判断，之前都是单选题。此次要考虑考虑多个同学有多张不同试卷的答卷的情况，之前只是考虑一个学生不同答卷情况。最重要的一点是，此次要用到继承，继承这个概念在前几作大作业都没有使用到，这次新增了这个要求。

类图

顺序图

下面是代码的分析以及一些解释和心得：

QuestionType枚举

使用枚举，用于表示不同类型的题目，如单选、多选和填空。这是一个简单但非常有用的设计，因为它允许在代码中以一种清晰且类型安全的方式引用这些类型。

//枚举，表示题目种类
enum QuestionType {
    SINGLE_CHOICE,
    MULTIPLE_CHOICE,
    FILL_IN_THE_BLANKS
}

Question 类

• 属性：
  id：问题的唯一标识符。
  content：问题的内容或描述。
  answer：问题的标准答案。
  type：问题的类型，使用 QuestionType 枚举表示（尽管枚举的定义未在代码中给出，但可以推断其存在）。
• 构造方法：接收问题的 id、content、answer 和 type 作为参数，并初始化这些属性。
  方法：
  getId()、getContent()、getAnswer() 和 getType()：分别用于获取问题的 id、content、answer 和 type。
  isPartiallyCorrect(String givenAnswer)：一个私有方法，用于判断填空题的部分正确性。它通过比较标准答案和给定答案（去除空格并转换为小写）的包含关系来实现。
  checkAnswer(String givenAnswer)：一个公开方法，根据问题的类型（单选题、多选题或填空题）来判断给定答案的正确性。它返回一个 Serializable 对象（这里实际返回的是 Boolean 或 String），表示答案是否完全正确、部分正确或完全错误。
• 子类
  SingleChoiceQuestion：单选题类，继承自 Question 类。其构造方法直接调用父类的构造方法，没有添加额外的功能或属性。
  MultipleChoiceQuestion：多选题类，同样继承自 Question 类。构造方法也是直接调用父类的构造方法。
  FillInTheBlanksQuestion：填空题类，继承自 Question 类。构造方法直接调用父类的构造方法。

public Serializable checkAnswer(String givenAnswer) 是 Question 类中的一个重要方法，用于检查用户提供的答案是否正确。这个方法根据不同的题型（单选题、多选题、填空题）有不同的检查逻辑。

点击查看代码

private boolean isPartiallyCorrect(String givenAnswer) {
        // 删除标准答案中的空格，以便于比较
        String trimmedAnswer = answer.replace(" ", "").toLowerCase();
        String trimmedGivenAnswer = givenAnswer.replace(" ", "").toLowerCase();

        // 检查部分正确性
        return trimmedGivenAnswer.contains(trimmedAnswer)
                || trimmedAnswer.contains(trimmedGivenAnswer)
                && !trimmedGivenAnswer.isEmpty()
                && !trimmedAnswer.isEmpty();
    }
    public Serializable checkAnswer(String givenAnswer) {
        switch (type) {
            case SINGLE_CHOICE:
                return answer.equals(givenAnswer.trim());
            case MULTIPLE_CHOICE:
                var stdAns = new HashSet<>(Arrays.asList(answer.split(" ")));
                var ans = new HashSet<>(Arrays.asList(givenAnswer.trim().split(" ")));

                // 完全正确：答案包含所有正确答案
                if (stdAns.containsAll(ans) && ans.size() == stdAns.size()) {
                    return true;
                }

                // 部分正确：答案包含部分正确答案且不含错误答案
                if (stdAns.containsAll(ans) && ans.size() < stdAns.size()) {
                    return "partially correct";
                }

                // 完全错误：答案包含错误答案或未作答
                return false;
            case FILL_IN_THE_BLANKS:
                // 完全正确：答案与标准答案内容完全匹配
                if (answer.equalsIgnoreCase(givenAnswer.trim())) {
                    return true;
                }

                // 部分正确：答案包含部分正确答案且不含错误字符
                if (isPartiallyCorrect(givenAnswer.trim())) {
                    return "partially correct";
                }

                // 完全错误：答案包含一个错误字符或完全没有答案
                return false;
            default:
                throw new IllegalStateException("Unexpected value: " + type);
        }
    }

