题目集 5~7 总结性博客

一、前言
题目集 5 至 7 涵盖了丰富的知识点，包括面向对象编程中的类设计、正则表达式的应用以及复杂的算法逻辑（如单部电梯调度）。题量上，每次题目集均包含多道题目，难度呈梯度上升。题目集 5 侧重基础，如正则表达式校验（如验证码、QQ 号校验）；题目集 6 引入复杂逻辑，单部电梯调度问题需综合考虑请求队列管理、电梯运行方向与状态控制；题目集 7 进一步深化类设计，如汽车风挡玻璃雨刷问题、平面直角坐标系点与线的类设计等。这些题目集不仅检验对知识点的掌握，还锻炼了逻辑思维与代码实现能力。以下分析以电梯为例。
二、设计与分析
题目集5未要求类设计，代码设计如下：
1.Main 类 - main 方法：先读取最小楼层 minfloor 和最大楼层 maxfloor，然后循环读取输入，通过正则表达式 reg1（<\d+,(UP|DOWN)>，匹配外请求）和 reg2（<\d+>，匹配内请求）验证输入格式，同时检查请求楼层是否在 [minfloor, maxfloor] 范围内，合法的存入 require 列表，直到读取到 end 结束输入。接着设置电梯的最大、最小楼层及请求列表 require，调用 isInnerOrOuter 区分内外请求，分别存入 InnerQueue（内请求）和 OuterQueue（外请求），再调用 elevator.action() 启动电梯调度逻辑。
2. Elevator 类 - isInnerOrOuter 方法：遍历 require 列表，根据字符串是否包含逗号区分内外请求：含逗号的（外请求）加入 OuterQueue，不含逗号的（内请求）加入 InnerQueue。
3. Elevator 类 - action 方法：初始化当前楼层 floorNow = 1，然后在 InnerQueue 或 OuterQueue 不为空时持续循环。当内外队列均非空时，先处理同楼层请求的情况，若方向为 IDLE 则根据楼层与当前楼层关系设方向，处理后移除两个队列的首个元素；若方向为 IDLE，还需判断内外请求是否在当前楼层同一侧（同大于或同小于 floorNow），同一侧时比较内外请求与当前楼层距离来优先处理，不同侧也优先处理距离近的请求；若方向为 UP 或 DOWN，则分别按对应方向的规则处理请求（如外请求楼层符合方向且位置合适则优先处理外请求，否则处理内请求或设方向为 IDLE）。当仅外队列空时处理内队列首个请求，仅内队列空时处理外队列首个请求。最后调用 printOutput 输出结果。
4. Elevator 类 - elevatorAction 方法：根据方向 UP 或 DOWN 循环记录楼层状态，最后添加开门、关门操作的输出。printOutput 方法遍历 output 列表，按规则输出（最后一条记录不换行，其余换行）。整个代码通过输入验证、内外队列区分、复杂的条件判断实现电梯调度，action 方法虽覆盖多种调度场景（如同楼层请求、方向切换、内外队列优先级），但多层 if - else 嵌套导致逻辑复杂，可读性与维护性较差，测试时需覆盖不同请求顺序、方向组合等场景以确保调度逻辑正确。
5.Elevator 类 - printOutput 方法： 遍历 output 列表，按规则输出（最后一条记录不换行，其余换行）。
题目集6，类图设计如下：

1. Elevator 类
   Elevator 类用于表示电梯实体并管理其状态与属性。该类包含 currentFloor 表示当前楼层、direction 表示运行方向（取值如 IDLE、UP、DOWN）、state 表示状态（如 STOPPED、MOVING ，代码中状态切换体现不完全），以及 maxFloor 和 minFloor 表示电梯运行的最大和最小楼层等属性。其方法包括构造函数 Elevator (int minFloor, int maxFloor) 用于初始化电梯，默认当前楼层为 1，方向为 IDLE，状态为 STOPPED；一系列 getter/setter 方法用于获取或设置电梯属性；isValidFloor (int floor) 方法用于检查楼层是否在 [minFloor, maxFloor] 范围内；floor (String str) 方法用于从输入字符串（如 < 3 > 或 < 4,UP>）中解析楼层值。
2. ExternalRequest 类
   ExternalRequest 类的职责是表示外部请求，如楼层外的呼叫。该类拥有两个属性，分别是 floor 表示请求的楼层，direction 表示请求的方向（取值如 UP、DOWN）。其方法包括构造函数 ExternalRequest (Integer floor, String direction)，用于初始化请求；还有获取楼层的 getFloor 方法和获取方向的 getDirection 方法；并且重写了 equals 和 hashCode 方法，以此保证相同楼层和方向的请求会被视为同一个请求。
3. RequestQueue 类
   RequestManager 类的职责是管理电梯的内外部请求队列。该类具有两个属性，internalRequests 表示内部请求队列，其为用户在电梯内选择的楼层列表；externalRequests 表示外部请求队列，是楼层外呼叫的 ExternalRequest 对象列表。其方法包含 addInternalRequest (int floor)，用于添加内部请求，并且不会重复添加相同楼层；addExternalRequest (int floor, String direction) 用于添加外部请求，同样不会重复添加相同的请求；还有一系列 getter/setter 方法，例如 getInternalRequests 用于获取内部请求队列、setExternalRequests 用于设置外部请求队列，以此来实现对电梯内外部请求队列的获取和设置操作。
4. Controller 类
   ElevatorController 类的职责是控制电梯运行并处理请求队列。该类有两个属性，elevator 是关联的电梯对象，queue 是请求队列对象。其核心方法包括：processRequests () 作为主逻辑，会循环处理内外部请求，依据电梯当前方向和请求楼层来决定移动路径，进而调用 move 方法模拟电梯移动；move (int startfloor, int endfloor, String direction, ArrayList output) 会按照方向（UP 或 DOWN）更新楼层，记录移动日志，同时调用 openDoors 方法处理开门和关门操作；openDoors (ArrayList output, int endfloor) 用于添加开门（Open Door # Floor % d）和关门（Close Door）的日志；removeRequest (int innerFloor, ExternalRequest outerReq) 可从队列中移除已处理的内部或外部请求；printOutput (ArrayList output) 用于打印最终的电梯运行日志。
5. Main 类
   Main 类作为程序入口，负责处理输入并初始化系统。其逻辑为：首先读取 minfloor 和 maxfloor 的值，依据这些值创建 Elevator 对象和 RequestQueue 对象；接着进入循环读取输入内容，将输入解析为内部或外部请求，并添加到对应的请求队列中，当输入 “end” 时，循环结束；最后创建 Controller 对象，并调用其 processRequests () 方法来启动电梯控制逻辑。

