前三次作业总结

一、前言

该系列题目均为设计与实现一个小型的答题判题程序，题目难度从简单到复杂逐步提升，题目数量和输入信息也逐步增加。以下是对这三道题的总结：

1. 知识点

• 字符串处理与解析：每个题目中都要求解析多种格式的输入字符串，包括题目信息、答题信息、试卷信息等，正确解析字符串信息并提取有效内容是整个程序的基础。
• 数据结构与管理：题目涉及到题目信息、试卷信息和学生信息等多种数据管理需求，要求合理设计类或数据结构来存储和组织这些信息。
• 条件判断与异常处理：需要针对缺失信息（如题目缺失、题号错误、试卷号错误等）进行条件判断，并根据不同情况输出错误提示或默认处理信息。
• 面向对象编程（OOP）：后续题目逐渐建议使用类（如题目类、试卷类、答题类）来管理数据和功能，通过类之间的关联设计来完成复杂的判题和计分任务。
• 错误处理与信息提示：需要处理格式错误、题目缺失、答案缺失、题号缺失等多种异常情况，并提供详细的错误信息提示。

2. 题量

• 题目1（7-5）：该题目为系列的基础，包含最少的信息输入，仅需要处理题目信息和答题信息。
• 题目2（7-4）：在题目1的基础上增加了试卷信息，题量显著增加，输入信息更复杂。需要处理题目缺失、题目分值等问题，且引入了试卷满分判断和题目引用错误提示。
• 题目3（7-3）：在题目2的基础上增加了学生信息、删除题目信息等，题目复杂度达到最高。需要实现学号验证、删除题目处理、不同优先级的错误提示（如题目删除、题号缺失等）。

3. 难度

• 题目1（7-5）：难度为基础级别，主要考察字符串解析、答案判断、输入与输出格式的掌握。没有较复杂的数据结构需求。
• 题目2（7-4）：难度中等。增加了试卷信息、题目分值和试卷满分的判定，并要求按顺序输出错误提示信息。考察数据结构设计能力和复杂信息的组织能力。
• 题目3（7-3）：难度最高。增加了学生信息、删除题目和多种异常提示。需要对不同优先级的错误进行处理，考察面向对象编程、错误处理与复杂条件判断的能力，并增加了学生信息与学号验证的处理。

二、设计与分析

第一题

题目1（7-5）代码实现了一个基本的答题判题程序，主要负责读取题目信息、用户答题信息，并输出题目内容、用户答案和答题判定结果。

1. 类设计

• Main类：程序的主入口，包含了题目读取、答案判断、结果输出等逻辑。
• Question类：用于封装题目信息，包括题号、题目内容和标准答案。并且还提供了格式化输出题目信息和判断用户答案是否正确的功能。

  static class Question {
      int number;
      String neir;
      String daan;

      public Question(int number, String neir, String daan) {
          this.number = number;
          this.neir = neir;
          this.daan = daan;
      }

      public String formatQuestion(String userAnswer) {
          return neir + "~" + userAnswer;
      }

      public boolean isCorrect(String userAnswer) {
          return daan.equals(userAnswer);
      }
  }

• formatQuestion(String userAnswer)方法：用于将题目内容与用户答案进行格式化输出。
• isCorrect(String userAnswer) 方法：判断用户提交的答案是否与标准答案一致，返回布尔值。

2. 主程序逻辑分析

• 读取和解析题目：使用 TreeMap 以题号为键存储题目，实现题目的按题号排序。
• 读取用户答案：使用 ArrayList 来保存用户答案的顺序。
• 输出题目及判题结果：通过遍历 TreeMap 中的题目顺序和 ArrayList 中的用户答案，依次输出题目内容、用户答案以及每题的判定结果（正确或错误）。
• 核心代码：

 // 使用 TreeMap 按题号排序题目
 TreeMap<Integer, Question> questions = new TreeMap<>();
 