对方法checkAnswer中每个部分的详细解释：
单选题（SINGLE_CHOICE）：
使用 equals 方法比较标准答案和给定答案（去除空格后）。如果完全匹配，返回 true；否则返回 false。
多选题（MULTIPLE_CHOICE）：
将标准答案和给定答案都分割成单词，并存储在 HashSet 中，以便进行集合操作。
完全正确：如果给定答案集合包含标准答案集合中的所有元素，并且两者的大小相同，则返回 true。
部分正确：如果给定答案集合包含标准答案集合中的所有元素，但给定答案的大小小于标准答案的大小（意味着用户没有选择所有正确答案，但也没有选择任何错误答案），则返回 "partially correct"。
完全错误：在其他情况下（即给定答案包含错误答案或未作答），返回 false。
填空题（FILL_IN_THE_BLANKS）：
使用 equalsIgnoreCase 方法比较标准答案和给定答案（去除空格后）。如果完全匹配，返回 true。
使用 isPartiallyCorrect 方法检查部分正确性。如果给定答案包含标准答案中的部分字符（忽略空格和大小写），则返回 "partially correct"。
在其他情况下（即给定答案与标准答案不匹配，并且也不是部分正确），返回 false。
默认情况：
如果问题的类型不是预期的值之一，则抛出 IllegalStateException。

QuestionBank 类

• 功能：
  存储一系列问题，并通过问题ID进行索引。
  支持添加、删除、查询问题等功能。
• 方法：

成员变量	使用 LinkedHashMap 来存储问题，以保持插入顺序
addQuestion(Question question)	向题库中添加一个问题
getQuestionById(int id)	根据问题ID获取问题
containsQuestion(int id)	检查题库中是否存在某个问题ID
deleteQuestion(int id)	删除某个问题

Map 接口
使用了 Map 接口提供的方法，如 put、get、containsKey 和 remove，来操作问题对象。
泛型
Map<Integer, Question> 使用了泛型来指定键和值的类型，这有助于类型安全。
集合框架
使用了 Java 集合框架中的 Map 接口和 LinkedHashMap 实现类。

Paper 类

• 功能：
  表示一份试卷，包含多个问题及其对应的分数。
  支持添加、查询试卷信息，计算试卷总分等功能。
• 方法：

成员变量：使用 HashMap 来存储试卷信息，其中键是试卷ID，值是一个 Map，该 Map 的键是问题ID，值是分数。

addPaper(int paperId, int questionId, int score)：向试卷中添加一个问题及其分数。

getPaper(int paperId)：根据试卷ID获取试卷信息。

getTotalScore(int paperId)：计算给定试卷的总分。

containsPaper(int paperId)：检查是否存在某个试卷ID。

getAllQuestionIds(int paperId)：获取试卷上的所有题目ID。

getScoreForQuestion(int paperId, int questionId)：根据试卷ID和题目ID获取相应的分数。

输入格式：试卷信息为独行输入，一行为一张试卷，多张卷可分多行输入数据。

为了使每一张试卷id映射唯一 一张试卷，故使用Map<Integer, Map<Integer, Integer>> 使用嵌套映射（nested maps）的方式来组织数据的结构，外层 Map 的键是试卷的 ID (paperId)，值是一个内层的 Map，这个内层 Map 的键是问题的 ID (questionId)，值是问题的分数 (score)。这样可通过试卷id可获取该试卷上的所有题目的分数。

Studentinformation 类

• 功能：
  存储学生的学号及其对应的姓名。
  支持添加、查询学生信息等功能。
• 方法：

成员变量：使用 HashMap 来存储学生的学号及其姓名。

addStudent(String id, String name)：向学生信息表中添加一条记录。

getName(String id)：根据学号获取学生的姓名。

containsStudent(String id)：检查学生信息表中是否存在某个学号

AnswerPaper 类

• 功能：
  存储学生的答卷信息，包括试卷ID、学生学号及其回答的问题列表。
  支持添加、查询学生答卷信息等功能。
• 方法：

成员变量：使用 HashMap 来存储学生的答卷信息，其中键是试卷ID，值是一个 Map，该 Map 的键是学生的学号，值是一个问题答案列表。

addAnswerSheet(int paperId, String studentId, List answers)：向答卷记录中添加一个学生的答卷。

getAnswerSheet(int paperId)：根据试卷ID获取所有学生的答卷记录。

嵌套类：Answer 用于表示单个答案，包含题目序号和答案内容。

final Map<Integer, Map<String, List<Answer>>> answerSheets = new HashMap<>();
这个成员变量是一个三层嵌套的 Map 结构：
第一层 Map 的键是 int 类型，表示试卷的 ID (paperId)。
第二层 Map 的键是 String 类型，表示学生的 ID (studentId)。
第二层 Map 的值是 List 类型，表示该学生在特定试卷下的答案列表。

