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前言

在过去的学习阶段，我经历了一个逐步深入的编程训练过程。这些题目涵盖了答题判题模拟、电路设备模拟以及多设备组合模拟等多个方面。每个题目都逐步增加了复杂性和难度，从基本的设备状态管理到复杂电路的模拟与计算。

（1）答题判断程序-4

题目： 设计实现答题程序，模拟一个小型的测试，要求输入题目信息、试卷信息、答题信息、学生信息、删除题目信息，根据输入题目信息中的标准答案判断答题的结果。

知识点总结：
1.对于继承和多态的使用。
2.对于不同格式的输入输出的拆分以及分类封装。
3.异常处理的正确使用。
4.对处理输入时的有序记录。
题量： 本次迭代新增两种题型，选择题和填空题

难度： 本次题目要使用到继承和多类，对多态的了解学习花费了时间，在原有代码上迭代上新题型具有难度。

（2）家居强电电路模拟程序-1只是简单的设计一个串联电路，问题设计并不困难。

题目： 模拟电路设备，包括灯和风扇，要求根据电压差模拟设备的工作状态。

新知识点：

1. 设计多个类（如A，F，K）并理解它们之间的协作关系。通过类与类之间的交互，模拟现实中的电路连接。
2. 学习如何通过电压差来计算设备的状态，比如灯的亮度和风扇的转速。

题量： 对各个类的设计和整体电路的设计

难度： 家居强电电路模拟程序-1只是简单的设计一个串联电路，问题设计并不困难。

（3）综合设备管理程序-3

题目： 模拟复杂电路，涉及串联和并联电路的模拟，需要处理电阻、电压分布和设备状态的综合管理。

新知识点：

复杂电路的模拟，学习如何模拟复杂的电路结构，包括串联和并联电路的组合，理解电阻、电压和电流的关系。
题量：
1.允许用户输入任意数量的设备和连接信息，程序的适应性和灵活性更高。
2.并且可以随意调整输入的顺序，这直接影响到对设备的解析和输出结果的顺序，使得整合设备的过程更加复杂。
3.对电路的处理变得更加困难，要考虑的情况变多
难度： 比起家居强电电路模拟程序-1，新迭代了并联电路，远远加大了难度。

设计与分析

（1）答题判题程序-4

类图：

在这个程序中，我们设计了几个核心类来模拟控制设备的行为。以下是主要类的分析：

1. Main 类

• 职责：作为程序的入口点，负责读取输入、解析输入、处理测试试卷和提交的答卷。
• 静态集合：存储题目、试卷、学生和提交的答卷。
  方法：
  main：程序的主入口，读取输入直到遇到 "end"。
  parseInput：根据输入的类型，调用不同的解析方法。
  processTestPapers：检查每张试卷的总分是否为100分，如果不是，则输出警告。
  processSubmissions：对每个提交的答卷进行评分。

2. Question 类

• 职责：表示一个题目，包含题目的ID、内容和标准答案。
  方法：
  evaluateAnswer：评估学生的答案是否正确。
  MultiChoiceQuestion 类
  职责：表示一个多项选择题，继承自 Question 类。
  属性：包含所有正确的答案。
  方法：
  evaluateAnswer：评估学生的答案是否包含所有正确的选项且没有错误选项。
  calculateScore：根据学生的答案计算分数。

3. FillInTheBlankQuestion 类

• 职责：表示一个填空题，继承自 Question 类。
  方法：
  evaluateAnswer：评估学生的答案是否与标准答案完全匹配或部分匹配。
  calculateScore：根据学生的答案计算分数。

4. TestPaper 类

• 职责：表示一张试卷，包含多个题目和对应的分值。
  方法：
  addQuestion：添加一个题目及其分值到试卷中。
  getTotalScore：计算试卷的总分。
  getId：返回试卷的ID。

5. Student 类

• 职责：表示一个学生，包含学生的ID和姓名。

6. Submission 类

• 职责：表示一个学生的答卷，包含学生的ID、试卷ID和对应题目的答案。
  方法：
  addAnswer：添加一个题目的答案到答卷中。
  evaluate：评估答卷上的每个答案，并计算总分。

（2）家居强电电路模拟程序-1

类图：

抽象基类 Device
属性：
id：设备的标识符。
inputVoltage：设备的输入电压，默认为0。
方法：
构造函数：初始化设备ID。
getStatus：抽象方法，用于获取设备的状态。
getId：返回设备的ID。
connectPin：连接设备的引脚（默认实现为空）。
toggle：切换设备状态（默认实现为空）。
stepUp：增加设备的一个状态级别（默认实现为空）。
stepDown：减少设备的一个状态级别（默认实现为空）。
set：设置设备的输入电压。
getInputVoltage：获取设备的输入电压。
具体设备子类
K 类（开关）：

