JAVA第一次Blog作业
目录
前言
设计与分析
PTA第一次作业
PTA第二次作业
PTA第三次作业
踩坑心得
改进建议
总结
前言
本学期已经学习JAVA一个多月的时间，对比上学期所学习的C语言，JAVA更加方便和更好理解。最开始起步困难，想不出来从何入手JAVA程序，一直用C语言的思路来写JAVA程序，没有领悟到面对“对象”程序设计中对象的含义，依旧是面向过程进行整体的程序设计。现在略微掌握了JAVA的基本思路，期望经过之后的进一步学习，最后熟练掌握JAVA。
PTA的前三次作业在知识点上逐渐深入，逐步展现出面向对象的特性，每次作业的前面几个题目的难度都适中，最后一题的答题判题程序才是每次OOP作业的重难点，也因此它的得分很重。虽然两次次作业我都得了满分，但实际上我所写的代码即使经过了繁琐的细节思考和逻辑思考，依旧有很多不足之处。以下是对三次PTA作业的概要分析。
设计与分析
PTA第一次作业
类图：
对于这个答题判题程序的设计，可以将其拆分为几个主要的部分来处理：题目管理、答题管理以及判题逻辑。下面我将对这些部分进行详细说明。
题目管理
首先，我们需要一个类来表示单个题目，包括题号、题目内容和标准答案。这里我们定义一个Question类。
Question类
属性：
id：题号
content：题目内容
standardAnswer：标准答案
方法：
get/setId：获取/设置题号
getContent：获取题目内容
getStandardAnswer：获取标准答案
checkAnswer(answer)：检查提供的答案answer是否与标准答案匹配，返回布尔值
答卷管理
接下来，需要一个类来管理整个试卷，包括所有的问题和答题信息。这可以通过创建一个Exam类来实现。
Exam类
属性：
questions：一个字典或列表，用于存储Question对象，键为题号，值为对应的Question对象
answers：一个字典，用于存储用户提交的答案，键为题号，值为用户答案
judgments：一个列表，用于存储每个题目的判题结果（true或false）
方法：
addQuestion(question)：向试卷中添加一个问题
addAnswer(id, answer)：为指定题号添加答案
judgeAnswers()：对所有答案进行判题，并更新judgments列表
printResults()：打印每个题目的内容、用户答案及判题结果
判题逻辑
在Exam类中，judgeAnswers方法将遍历所有的题目，调用每个Question对象的checkAnswer方法来比较用户答案与标准答案。如果匹配，则在judgments列表中添加true，否则添加false。
实现流程
读取题目数量：从输入中读取题目数量。
读取题目内容：根据题目数量循环读取题目内容，创建Question对象并使用Exam对象的addQuestion方法将其加入试卷。
读取答题信息：继续读取直到遇到end，将每个答案通过Exam对象的addAnswer方法保存。
判题：调用Exam对象的judgeAnswers方法进行判题。
输出结果：调用Exam对象的printResults方法输出题目内容、用户答案及判题结果。
注意事项
在处理输入时，需要注意去除多余的空格。
题目和答案的输入顺序可能与题号无关，因此在处理时需要确保能够正确地将答案与题目对应起来。
输出时，题目内容和答案之间使用~连接。
心得
在设计此类程序时，模块化是一个非常重要的概念。通过将功能分解成不同的类和方法，可以使代码更加清晰易懂，同时也便于维护和扩展。此外，良好的错误处理机制也是必不可少的，它可以帮助我们更早地发现和解决问题。在这个过程中，细心和耐心是非常重要的品质，因为细节上的疏忽往往会导致程序出现错误。
//核心部分：
public Question parseQuestion(String line) {
// 去除多余的空格
line = line.replaceAll("\\s+", " ").trim();
Pattern pattern = Pattern.compile("#N:(\\d+) #Q:(.*?) #A:(.*)");
Matcher matcher = pattern.matcher(line);
if (matcher.find()) {
int number = Integer.parseInt(matcher.group(1));
String content = matcher.group(2).trim();
String answer = matcher.group(3).trim();
return new Question(number, content, answer);
} else {
throw new IllegalArgumentException("题目格式错误，应为 '#N:题号 #Q:题目内容 #A:标准答案'");