DeletionQuestion 类

• 功能：
  记录已被删除的问题ID。
  支持标记删除问题和检查问题是否已被删除。
• 方法：

成员变量：使用 HashSet 来存储已删除的问题ID。

markDeleted(int questionId)：标记某个问题已被删除。

isDeleted(int questionId)：检查某个问题是否已被删除。

private final Set<Integer> deletedQuestions = new HashSet<>();
这个成员变量是一个 Set，用于存储已被删除的问题 ID。
使用 HashSet 作为实现类，这是因为 HashSet 提供了平均时间复杂度为 O(1) 的快速查找、添加和删除操作。
deletedQuestions 是 final 类型的，这意味着集合本身不能被重新赋值，但集合内的元素是可以被添加和删除的。

输入处理 (Input 类)

• 功能：
  处理从标准输入读取的数据行，并根据行的前缀调用相应的方法来处理这些行。
• 方法：

构造函数：接收题库、试卷、学生信息、答卷以及删除题目的实例。

validateInputFormat_1(String line)：验证题目输入行的格式是否正确。

validateInputFormat_2(String line)：验证试卷输入行的格式是否正确。

handleInput(String line)：根据输入行的前缀处理不同的输入类型。

• 输入行处理逻辑：

题目输入：以#N:开头，格式为#N:问题ID #Q:问题内容 #A:答案。

试卷输入：以#T:开头，格式为#T:试卷ID 问题ID-分数 问题ID-分数 ...，并检查试卷总分是否为100。

学生信息输入：以#X:开头，格式为#X:学号-姓名 学号-姓名 ...。

答卷输入：以#S:开头，格式为#S:试卷ID 学号 #A:问题序号-答案内容 #A:问题序号-答案内容 ...。

删除题目输入：以#D:N-开头，格式为#D:N-问题ID。

输入类中正则表达式部分的详细解析

使用正则表达是为了验证输入行（题目信息，试卷信息行）的格式是否符合预期的标准，符合预期则返回true，不符合则返回false且输入的该行无效丢弃，不做输入处理。
validateInputFormat_1
用于验证题目输入行的格式。
确保输入行以 #N: 开头，并且包含题目 ID、问题内容（包含数字加法运算）和答案。
validateInputFormat_2
用于验证试卷输入行的格式。
确保输入行以 #T: 开头，并且包含试卷 ID 和一系列问题及其分数。

点击查看代码

public static boolean validateInputFormat_1(String line) {
    // 正则表达式用来验证输入行的格式
    String regex = "^#N:\\d+(\\s+#Q:\\d+\\+\\d+=\\s+#A:\\d+)$";
    return line.matches(regex);
}

格式说明：

^#N:：行开始位置 ^ 后跟 #N:，表示该行为题目信息。
\d+：一个或多个数字，表示题目 ID。
(\s+#Q:\d+\+\d+=\s+#A:\d+)：空格 \s+，后跟 #Q: 和一个或多个数字，表示问题内容中包含数字加法运算，然后是 =，接着是空格 \s+ 和 #A:，最后是一个或多个数字，表示答案。
$：行结束位置。

点击查看代码

public static boolean validateInputFormat_2(String line) {
    // 正则表达式用来验证输入行的格式
    String regex = "^#T:\\d+(\\s+\\d+-\\d+)+$";
    return line.matches(regex);
}

格式说明：

^#T:：行开始位置 ^ 后跟 #T:，表示该行为试卷信息。
\d+：一个或多个数字，表示试卷 ID。
(\s+\d+-\d+)+：空格 \s+，后跟一个或多个数字 - 一个或多个数字，表示问题及其分数，这样的组合出现一次或多次 +。
$：行结束位置。

输出处理 (Output 类)

• 功能：
  根据已处理的数据输出考试结果。
• 方法：

构造函数：接收题库、试卷、学生信息、答卷以及删除题目的实例。

processOutput()：遍历所有答卷记录，输出每个学生的得分情况。

这段代码是整段代码中最核心的部分，用于处理输出逻辑，包括根据学生的答卷情况计算成绩，并输出最终的成绩信息。
processOutput()方法处理过程：
1.遍历答卷：

• 遍历 answerPaper 中的所有答卷记录。
• 每个记录是一个键值对，键是试卷 ID (paperId)，值是一个映射关系，键是学生 ID (studentId)，值是该学生的答案列表。

2.检查试卷是否存在：

• 使用 paper.containsPaper(paperId) 方法检查是否存在给定的试卷 ID。

3.处理每个学生的答案：

• 遍历每个学生的答案列表。
• 获取学生 ID 和名字。
• 计算总分，并构建分数字符串。

4.处理每个问题的答案：

• 获取试卷上的所有问题 ID 序列。
• 对每个问题进行处理：
• • 检查学生的答案。
• • 检查问题是否已被删除。
• • 检查问题是否存在。
• • 判断答案是否正确，并计算分数。
• • 输出问题内容、答案内容及是否正确，并累加分数。