三、采坑心得
在源码提交过程中，遭遇了若干问题，以下从数据、类设计结构、流程图及测试结果等方面展开总结：

• 类设计结构问题：Controller 类中的 processRequests 方法逻辑过于复杂，从 Metrics Details 可见，类似 Elevator.action() 方法复杂度高达 37，这使得代码可读性与维护性极差。例如，在处理内外部请求混合的场景时，方向判断与楼层移动逻辑交织，导致调试困难。
• 请求处理逻辑缺陷：RequestQueue 的请求去重机制不够完善。测试中发现，重复添加相同内部或外部请求时，未做有效过滤，如连续添加楼层 3 的内部请求，代码未进行去重处理，影响电梯运行效率与逻辑正确性。
• 复杂场景处理混乱：当内外请求同时存在且方向冲突时，电梯运行逻辑出错。如输入内部请求 3，外部请求 2（方向 DOWN），电梯方向判断失误，未按合理逻辑运行。分析类图与流程图可知，Controller 类在协调 Elevator 与 RequestQueue 时，复杂场景下的协作逻辑不够清晰，导致决策失误。
（4）改进建议
• 方法拆分与简化：将 Controller 中 processRequests 方法拆分为多个小方法，如 determineDirection（方向判断）、moveElevator（移动逻辑）等，降低方法复杂度，提升可读性。参考类图，可在 Elevator 类中增加更多状态处理方法，如 updateState 专门处理状态转换。
• 优化请求队列：RequestQueue 内部使用 HashSet 替代 LinkedList 处理请求，确保请求唯一性，避免重复处理。例如，添加内部请求时，通过 HashSet 的特性自动去重，提升代码效率与健壮性。
• 增强日志与调试：在关键逻辑点（如方向改变、楼层移动）添加日志输出，便于追踪问题。例如，在 move 方法中记录详细的移动轨迹，为后续调试与功能扩展提供便利，实现代码的可持续改进。
五、总结
学习收获：通过三次题目集的实践，对面向对象设计的理解从理论层面深化到工程实践。以电梯调度为例，通过Elevator类封装电梯状态（当前楼层、运行方向、有效楼层范围）与基础操作（楼层校验、状态更新），Controller类专注于调度逻辑，体现了 “单一职责原则”，避免代码臃肿。在题目集 7 的汽车雨刷系统设计中，尝试通过继承实现不同雨刷模式（如低速、高速、间歇模式），利用多态统一处理雨刷动作，初步掌握了抽象类与接口的实际应用。正则表达式的学习则在题目集 5 的输入校验中得到充分锻炼，例如 QQ 号校验通过正则表达式^[1]\d{4,14}$精准匹配 5-15 位数字且不以 0 开头的规则，学会了通过边界值测试（如刚好 5 位、15 位的输入）确保校验逻辑的严谨性。最具挑战性的电梯调度问题中，通过设计内外请求队列、实现顺向优先调度策略，深入理解了复杂算法的分层实现 —— 从请求解析（字符串处理与合法性过滤）到核心调度（方向决策与路径规划），再到日志生成（严格遵循输出格式），每一步都需要逻辑的严密性与代码的模块化。
需加强部分：尽管完成了题目要求，但在算法优化与复杂类设计上仍有明显提升空间。电梯调度中，当前的请求处理逻辑采用基础的顺序遍历队列，在大量请求场景下效率较低，未来可探索使用优先级队列（如根据距离当前楼层的远近排序）或引入经典调度算法（如 SCAN 算法）来减少电梯空驶时间，提升代码效率。在题目集 7 的雨刷系统设计中，初期对类属性的抽象不够精准，例如将雨刷的 “摆动频率” 与 “工作状态” 混杂在同一个类中，导致方法逻辑冗余，后期通过拆分WiperMode枚举类（定义不同工作模式）和WiperController类（管理状态切换）才逐步理清结构。这表明在面对复杂业务场景时，需要更深入地分析对象的职责边界，避免属性与方法的过度耦合，提升类设计的抽象能力。
对课程建议：增加代码规范示例，讲解优秀代码结构。实验课增加互动环节，针对常见错误集中讲解。提供更多拓展学习资源，如设计模式在实际项目中的应用案例，助力深入理解面向对象编程。
通过这三次题目集，不仅巩固了编程知识，更锻炼了分析与解决复杂问题的能力。未来将继续加强实践，提升代码质量与逻辑思维能力。

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1. 1-9 ↩︎