OOP 7-8次题目总结

目录

• 一.前言
  • 家居强电电路模拟程序-3
    • 知识点
    • 题量评估
    • 难度评估
  • 家居强电电路模拟程序-4
    • 知识点总结
    • 题量
    • 难度
• 设计和分析
  • 家居强电电路模拟程序-3
  • 源码分析
  • 家居强电电路模拟程序-4
  • 源码分析
• 三.踩坑心得
  • 家居强电电路模拟程序-3
    • 类继承与抽象方法实现问题
    • 引脚连接逻辑错误
  • 家居强电电路模拟程序-3
    • 对踩坑的总结
• 4.改进建议
• 5.总结
• 6.学期总结

一.前言

家居强电电路模拟程序-3

知识点

1.面向对象编程：使用Java编写，需要定义多个类来表示不同的设备（开关、调速器、互斥开关、灯、风扇、窗帘等），以及它们之间的交互。
2.定义设备类（如Switch, SpeedController, ExclusiveSwitch, Light, Fan, Curtain等）。
3.设计类的属性和方法，如状态、引脚、设置状态、获取状态、计算输出电位等。
4.状态管理：设备需要有状态，如开关的0和1状态，调速器的档位，以及受控设备的亮度和转速等。
5.电路逻辑：理解电路中开关、调速器、互斥开关等设备如何影响受控设备的状态。
6.输入/输出处理：从用户输入中获取设备信息、引脚信息，并处理这些输入以更新设备状态。
7.电阻和电位计算：在模拟电路中，需要考虑电阻对电位的影响，以及如何通过调节设备来改变电位。
8.条件逻辑：根据设备的状态和输入条件，决定受控设备的行为（如灯的亮度、风扇的转速、窗帘的打开程度）。

题量评估

题目描述了一个相对复杂的模拟系统，包含多种不同类型的设备和复杂的电路逻辑。虽然具体的代码行数会因实现方式的不同而有所差异，但整体而言，编写这样一个系统需要编写相当数量的代码。这不仅仅包括定义类和方法，还包括处理输入、更新设备状态、计算电位和受控设备的行为等。

难度评估

本题难度适中偏难，主要难点在于：

复杂性：系统包含多种设备和复杂的电路逻辑，需要仔细理解和设计。
面向对象编程：需要熟练掌握Java的面向对象编程特性，如类、对象、继承、封装等。
条件逻辑：根据设备的状态和输入条件，决定受控设备的行为需要编写复杂的条件逻辑。
计算：在模拟电路中，需要考虑电阻对电位的影响，并计算受控设备的行为（如亮度、转速、窗帘打开程度）。
输入/输出处理：需要从用户输入中获取设备信息、引脚信息，并处理这些输入以更新设备状态。
调试：由于系统复杂性较高，调试过程中可能会遇到各种问题，需要耐心排查和解决。

家居强电电路模拟程序-4

知识点总结

本题涉及的知识点主要包括：

面向对象编程：通过定义不同的类（如Switch、MutuallyExclusiveSwitch、SpeedController等）来模拟不同的控制设备和受控设备。
类的继承与多态：可能涉及到类的继承关系，例如不同的调速器可以继承自一个共同的基类SpeedController。
属性与方法：每个类都需要定义相应的属性和方法来模拟设备的状态和行为。
条件判断与逻辑运算：在模拟设备行为时，需要进行条件判断和逻辑运算，例如开关的状态切换、调速器的档位调整等。
数学运算：在模拟电位差、亮度、转速等物理量时，需要进行数学运算。
数据结构与算法：可能需要使用数据结构（如数组、列表、映射等）来存储和管理设备信息，以及使用算法来计算设备的状态。
输入/输出处理：处理用户输入的设备信息和输出结果。

题量

本题描述了一个复杂的模拟系统，包括多种控制设备和受控设备，以及它们之间的交互逻辑。是一个综合性的编程任务，需要编写多个类和方法来实现，具体设计量和编程量较大。

难度

本题难度较大，主要体现在以下几个方面：

1.逻辑复杂性：需要模拟多种设备和它们之间的交互逻辑，包括开关状态、电位差计算、设备响应等。
2.数学运算：涉及电位差、亮度、转速等物理量的计算，需要准确实现相应的数学公式和算法。
3.面向对象编程：需要运用面向对象编程的思想和方法来设计和实现系统，包括类的定义、继承、多态等。
4.输入/输出处理：需要处理用户输入的设备信息，并输出设备的状态或响应结果。