5.输出最终成绩信息：

• 如果学生的名字存在，则输出学生 ID、名字、各题得分和总分。
• 如果学生的名字不存在，则输出学生 ID 未找到的消息。

主类 (Main 类)

• 功能：
  读取标准输入，并根据输入处理逻辑进行处理。
  处理完成后输出结果。
• 方法：
  主函数：从标准输入读取数据直到遇到“end”，然后调用输出处理方法。
• 输入输出流程：

读取输入：从标准输入读取数据行。

处理输入：根据输入行的前缀调用相应的处理方法。

题目处理：将题目添加到题库中。

试卷处理：将问题及其分数添加到试卷中，并检查总分是否为100。

学生信息处理：将学生信息添加到学生信息表中。

答卷处理：将学生的答案添加到答卷记录中。

删除题目处理：标记题目为已删除。

输出处理：遍历所有答卷记录，并输出每个学生的得分情况。

2.第五次大作业

概括:这次大作业又来了一个全新设计， 家居强电电路模拟程序设计。第一次迭代难度不是很大，差一分就拿到满分了。之所以简单，是因为电路结构变化：只有一条线路，所有元件串联，处理起来相对简单。此次家居强电电路模拟程序-1使用了面向对象的设计思想，定义了多个类来表示智能家居系统中的不同设备（如开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯和吊扇）以及一个基类Device。通过继承和多态性，实现了不同设备之间的共同特性和差异特性的抽象与表达。

家居强电电路模拟程序-1

类图：

顺序图

设计分析

1.接口设计：
定义了一个Controllable接口，用于表示可以控制的设备。实现了该接口的类需要提供一个control方法来处理控制命令。

public interface Controllable {
        void control(String command); // 处理控制命令
    }

这样的设计使得系统能够灵活地添加新的可控设备，而无需修改现有的代码结构。

2.设备连接与处理：
使用PinandDevice类来处理设备的连接信息和控制命令。该类维护了两个映射：devices用于存储所有设备，connections用于存储设备之间的连接关系。提供了processConnection方法来处理设备连接信息，以及processControlCommand方法来处理控制命令。

3.电压更新与状态输出：
每个设备都有一个updateOutputVoltage方法，用于根据设备的特性和输入电压来计算输出电压PinandDevice类中的updateVoltages方法会遍历所有设备，根据连接关系更新设备的输入电压，updateOutputVoltage方法来更新输出电压。提供了printDeviceStatus方法来打印所有设备的当前状态。

代码思路

Device (抽象父类 )

• 功能：
  定义了所有设备的公共属性和方法，如设备标识、输入电压、输出电压等。
• 属性：

id：设备的唯一标识符。

inputVoltage：输入电压。

outputVoltage：输出电压。

resistance：电阻。

• 方法：

updateOutputVoltage()：抽象方法，由子类实现具体的更新输出电压的逻辑。

getOutputVoltage()：获取输出电压。

getId()：获取设备标识。

setInputVoltage(double inputVoltage)：设置输入电压。

注：定义基类Device：
包含设备标识（id）、输入电压（inputVoltage）、输出电压（outputVoltage）和电阻（resistance）等属性。
提供了构造方法、更新输出电压的抽象方法（由子类实现）、获取输出电压和设备标识的方法，以及设置输入电压的方法。

控制设备 (继承Device 类 )

Switch：开关设备，可以切换状态（开/关）。

• 属性：state，表示开关状态（0为打开，1为关闭）。
• 方法：

updateOutputVoltage()：根据开关状态更新输出电压。

control(String command)：处理控制命令，切换开关状态。

toString()：返回设备状态的字符串表示。

GearSpeedRegulator：分档调速器，可以调节档位。

• 属性：gear，表示档位（0-3）。
• 方法：

updateOutputVoltage()：根据档位更新输出电压。

control(String command)：处理控制命令，调整档位。

toString()：返回设备状态的字符串表示。

ContinuousSpeedRegulator：连续调速器，可以调节连续档位。

• 属性：Gearposition，表示档位（0.00-1.00）。
• 方法：

updateOutputVoltage()：根据档位更新输出电压。

control(String command)：处理控制命令，调整档位。

toString()：返回设备状态的字符串表示。

受控设备 (继承Device 类 )

IncandescentLamp：白炽灯，可以根据电压差调节亮度。

属性：brightness，表示亮度（0-200lux）。
方法：
updateOutputVoltage()：根据电压差更新亮度。
toString()：返回设备状态的字符串表示。