 // 输出题目内容与用户**
 for (Map.Entry<Integer, Question> entry : questions.entrySet()) {
     Question question = entry.getValue();
     String userAnswer = userAnswers.get(index);
     System.out.println(question.formatQuestion(userAnswer));
     results.add(question.isCorrect(userAnswer));
     index++;
 }

3. 设计类图（使用PowerDesigner）

类图说明

• Main类负责题目的读取和输出。
• Question类作为独立的实体类，包含题目内容和答案验证等核心功能。

报表

指标	值
总行数（LOC）	70 行
方法数量	3
平均复杂性	低
注释比例	5%

4. 心得总结

• 该设计将 Question 类作为数据和操作的封装体，主程序中的题目读取与答案验证等逻辑直接在 main 方法内完成，逻辑上简单直接，但扩展性与可维护性有提升空间。
• 使用 TreeMap 确保题目的有序性，而 ArrayList 存储答案顺序，避免了复杂的排序操作

第二题

题目2（7-4）包含三个主要类：Question（题目类）、TestPaper（试卷类）、AnswerSheet（答卷类），以及负责管理整个系统的ExamSystem类。这种分层结构清晰地分隔了题目管理、试卷配置和答卷处理的逻辑。通过类的设计，代码增强了模块化、重用性和可维护性。

1. 类分析

• Question（题目类）：
  主要属性：
  id：题目编号
  content：题目内容
  answer：题目正确答案
  主要方法：提供获取题目编号、内容和答案的访问器方法（getter）。

• TestPaper（试卷类）：
  主要属性：
  id：试卷编号
  questionScores：题目编号与题目分值的映射关系
  totalScore：试卷总分
  主要方法：
  addQuestion：将题目编号及其分数添加到试卷中。
  isValid：校验试卷的满分是否为100分。
  设计思路：TestPaper通过addQuestion方法动态增加题目，使用isValid方法来验证是否满分100分，有助于确保试卷规范。

• AnswerSheet（答卷类）：

  • 主要属性：
    testPaperId：答卷对应的试卷编号
    answers：存储考生的答案列表
    设计思路：AnswerSheet通过题目编号和答题内容之间的映射将考生的答案与试卷题目关联，并简化了答题匹配的逻辑。

• ExamSystem（系统主类）：
  主要属性：
  questions：题目映射（题目编号 -> Question对象）
  testPaper：试卷映射（试卷编号 -> TestPaper对象）
  answerSheets：答卷列表
  主要方法：
  addQuestion、addTestPaper、addAnswerSheet：分别用于添加题目、试卷和答卷。
  process：核心处理逻辑，包括检查试卷分值、核对答卷答案与题目答案，并计算分数。
  设计思路：ExamSystem采用面向对象的思想对各类对象进行管理，通过Map映射对题目和试卷进行存储，便于在处理答卷时高效检索相关信息。

2. 类图设计（使用PowerDesigner）

使用PowerDesigner生成的类图如下：

报表

以下是针对该代码的 SourceMonitor 报表分析：

指标	值
总行数（LOC）	132 行
方法数量	14
类的数量	4
平均复杂性	中等
注释比例	5%

3. 心得总结

1. 模块化：这个系统设计采用模块化管理题目、试卷、答卷，较好地遵循了单一职责原则。
2. 可扩展性：若后续需求需要拓展更多题型或评分方式，可以通过继承或重载类中的方法来实现，符合面向对象设计的封闭开放原则。

第三题

题目3（7-3）实现了一个在线考试管理系统，包含题目、试卷、学生和答卷的管理功能。程序主要流程是从输入中读取题目信息、试卷信息、学生信息和答卷信息，随后处理题目删除请求和生成评分输出。

1. 代码结构分析

核心功能模块如下：

• 类设计：
  Question：题目类，包含题号、题目内容、正确答案以及题目是否被删除的标记。
  TestPaper：试卷类，包含试卷ID及题目分值的映射。
  Student：学生类，包含学生ID和姓名。
  AnswerSheet：答卷类，包含试卷ID、学生ID及题目作答内容的映射。