设计和分析

家居强电电路模拟程序-3

点击查看题目

7-1 家居强电电路模拟程序-3
分数 100
作者 蔡轲
单位 南昌航空大学
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%

源码分析

对于上面这道题目，我们可以按照面向对象的设计原则，将每个设备都定义为一个类，并实现它们各自的功能。

设备基类

点击查看代码

public abstract class Device {  
    protected String id; // 设备标识符  
    protected List<Pin> pins; // 引脚列表  
  
    public abstract double calculateOutputVoltage(double inputVoltage);  
    
}

引脚类

点击查看代码

public class Pin {  
    private Device device; // 所属设备  
    private int number; // 引脚编号  
    private boolean isInput; // 是否为输入引脚  
   
}

开关类

点击查看代码

public class Switch extends Device {  
    private boolean state; // 开关状态  
  
  
    @Override  
    public double calculateOutputVoltage(double inputVoltage) {  
        // 根据开关状态计算输出电压  
        return state ? inputVoltage : 0;  
    }  
}

互斥开关类
互斥开关是特殊的开关，需要额外的逻辑来处理两个分支引脚。

点击查看代码

public class ExclusiveSwitch extends Device {  
    private Pin activePin; // 当前接通的引脚  
      
  
    public void setActivePin(Pin pin) {  
        // 逻辑来设置活动的引脚，并确保只有一个引脚是活动的   
    }  
  
    @Override  
    public double calculateOutputVoltage(double inputVoltage) {  
        // 根据活动的引脚计算输出电压  
      
    }  
}

调速器类
调速器可以根据档位或连续值来调整输出电压。

点击查看代码

public abstract class SpeedController extends Device {  
    // 档位或连续值的表示，根据具体实现有所不同  
    
  
    @Override  
    public abstract double calculateOutputVoltage(double inputVoltage);  
   
}  

受控设备类（如灯、风扇、窗帘）

这些类也继承自Device类，并实现它们特定的行为逻辑。

点击查看代码

public class Light extends Device {  
    
    @Override  
    public void updateStatus(double voltage) {  
        
    }  
  
    
}  
  
// 风扇类（Fan）和窗帘类（Curtain）的实现类似  

电路类

电路类负责管理所有设备和它们之间的连接关系，并处理输入和输出。

点击查看代码

public class Circuit {  
    private List<Device> devices; // 设备列表  
    
  
    public void addDevice(Device device) {  
        // 添加设备到电路中  
        // ...  
    }  
  
    public void connectPins(Pin pin1, Pin pin2) {  
       
    }  
  
    public void applyVoltage(Pin inputPin, double voltage) {  
       
        
    }  
  
   
}

主程序（Main）

主程序负责创建电路、添加设备、连接引脚、处理输入等。

点击查看代码

public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        Circuit circuit = new Circuit();  
          
        

家居强电电路模拟程序-4

点击查看题目

7-1 家居强电电路模拟程序-4
分数 100
作者 蔡轲
单位 南昌航空大学
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。
窗帘默认为关闭状态。
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

源码分析

在题目3的基础三增添了一些其他功能，由于我实在不会这道题目，并且我的代码和题目3的没有太大的区别，我在这里省去具体的源码分析。

三.踩坑心得

家居强电电路模拟程序-3

类继承与抽象方法实现问题

在继承抽象类Device时，如果忘记实现所有抽象方法，会导致编译错误。
此时出现了编译错误：Switch类没有实现Device类的抽象方法calculateOutputVoltage(double)