FluorescentLight：日光灯，可以根据电压差调节亮度。

属性：brightness，表示亮度（0或180lux）。
方法：
updateOutputVoltage()：根据电压差更新亮度。
toString()：返回设备状态的字符串表示。

CeilingFan：吊扇，可以根据电压差调节转速。

属性：speed，表示转速（0-360转/分钟）。
方法：
updateOutputVoltage()：根据电压差更新转速。
toString()：返回设备状态的字符串表示。

每个设备类都继承自Device并实现了Controllable接口（如果可控）。
实现了各自的updateOutputVoltage方法和control方法（如果适用）。
提供了toString方法来返回设备的当前状态

PinandDevice（设备管理类）

• 作用：管理所有设备及其连接关系，处理控制命令，更新设备电压，打印设备状态。
• 属性：
  devices：存储所有设备的 Map。
  connections：存储设备连接关系的 Map。
• 方法：

processConnection(String line)：处理连接信息，创建设备并设置连接关系。

createDevice(String deviceId)：根据设备标识创建相应类型的设备。

processControlCommand(String line)：处理控制命令，调用相应设备的 control 方法。

updateVoltages()：更新所有设备的电压。

printDeviceStatus()：按类型顺序打印所有设备的状态。

getTypeOrder(Device device)：获取设备类型的顺序，用于排序。）

注：这是代码核心部分，主要处理逻辑就在这段代码当中，下面我将详细介绍这部分

• 数据存储：
  使用 LinkedHashMap 存储设备和连接关系，保持了插入顺序，在后面处理过程需要从首部开始向后面进行处理。
  连接关系存储在 String 到 String 的映射中

private static Map<String, Device> devices = new LinkedHashMap <>(); // 存储所有设备
private static Map<String, String> connections = new LinkedHashMap <>(); // 存储设备连接关系

• 处理思路：

1.首先进行连接处理，通过引脚将设备连接起来，使之构成一条串联电路
2. 然后控制命令处理，通过控制命令处理，更新电路上的控制设备状态
3.再然后电压更新，对电路上的设备电压进行更新后，根据设备上的电压确定工作状态
4.最后设备状态打印，根据要求按顺序输出状态

sortedDevices.sort((d1, d2) -> {
            int typeOrder1 = getTypeOrder(d1);
            int typeOrder2 = getTypeOrder(d2);
            if (typeOrder1 != typeOrder2) {
                return typeOrder1 - typeOrder2;
            }
            return Integer.compare(Integer.parseInt(d1.getId().substring(1)), Integer.parseInt(d2.getId().substring(1)));
        });

排序逻辑：
首先，对于集合中的两个设备d1和d2，通过调用getTypeOrder方法获取它们的类型顺序（typeOrder1和typeOrder2）。
如果这两个设备的类型顺序不同（typeOrder1 != typeOrder2），则根据它们的类型顺序进行排序。具体地，返回typeOrder1 - typeOrder2的结果，这意味着类型顺序较小的设备会被排在前面。
如果两个设备的类型顺序相同，则进一步比较它们的ID。这里假设ID是一个字符串，且从第二个字符开始（d1.getId().substring(1)和d2.getId().substring(1)）是一个可以解析为整数的部分。这两个整数通过Integer.compare方法进行比较，确保ID数值较小的设备排在前面。

inputHandle（输入处理类 ）

• 作用：处理用户输入的连接信息和控制命令。
• 方法：
  input()：读取用户输入，调用 PinandDevice 的方法处理连接信息和控制命令。

主类 Main

• 作用：程序入口，创建 inputHandle 对象处理用户输入，创建 PinandDevice 对象更新设备电压并打印设备状态。

3.第六次大作业

概括：这次是家居强电电路模拟程序的第二次迭代。第一次迭代只有一条串联电路，此次迭代增加了并联电路，就是串联电路上接了并联电路。受控设备增加了落地扇。

家居强电电路模拟程序-2

类图

顺序图

设计分析

此次难度大大加大，第一次迭代我是通过引脚来更新电压，由于此次引脚外接多个引脚，通过引脚来更新设备状态不可取（纵使通过输入引脚可获得设备输入电压，但是输出电压我们不知道，无法计算出电势差）。我花了足足一个上午的时间，才想到了思路。

先从总电路着手，我把并联电路看成受控设备接在总电路上。由于总电路是一条串联电路，把这一天单独拿出来处理就简单很多了。首先计算出总电路的电阻，然后计算出总电路电流，得到电流后，按顺序处理总电路上的设备。遍历总电路上的每个设备，用电流乘上对应电阻得到设备电压后，更新设备状态。由于我将并联电路看出来一个设备，故可得到并联电路上的电压。将并联电路上的子电路看出一天天串联电路，保存在List集合中，跟总电路处理逻辑一样，从list集合中拿出每条串联电路进行处理。这样操作之后，就更新了电路上每个设备状态。最后，按设备id顺序输出所有设备的状态或参数。