• 数据结构：
  使用 HashMap 和 ArrayList 来存储题目、试卷、学生及答卷数据。
  通过 Map 实现试卷题目和分数的关联，并利用 List 保存所有答卷，便于后续遍历和处理。

• 方法设计：
  信息处理方法：包含处理题目信息、试卷信息、学生信息、答卷信息和删除题目等多个方法，均通过分割输入字符串进行解析。
  结果处理与输出：计算每个学生的得分，并输出学生的答题结果，显示题目正确或错误的判定。

2. 类图设计（PowerDesigner）

以下是基于当前代码的类图，展示了各个类的属性和方法。

类图说明

• Main 类：负责主程序的运行和输入处理，包含多个方法以解析不同的输入类型，并存储在不同的集合中。
• Question 类：封装了题目的信息，包括题号、内容、标准答案及是否删除的标记。
• TestPaper 类：试卷类，用于存储题目分值的映射及获取总分的方法。
• Student 类：保存学生的ID和姓名。
• AnswerSheet 类：记录学生的作答信息，包括试卷ID、学生ID和答题内容。

SourceMonitor 报表分析

以下是针对该代码的 SourceMonitor 报表分析示例：

指标	值
总行数（LOC）	150 行
方法数量	10
类的数量	4
平均复杂性	较难
注释比例	10%

顺序图

3. 心得

这个程序要完全实现对于我而言比较困难，虽然类图做出来了，有了基本框架，但是在实现整个功能的时候，还是会遇到很多问题，在上一次代码的基础上增加了部分功能，但是复杂度也提升了很多。

三、采坑心得

第一次作业

• 字符串分割问题：
  String.split()方法需要传入一个正则表达式，而#N:等包含特殊字符，需要进行转义或使用正则表达式。
  例如，改成String[] parts = line.split("#N:|#Q:|#A:");可以避免空格带来的问题。
• 用户答案提取：
  用户答案的格式是编号:答案，需要确保分割后的数组长度至少为2，否则会导致ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

第二次作业

• 输入解析和格式校验：
  输入数据格式严格，稍有不符合要求的输入就可能抛出异常。
  需要确保每一行的格式完全匹配期望的格式，否则可以增加异常处理以便捕获不合规输入，避免系统崩溃。
• 异常处理：
  对Map或List的越界访问（如用户答案数量少于题目数量）未进行处理，可以在process方法中增加条件判断，避免ArrayIndexOutOfBoundsException。
• 正则表达式分割改进：
  当前的String.split(" ")可能会对内容包含空格的部分产生误差。可以使用正则表达式来匹配更复杂的输入结构，以确保数据的准确性。
  对line.split(" ")的部分可以替换为split("\s+")，以便更好地处理输入中多余的空格。

第三次作业

• 删除题目功能：
  该功能使用 deleted 标记，有效地实现了删除题目时的逻辑，但在某些情况下（例如后续恢复题目）可能需要复位。
  可以将 deleted 标志设为更复杂的状态（例如 enum），支持更多题目状态。
• 输入格式健壮性：
  当前输入解析假设输入格式严格符合要求，任何输入错误都将提示“wrong format:”。对于大型数据集或非结构化数据，可能产生误报或漏报。
  可以通过正则表达式进一步规范输入格式，比如题目格式 #N:id content answer 可使用 Pattern 对输入格式进行验证。

四、改进建议

第一次作业

• 方法复杂度：主程序中包含题目读取、答案解析、结果输出三个主要逻辑块，可进一步拆分成独立方法，简化主方法 main 的复杂度。
• 单一职责原则：可以将用户输入解析、题目判定等功能封装为独立的类或方法，便于维护。
• 提高代码复用性：可增加 AnswerChecker 类来专门处理答案判定和计分逻辑。
• 增强扩展性：将来可以增加更多题型支持、分数计算等功能，主程序逻辑可以简化并提高可读性。