引脚连接逻辑错误

在Circuit类中实现引脚连接逻辑时，可能会出现连接错误或重复连接的情况。

逻辑错误：只有pin1认为它连接到了pin2，但pin2没有相应的连接信息。
解决方案：确保连接是双向的，或者使用更合适的数据结构来管理连接关系。

家居强电电路模拟程序-3

1.对于用户输入，确保进行充分的验证和过滤，以防止非法或无效的数据导致程序崩溃或产生不可预期的行为。
2.保证代码可读性：
编写清晰、简洁的代码。使用有意义的变量名、方法名和注释来解释代码的功能和目的。
遵循一致的代码风格和命名规范，以提高代码的可读性和可维护性
3.因为使用低效的算法和数据结构，所以需要去尽量优化代码的执行效率。
设计可扩展的代码结构，以便在未来添加新功能或修改现有功能时能够轻松地进行修改和扩展。

对踩坑的总结

在提交源码的过程中，我们应该确保遵循良好的编程实践，如编写清晰的代码、实现所有必要的抽象方法、正确管理

4.改进建议

我认为对于我上述的代码的一些改进建议中首要的是要确保代码的可读性、可维护性和可扩展性。具体来说，如下：

模块化设计：将代码划分为功能独立的模块，每个模块负责一个特定的功能或业务逻辑。这有助于降低代码的耦合度，提高内聚性，使得代码更易于理解和维护。
清晰的注释：在关键部分和复杂逻辑处添加注释，解释代码的作用、目的和可能的副作用。注释应该简洁明了，能够帮助其他开发者快速理解代码。
使用设计模式：在适当的地方使用设计模式，如工厂模式、单例模式、观察者模式等，以提高代码的可重用性和灵活性。
编写测试：为关键代码编写单元测试和集成测试，确保代码的正确性和稳定性。同时，测试也是文档的一种形式，能够帮助其他开发者理解代码的预期行为。
遵循命名规范：使用有意义的变量名、函数名和类名，遵循一致的命名规范，如驼峰命名法。这有助于提高代码的可读性。
综上所述，通过模块化设计、添加注释、使用设计模式、编写测试和遵循命名规范等改进措施，可以使得代码更加健壮、易于理解和维护。

5.总结

首先，代码设计强调了良好的继承结构和抽象方法的使用。在类继承过程中，确保子类正确实现了所有必需的抽象方法，这是面向对象编程中的一个重要原则。通过这一实践，我们能够保证代码的可扩展性和可维护性，同时也提高了代码的可读性和可重用性。

其次，代码设计还关注了资源的正确管理。无论是内存资源还是外部资源（如文件句柄、数据库连接等），都需要在代码中进行妥善的管理和释放。

再者，单元测试的重要性不容忽视。编写充分的单元测试能够确保代码的正确性，并在修改代码时提供快速的反馈。通过编写针对每个类和关键逻辑的单元测试，我们能够在提交代码之前发现潜在的问题，从而提高代码的质量。

综上所述，良好的代码设计、资源的正确管理、充分的单元测试是确保代码质量的关键要素。

6.学期总结

经过一学期的Java面向对象程序编程课程学习，我收获颇丰。首先，我深入理解了面向对象编程的核心概念，包括类、对象、封装、继承和多态。这些概念不仅构成了Java编程的基础，也为我打开了理解复杂软件系统的新视角。

在技能方面，我能够熟练运用Java语言进行面向对象编程。我能够定义类、创建对象、使用封装来隐藏类的内部状态、通过继承实现代码的复用、并利用多态实现程序的灵活性和可扩展性。同时，我还掌握了Java的常用集合框架，如ArrayList、HashMap等，它们大大增强了我的编程能力。

学习过程中，我深刻体会到了设计的重要性。一个优秀的软件设计不仅要考虑功能的实现，还要关注代码的可读性、可维护性和可扩展性。我学会了使用UML等工具进行软件设计，这使我能够更清晰地理解系统架构和模块之间的交互关系。同时，我也明白了设计模式的重要性，它们为我提供了解决常见设计问题的通用方案。

展望未来，我计划继续深化对Java面向对象编程的学习，并尝试将其应用到实际项目中。我期望能够熟练掌握Java的并发编程、网络编程和数据库编程等高级特性，以便更好地应对复杂系统的开发需求。同时，我也计划学习其他编程语言和技术，如Python、JavaScript和Spring框架等，以拓宽我的技术视野和提高我的竞争力。我相信通过不断学习和实践，我能够成为一名优秀的软件工程师。