属性：isClosed 表示开关是否关闭。
方法：toggle 切换开关状态，set 根据开关状态传递电压。
F 类（分档调速器）：

属性：level 表示分档调速器的级别。
方法：stepUp 和 stepDown 调整级别，set 根据级别传递电压。
L 类（连续调速器）：

属性：level 表示连续调速器的级别。
方法：setdang 设置级别，set 根据级别传递电压。
B 类（白炽灯）：

属性：brightness 表示白炽灯的亮度。
方法：set 根据输入电压设置白炽灯亮度。
R 类（日光灯）：

属性：isOn 表示日光灯是否开启。
方法：set 根据输入电压开启或关闭电阻。
D 类（电扇）：

属性：speed 表示电扇的速度。
方法：set 根据输入电压设置电扇速度。
Main 类
属性：
voltage：静态变量，表示电源电压。
方法：
main：程序入口，读取输入并处理设备状态。
createDevice：根据设备ID创建具体的设备实例。
parseConnectionInfo：解析连接信息，创建并连接设备。
applyControlInfo：应用控制信息，如开关操作。
printDeviceStatus：打印所有设备的状态。

（3）家居强电电路模拟程序-2

类图：

在这个程序中，我们需要处理更复杂的电路结构，包括串联和并联电路。以下是主要类的分析：

抽象基类 Device
属性：
id：设备的标识符。
inputVoltage：设备的输入电压。
resistance：设备的电阻值。
hasVoltage：表示设备是否带有电压。
方法：
构造函数：初始化设备ID。
getStatus：抽象方法，用于获取设备的状态。
getId：返回设备的ID。
connectPin：连接设备的引脚（默认实现为空）。
toggle：切换设备状态（默认实现为空）。
stepUp：增加设备的一个状态级别（默认实现为空）。
stepDown：减少设备的一个状态级别（默认实现为空）。
set：设置设备的输入电压。
getInputVoltage：获取设备的输入电压。
getResistance：获取设备的电阻值。
getTotalResistance：获取设备的总电阻值（默认实现返回电阻值）。
电路结构类
SeriesCircuit 类（串联电路）：

属性：devices 存储串联的设备列表。
方法： addDevice 添加设备到串联电路，getStatus 获取电路状态，set 设置电路电压，getTotalResistance 计算总电阻，checkForOpenCircuit 检查电路是否开路。
ParallelCircuit 类（并联电路）：

属性：devices 存储并联的设备列表，equivalentResistance 等效电阻值。
方法： addDevice 添加设备到并联电路，getStatus 获取电路状态，set 设置电路电压，calculateEquivalentResistance 计算等效电阻，getTotalResistance 获取等效电阻值。
具体设备子类
Switch 类（开关）：

属性：isClosed 表示开关是否关闭，connectedDevice 连接的设备。
方法： getResistance 返回电阻值（开关关闭时为0），getStatus 获取开关状态，toggle 切换开关状态，set 设置开关电压并传递给连接的设备。
Dimmer 类（分档调速器）：

属性：level 表示分档调速器的级别，connectedDevice 连接的设备。
方法： getResistance 返回电阻值（调光器为0），getStatus 获取调光器状态，stepUp 和 stepDown 调整级别，set 设置调光器电压并更新连接的设备。
Lamp 类（日光灯）：

属性：level 表示日光灯的亮度级别，connectedDevice 连接的设备。
方法： getResistance 返回电阻值（灯泡为0），getStatus 获取灯泡状态，setLevel 设置亮度级别，set 设置灯泡电压并更新连接的设备。
Bulb 类（白炽灯）：

属性：brightness 表示白炽灯的亮度。
方法： getResistance 返回电阻值，getStatus 获取灯泡状态，set 根据输入电压设置灯泡亮度。
Resistor 类（连续调速器）：

属性：isOn 表示连续调速器是否开启。
方法： getResistance 返回电阻值，getStatus 获取连续调速器状态，set 根据输入电压设置连续调速器状态。
MotorD 类和 MotorA 类（电扇）：

属性：speed 表示电扇的速度。
方法：getResistance 返回电扇值，getStatus 获取电扇状态，set 根据输入电压设置电扇速度。
Main 类
属性：
voltage：静态变量，表示电源电压。
方法：
main：程序入口，读取输入并处理设备状态。
createDevice：根据设备ID创建具体的设备实例。
parseConnectionInfo：解析连接信息，创建并连接设备。
applyControlInfo：应用控制信息，如开关操作。
printDeviceStatus：打印所有设备的状态。