写完之后想想，真妙啊！这设计得就一个字：妙（我都想自己夸自己了😀）写了这么多次大作业，我发现设计是最重要的一环，代码编写是次要的。好的设计，代码写起来就有思路了，写起来就很快。

代码分析：

Device (抽象父类 )

• 功能：
  定义了所有设备的公共属性和方法，如设备标识、输入电压、输出电压等。
• 属性：

id：设备的唯一标识符。

inputVoltage：输入电压。

outputVoltage：输出电压。

resistance：电阻。

• 方法：

updateOutputVoltage()：抽象方法，由子类实现具体的更新输出电压的逻辑。

getOutputVoltage()：获取输出电压。

getId()：获取设备标识。

setInputVoltage(double inputVoltage)：设置输入电压。

注：定义基类Device：
包含设备标识（id）、输入电压（inputVoltage）、输出电压（outputVoltage）和电阻（resistance）等属性。
提供了构造方法、更新输出电压的抽象方法（由子类实现）、获取输出电压和设备标识的方法，以及设置输入电压的方法。

控制设备 (继承Device 类 )

Switch：开关设备，可以切换状态（开/关）。

• 属性：state，表示开关状态（0为打开，1为关闭）。
• 方法：

updateOutputVoltage()：根据开关状态更新输出电压。

control(String command)：处理控制命令，切换开关状态。

toString()：返回设备状态的字符串表示。

GearSpeedRegulator：分档调速器，可以调节档位。

• 属性：gear，表示档位（0-3）。
• 方法：

updateOutputVoltage()：根据档位更新输出电压。

control(String command)：处理控制命令，调整档位。

toString()：返回设备状态的字符串表示。

ContinuousSpeedRegulator：连续调速器，可以调节连续档位。

• 属性：Gearposition，表示档位（0.00-1.00）。
• 方法：

updateOutputVoltage()：根据档位更新输出电压。

control(String command)：处理控制命令，调整档位。

toString()：返回设备状态的字符串表示。

受控设备 (继承Device 类 )

IncandescentLamp：白炽灯，可以根据电压差调节亮度。

• 属性：brightness，表示亮度（0-200lux）。
• 方法：
  updateOutputVoltage()：根据电压差更新亮度。
  toString()：返回设备状态的字符串表示。

FluorescentLight：日光灯，可以根据电压差调节亮度。

• 属性：brightness，表示亮度（0或180lux）。
• 方法：
  updateOutputVoltage()：根据电压差更新亮度。
  toString()：返回设备状态的字符串表示。

CeilingFan：吊扇，可以根据电压差调节转速。

• 属性：speed，表示转速（0-360转/分钟）。
• 方法：
  updateOutputVoltage()：根据电压差更新转速。
  toString()：返回设备状态的字符串表示。

FloorFan：落地扇，可以根据电压差调节转速。

• 属性：speed，表示转速（0-360转/分钟）。
• 方法：
  updateVoltage()：根据电压差更新转速。
  toString()：返回设备状态的字符串表示。