}
}
PTA第二次作业
类图
1.思路
根据题目要求，我们需要实现一个考试系统，能够处理以下三类信息：
题目信息：包括题号、题目内容和标准答案。
试卷信息：包括试卷号、题目编号和分值。
答卷信息：包括试卷号和用户答案。
系统需要能够：
读取并解析输入信息。
根据标准答案判断用户答案的正确性。
计算每道题的得分和总分。
输出判题结果和得分信息。
处理特殊情况，如试卷总分不等于100分、答案缺失、无效试卷号等。
2. 类设计
Question：表示题目，包含题号、题目内容和标准答案。
属性：
number：题号
content：题目内容
standardAnswer：标准答案
方法：
checkAnswer(String answer)：检查用户答案是否正确
TestPaper：表示试卷，包含试卷号、题目列表和分值信息。
属性：
number：试卷号
questions：题目列表，键为题号，值为 Question 对象
scores：题目分值，键为题号，值为分值
方法：
addQuestion(Question question, int score)：添加题目和分值
getTotalScore()：计算试卷总分
getQuestions()：获取题目列表
getScores()：获取分值列表
getNumber()：获取试卷号
Exam：表示考试系统，管理题目和试卷，处理答题信息并输出结果。
属性：
questions：题目列表，键为题号，值为 Question 对象
testPapers：试卷列表，键为试卷号，值为 TestPaper 对象
ExamSystem：主类，负责读取输入、解析数据并调用 Exam 类进行处理。
方法：
addQuestion(Question question)：添加题目
addTestPaper(TestPaper testPaper)：添加试卷
gradeTestPaper(int testPaperNum, Map<Integer, String> answers)：判题并输出结果
checkTotalScore()：检查试卷总分是否为100分
PTA第三次作业
类图：
分析需求
题目信息：需要存储题目的编号、题目内容及标准答案。
试卷信息：需要关联题目编号与分数，构建试卷结构。
学生信息：需要保存学生的学号和姓名。
答卷信息：需要根据学生的学号和试卷号匹配学生对试卷的回答，并计算成绩。
删除题目信息：需要能够从题目信息中移除指定的题目，并影响相关试卷的评分。
错误处理：包括格式错误、试卷号或学号引用错误、题目不存在等异常情况。
设计方案
数据结构设计
题目信息：可以使用字典存储，键为题目编号，值为一个包含题目内容和标准答案的字典。
试卷信息：可以使用字典存储，键为试卷号，值为一个字典，键为题目编号，值为题目分值。
学生信息：可以使用字典存储，键为学号，值为姓名。
答卷信息：可以使用列表存储，每个元素是一个字典，包含试卷号、学号和答案列表。
删除题目信息：可以使用列表或集合存储，方便快速查找。
处理流程
读取并解析输入：根据不同的前缀标识符（如#N:、#T:等）识别输入类型，然后将其解析并存储到相应数据结构中。
处理删除题目：遍历删除题目列表，从题目信息中移除对应的题目，并更新试卷信息中相关的题目分值为0。
处理试卷总分警示：检查每个试卷的总分是否为100分，如果不是则输出警示信息。
处理答卷信息：对于每份答卷，根据试卷号找到对应的试卷信息，然后逐题对比学生答案与标准答案，计算得分，并构建输出信息。
错误处理：在解析输入和处理答卷时，需要检查各种可能的错误情况，并按照要求输出错误信息。
实现要点
使用正则表达式来帮助解析输入，确保格式正确。
在处理删除题目时，需要同步更新所有引用了该题目的试卷信息。
在处理答卷时，要特别注意答案数量不足、题目被删除、题目不存在等情况的处理。
输出时，确保按照题目要求的格式准确无误地呈现信息。
心得体会
通过这次练习，我深刻理解到了数据结构选择的重要性，以及如何通过合理的数据结构设计来简化问题的解决。此外，错误处理也是编程中不可或缺的一部分，它能够提高程序的健壮性和用户体验。最后，实践证明，将复杂问题分解成多个小步骤逐一解决是一种非常有效的策略。以及题目中的样例全过并不能直接拿到全部的分数，以至于花费大量的时间对代码进行修改，说实话很大一部分在浪费时间，一些细节上的问题从网上学的内容根本起不到实际性的作用。
if (input.matches("#N:(\\s*\\d+\\s*)#Q:(.*)#A:(.*)")) {
int index1 = input.indexOf("#N:");
int index2 = input.indexOf("#Q:");
int index3 = input.indexOf("#A:");