采坑心得

在源码提交过程中，我们遇到了以下几个主要问题：

1. 关于电路的正确分析：

• 家居强电电路模拟程序-1中：没有考虑到一个电路中拥有多个开关的情况，只是错误的设置电路电压
  如：

点击查看代码

如：
for (Device device : sortedDevices) {
            if (device instanceof K || device instanceof F || device instanceof L) {
                device.set(Main.voltage);
                flag = true;
            }
正确代码：
        // 检查是否有任何 K 设备是打开的
        boolean isAnySwitchOpen = sortedDevices.stream().filter(device -> device instanceof K).anyMatch(device -> !((K) device).isClosed);
        // 根据开关的状态设置电压
        if (isAnySwitchOpen) {
            Main.voltage = 0;
        } else {
            Main.voltage = 220;
        }

设置一个boolean标识来判断电路是否有开关有打开的状态。 - 家居强电电路模拟程序-2中：关于对并联电路的具体分析。 1. 对于已经判断过的电器加以区分，在判断并联电路中的时候，如果出现的断路、短路的情况，可以先将问题电路中的电器赋予0的电压，从而避免在计算电路电阻时的错误。 改正代码： public boolean hasVoltage = false; // 新的标志，用于指示电压分配 在类的设置上添加，可以作为标识。 2. 只考虑了短路、断路的特殊情况，主电路总电阻的计算没有整合并行电路的等效电阻。 修复代码:

点击查看代码

double parallelResistanceSum = 0;
for (Device device : devices.values()) {
    if (device instanceof ParallelCircuit) {
        ParallelCircuit parallelCircuit = (ParallelCircuit) device;
        parallelResistanceSum += 1.0 / parallelCircuit.getTotalResistance(); // Accumulate reciprocals
    }
}
if (parallelResistanceSum > 0) {
    totalResistance += 1.0 / parallelResistanceSum; // Add equivalent resistance
}

3. 在ParallelCircuit中，calculateEquivalentResistance方法未处理空的或无效的devices集合情况，可能导致1.0 / reciprocalSum抛出ArithmeticException（除以零）。
   修复代码:

点击查看代码

public void calculateEquivalentResistance() {
    double reciprocalSum = 0;
    boolean hasShortCircuit = false;
    boolean allOpenCircuits = true;
    for (Device device : devices) {
        if (device instanceof SeriesCircuit) {
            SeriesCircuit seriesCircuit = (SeriesCircuit) device;
            if (seriesCircuit.checkForOpenCircuit()) {
                seriesCircuit.set(0); // Set voltage to 0 for open circuits
            } else {
                allOpenCircuits = false;
                double seriesResistance = seriesCircuit.getTotalResistance();
                if (seriesResistance == 0) {
                    hasShortCircuit = true;
                } else {
                    reciprocalSum += 1.0 / seriesResistance;
                }
            }
        }
    }
    if (hasShortCircuit) {
        equivalentResistance = 0;
    } else if (allOpenCircuits || reciprocalSum == 0) { 
        equivalentResistance = Double.POSITIVE_INFINITY;
    } else {
        equivalentResistance = 1.0 / reciprocalSum;
    }
}

代码结构和组织

• 代码结构清晰：代码分为多个类，每个类负责特定的功能，如Question、Student、TestPaper等。
• 输入解析逻辑集中：通过parseInput方法集中处理不同类型的输入，保持了主流程的简洁。
• 注释和文档：为类和方法添加注释，解释其功能和用法，尤其是在复杂的逻辑部分。
• 命名一致性：确保方法和变量的命名一致且有意义，以提高代码可读性。

面向对象设计

• 类的使用：使用类来封装不同的实体（如问题、学生、考试卷），符合面向对象设计原则。
• 多态性：不同类型的问题（选择题、填空题）通过继承实现多态行为。

改进建议：

• 封装：将类的字段设为私有，并通过getter和setter方法访问，保护数据完整性。
• 抽象和接口：考虑使用抽象类或接口来定义通用行为，增强代码的可扩展性。

功能和性能

• 功能完整：代码实现了从解析输入到评估提交的完整流程。
• 性能合理：使用合适的数据结构（如Map和List）来存储和管理数据。

改进建议：

• 消除重复代码：提取公共逻辑以减少代码重复，例如在解析不同类型问题时。
• 错误处理：加强输入验证和异常处理，以提高程序的鲁棒性。
• 优化输出：提供更详细和用户友好的输出信息，帮助用户理解程序状态。

总结

这次的家居强电电路模拟程序-2比较困难，无法将串联、并联的部分理清，导致了方法和类无法很好地串连起来，写地满烂。继承以及多态是面向对象编程中实现代码复用、提高代码灵活性、迭代和可维护性的重要工具，
应该多以学习利用。