电路管理类

SeriesCircuit：串联电路类，管理串联电路中的设备。

• 属性：

id：串联电路的唯一标识符。

resistance：串联电路的总电阻。

connections：存储设备连接关系的 Map。

devices：存储串联电路中的设备的 Map。

current：流经串联电路的电流。

inputVoltage：输入电压。

outputVoltage：输出电压。

• 方法：

setInputVoltage(double inputVoltage)：设置输入电压。

total_resistance()：计算串联电路的总电阻。

getResistance()：获取总电阻。

setCurrent(double current)：设置电流。

getCurrent()：获取电流。

getConnections()：获取连接关系。

getDevices()：获取设备。

ParallelCircuit：并联电路类，管理并联电路中的设备。

• 属性：
  circuits：存储并联电路中的串联电路的 List。
• 方法：

total_resistance()：计算并联电路的总电阻。

getCircuits()：获取串联电路。

updateVoltage()：更新并联电路中的设备状态。

PinandDevice（设备管理类 ）

• 作用：管理所有设备及其连接关系，处理控制命令，更新设备电压，打印设备状态。
• 属性：

SeriesCircuitsheet：存储所有串联电路的 Map。

ParallelCircuitsheet：存储所有并联电路的 Map。

ALLdevices：存储所有设备的 Map。

• 方法：

processConnection_S(String line)：处理串联电路的连接信息。

processConnection_p(String line)：处理并联电路的连接信息。

createDevice(String deviceId, Map<String, Device> devices)：根据设备标识创建相应类型的设备。

processControlCommand(String line)：处理控制命令，调用相应设备的 control 方法。

Update_circuit_resistance()：更新电路的电阻和电流。

printDeviceStatus()：按类型顺序打印所有设备的状态。

getTypeOrder(Device device)：获取设备类型的顺序，用于排序。

注：此部分代码是主要部分，我将对逻辑处理思路进行分析
SeriesCircuitsheet：存储所有串联电路对象的 Map。
ParallelCircuitsheet：存储所有并联电路对象的 Map。
ALLdevices：存储所有设备对象的 Map。

private Map<String,SeriesCircuit> SeriesCircuitsheet = new LinkedHashMap<>();//存储串联电路对象集合
private Map<String,ParallelCircuit> ParallelCircuitsheet = new LinkedHashMap<>();//存储并联电路对象集合
private Map<String, Device> ALLdevices = new LinkedHashMap<>();//电路中所有设备对象

• 在processConnection_p方法中，处理并联电路的连接信息，将串联电路对象添加到并联电路中，使用List集合接口存储串联电路对象private List<SeriesCircuit> circuits = new LinkedList<>();//并联电路中存储了串联电路#M1[T1 T2]
• 在Update_circuit_resistance()中更新电路的电阻和电流。首先遍历所有并联电路对象，total_resistance 方法计算每个并联电路的总电阻，然后使用 List 进行倒序遍历 SeriesCircuitsheet，再然后调用updateVoltage方法更新每个设备的输出电压。根据输入电压和总电阻计算总电路电流。最后调用printDeviceStatus()根据总电路电流和设备电阻更新每个设备的电压和状态。
• 短路与断路处理：
  使用-1表示电阻无穷大，代表电路断开断路。如果算得并联电路电压为0，则表示短路。在并联电路中，用电压为0处理每一个设备，得到的自然就是未工作状态

if(circuit.total_resistance()!=0) {
   if(circuit.total_resistance()==-1)
         continue;

inputHandle（输入处理类）

• 作用：处理用户输入的连接信息和控制命令。
• 方法：
  input()：读取用户输入，调用 PinandDevice 的方法处理连接信息和控制命令。

主类 Main

• 作用：程序入口，创建 inputHandle 对象处理用户输入，创建 PinandDevice 对象更新设备电压并打印设备状态。
• 方法：
  main(String[] args)：程序主方法。

三、采坑心得

1.写答题判题程序最后一次迭代时，未注意到题目要求使用到继承。由于未注意到此要求，我最开始没有用到继承。我将代码提交到pta后，最后几个测试点实在改不出来就放弃了。后来，经同学提醒，此次大作业要使用到继承，没用到继承，一律0分。我晕，pta是以提交的最高分那份代码为最终代码，这么说来，不光要修改代码，我还得提高自己的分数来更新最终代码。于是，我开始调啊调啊，最后几个测试点就是找不出来。无奈，我上博客园搜别人写得大作业总结，企图找到有人跟我一样，卡在那几个测试点上。功夫不负有心人，火眼金睛的我终于找到了！按他的解决方法，一直没过测试点终于过了。避免了0分的悲剧。哎~下次写之前我一定要好好看清楚要求。

2.在写家居强电电路模拟程序-1中，我是以引脚来更新设备状态的，设备的输出引脚接下一个设备的输入引脚。以上一个设备输出引脚的输出电平作为设备的输入电压。由于第一次迭代只有一条电路，电路上只有控制与受控设备。设计的时候，我想，改变电压的设备不可能接GND，受控设备就只能接GND了。这就导致了我有几个测试点一直没过（开关也有可能接GND），这么说，你可能还理解不了，下面这个例子可以说明：

把开关接GND后，由于我默认受控设备接GND(默认输出电压为0)，按照我的设计思路，D2引脚接了VCC，那么输入电压为220v，这样在D2上算出来的工作电压为220v,工作状态自然就为满幅输出了

作业截至的时候，不知不觉才发现开关也有可能接GND啊。悔不当初啊！要是早想到就好了，这样就可以拿到满分了/(ㄒoㄒ)/~~悲剧啊！

3.家居强电电路模拟程序-2主要就是设计问题。设计好了，就简单许多。开始最初我想延续第一次的思路，可是发现不行。因为设备的输出引脚可能接多个输入引脚（这次考虑并联），这样就不好处理了。于是，我花了差不多三个小时设计思路，草稿本上画了又画，还是老师上课的时候就此题提了一嘴，可以通过计算电流或者采用分压法来获得设备的工作电压。我采用了前者，通过电流，就算出电压。