String num = input.substring(index1 + 3, index2).trim();
int number = Integer.parseInt(num);
String content = input.substring(index2 + 3, index3).trim();
String standardAnswer = input.substring(index3 + 3, input.length()).trim();
questions.put(number, new Question(number, content, standardAnswer, true));
} else {
System.out.println("wrong format:" + input);
}
}
我使用正则表达式处理了输入匹配逻辑，以及输入存在空格等问题。
但乱序输入，答案为空等情况写了很久也没有彻底改正。
踩坑心得
数据结构选择不当
问题：选择不合适的数据结构会导致性能问题和代码复杂性增加。
Map 用于快速查找和更新操作，例如 Map<Integer, Question> 用于存储题目。
List 用于有序集合，例如 List
Set 用于去重和快速查找，例如 Set
类职责不明确
问题：类的职责过多或过少，导致代码难以维护和扩展。
单一职责原则：每个类只负责一个功能。例如，Question 只负责题目信息，Exam 负责试卷信息，GradingSystem 负责整体管理。
高内聚低耦合：类内部的方法和属性应紧密相关，不同类之间的依赖应尽量减少。
代码重复
问题：重复的代码会导致维护困难和潜在的错误。
提取公共方法：将重复的代码提取到公共方法中，例如 validateAnswer 方法可以放在 Question 类中。
继承和多态：利用继承和多态减少代码重复，例如不同类型的题目可以继承自一个基类。
改进建议
- 改进数据结构
使用更高效的数据结构：
TreeMap 替代 HashMap：如果需要按顺序访问题目或试卷，可以使用 TreeMap。
ConcurrentHashMap 替代 HashMap：在多线程环境下，使用 ConcurrentHashMap 可以提高并发性能。 - 优化类设计
引入接口：
定义接口 IQuestion 和 IExam，使类更加灵活，便于扩展和替换实现。
public interface IQuestion {
int getId();
String getContent();
String getAnswer();
boolean isValid();
void setValid(boolean valid);
boolean validateAnswer(String answer);
}
public interface IExam {
int getId();
Map<Integer, Pair<IQuestion, Integer>> getQuestions();
int getTotalScore();
void addQuestion(IQuestion question, int score);
}
抽象类：
定义抽象类 AbstractQuestion 和 AbstractExam，提供默认实现。
3. 增强异常处理
自定义异常：
定义特定的异常类，以便更精确地处理错误情况。
public class GradingSystemException extends RuntimeException {
public GradingSystemException(String message) {
super(message);
}
}
public class InvalidQuestionException extends GradingSystemException {
public InvalidQuestionException(String message) {
super(message);
}
}
public class NonexistentEntityException extends GradingSystemException {
public NonexistentEntityException(String message) {
super(message);
}
}
总结
通过这三次PTA作业，我对Java的面向对象编程有了更深的理解和实践。从最初的迷茫到现在的逐渐熟练，我学会了如何将复杂的问题拆分成多个模块，通过类和方法的设计来实现功能。同时，我也认识到了模块化设计和良好的错误处理机制的重要性。在未来的学习中，我将继续努力，不断提高自己的编程能力和解决问题的能力。了解了不同类型的类型的存储结构，Map 用于快速查找和更新操作，例如 Map<Integer, Question> 用于存储题目。List 用于有序集合，例如List