第二次作业

• 错误处理：增加对输入格式错误的捕获，以提升代码健壮性。可以对答卷中的题目数量与试卷中的题目数量进行校验，确保答题数量与试卷匹配。
• 优化输出格式：process方法中的输出可以进一步优化，比如统一格式化输出内容。
• 总分校验逻辑改进：可以通过TestPaper对象生成过程中的校验逻辑，避免运行时的额外检查。

第三次作业

• 增加代码注释：代码中的方法主要通过字符串处理来解析输入，缺少注释可能使得代码理解变得困难。适当增加注释可以让代码逻辑更加清晰，便于维护和调试。
• 优化异常处理：目前代码中的异常处理是直接输出 "wrong format" 提示信息。可以进一步细化异常信息，以提供更加明确的错误提示。例如，可以针对字符串解析错误、空值处理等做专门的异常处理。
• 封装性：AnswerSheet 类中的 answers 字段可以定义为私有并提供相应的getter方法，增强封装性。processDeleteQuestion 等方法可以考虑移动到各自的类中，遵循单一职责原则。

五、总结

这一答题判题程序的开发从多个维度强化了对数据结构设计、信息引用管理、错误处理、判题评分逻辑和格式化输出的理解。这种综合性的练习不仅锻炼了系统设计和调试的能力，还通过逐步提升的题目难度，让学生更深刻地理解了大型程序的构建过程。设计并实现这种多层次、多信息的答题判题系统带来了许多技术和逻辑上的挑战。经过三次逐步增加功能的实现和改进，积累了以下几点学习经验和对未来改进的建议：

1. 数据结构的设计与管理

• 主要难点：管理题目信息、试卷信息、学生信息和答卷信息，并在不同信息之间进行关联和验证，确保信息正确引用。各类信息间的依赖关系较多，例如试卷引用题目、答卷引用试卷等，要求设计良好的数据结构。
• 解决方式：多去尝试。

2. 异常处理与错误提示

• 主要难点：系统要处理多种异常情况，包括格式错误、试卷分值不足、题号引用错误、删除题目等。由于数据来源和输入顺序可能无序，需要对输入数据进行多次校验和排序。
• 解决方式：在数据解析和处理阶段，增加正则表达式来校验输入格式，设置专门的错误提示函数。对于题目引用错误、学号引用错误、格式错误等情况，统一使用异常处理，保证错误能够及时反馈。
• 未来改进：可以尝试更智能的错误恢复机制，对于部分错误能自动修正的情形（如空格错误、格式微调等）自动处理，而非直接报错。

3. 复杂逻辑的判题与评分

• 主要难点：系统需要根据不同答题的正确性和题目的分值标准，对答卷进行判题和评分。同时支持多种特殊输出格式，如答题缺失提示、引用删除题目提示等。
• 解决方式：判题部分采用类继承和多态的思想设计不同题目类型的处理方法，确保判题和评分的准确性。评分采用累计分数机制，同时动态添加不同的判题结果提示（answer is null、non-existent question等），确保输出格式清晰。
• 未来改进：进一步抽象判题和评分模块，设计更通用的题目评分接口，方便扩展多种题型，并考虑利用规则引擎来提高判题逻辑的灵活性和可扩展性。

4. 格式化与输出管理

• 主要难点：输出内容需要遵循特定的格式要求，包括对判题结果和错误提示的多种不同组合格式输出。题号、顺序号、学号的引用错误也要求不同的提示信息。
• 解决方式：在程序输出阶段设置不同的输出格式模板，并根据具体需求调用相应的模板，减少手动拼接字符串带来的错误风险。

5. 对教师、课程和作业组织的建议

• 教师建议：题目设计过程循序渐进，对学生理解复杂系统设计和多信息处理有较好帮助，但因复杂度较高，建议在课上增加难点讲解，尤其是信息引用管理和异常处理方面的案例分析。