此次大作业，我犯了一个致命错误，话不多说，直接看代码。

在case'A'分支中，我竟然未加break语句！导致了代码继续执行 case 'M' 分支的代码，结果就是设备对象被覆盖，原本在 case 'A' 分支中创建的 FloorFan 对象会被 case 'M'中 ParallelCircuitsheet.get(deviceId) 返回的对象覆盖，简而言之就是设备A未创建，设备A的实例为空！编译是没任何问题的，我怀着自信提交代码，本以为可以拿到较高分数，没想到，只有6分！6分啊！其余测试点全是非零返回。由于此次测试点没有提示，我一直找不到哪里出现错误。也怪我自己，在测试代码的时候，没有在测试样例中加上设备A。故事的最后，感谢同学送来的堪称神之一手的测试样例，他的测试样例包含了设备A。我将他的样例一输入，代码里面就报错，设备A实例为null,为创建。经过调试，才找到这个致命问题。感谢同学！感谢上天！

四、改进建议

1.家居强电电路模拟程序-1
类命名和职责：
重命名 PinandDevice 类为更直观的名称，如 CircuitManager。
考虑将连接处理、控制命令处理和电压更新等功能拆分为独立的类或模块。
连接处理：
改进 processConnection 方法，确保正确处理所有引脚连接，并考虑 GND 引脚。
使用更灵活的数据结构来存储连接关系，如 Map<String, List>。
控制命令处理：
考虑使用命令模式或策略模式来处理不同类型的控制命令。
在 Device 类中添加一个方法来检查设备是否支持特定的控制命令。
电压更新：
考虑使用更复杂的电路模拟算法来更新电压，特别是在处理复杂电路时。
错误处理：
添加错误处理逻辑，如解析连接信息时的异常处理。

2..这三次大作业使用到了大量的正则表达式匹配，有的复杂一点的匹配算法是借助ai完成的，运用正则表达式并不熟练。在课后，需要去更多的了解有关正则的方式匹配。

3.我发现我的代码重复性太高，一段代码，多次出现，代码冗余严重。在今后的大作业中应避免该问题，减少代码冗余并提高代码复用性，通过使用设备工厂类和提取公共逻辑，让代码变得更加简洁和易于维护。同时，增加异常处理和日志记录，提高了代码的健壮性和可调试性。

五、总结

这三次大作业写完，我发现会写代码不是主要的，会设计才是重要的一环（当然，这是本人的看法）。良好的 Java 设计不仅仅是编写功能正确的代码，更重要的是确保代码的可维护性、可读性、可重用性、性能、安全性和可扩展性。仅有编写代码的能力是不够的。设计在Java开发中同样至关重要。就比如这次的家居强电电路模拟程序-2，设计好了，你才知道怎么下手去写。没设计好，就开始写，纵使写到最后，也是一包渣。写家居强电电路模拟程序-2的时候，我花了大量时间去设计，去构思该如何去写，要设计成怎么的电路，处理控制设备的命令后要怎么去更新受控设备的电压及状态。这些时间花掉是值得的，代码第一次提交就拿到了91分（不考虑上述我犯的致命错误）。总而言之，设计至关重要，一个良好的设计能够使系统更加清晰、易于维护，并且能够更好地适应未来的变化。

这三次大作业都使用到了继承与多态。可见其重要性。综合以前几次大作业，java的三个重要思想：封装，继承，多态也算是都深入了解并使用到了。通过使用继承与多态这两个面向对象编程的核心概念，代码复用大大提高了。继承允许我们创建一个新的类（子类）来继承一个已存在的类（父类）的属性和方法。这样，子类就可以复用父类的代码，避免了重复编写相同的代码，提高了开发效率。多态性允许我们使用父类类型的引用来指向子类对象。这样，我们可以在运行时动态地决定调用哪个类的方法，实现了接口的多种不同表现形式或行为。多态性增强了程序的灵活性和可扩展性。

学习到了抽象类和接口的使用，抽象类是用关键字abstract修饰的类，它不能被实例化。抽象类中可以包含抽象方法（没有方法体的方法，用abstract修饰），通过子类重写抽象方法，从而达到多态，提高代码的灵活性。接口通常用于定义一组相关的行为或功能，这些行为或功能可以由不同的类来实现。在家居强电电路模拟程序中我定义了处理控制命令接口。接口中有void control(String command)方法。通过三个控制设备实现接口，重写接口中方法，从而达到多态，提高代码的灵活性。总而言之，抽象类和接口在Java编程中都具有重要的作用，它们各自具有独特的特性和使用场景。