南昌航空大学 22207209-侯智慧-第二次blog作业

一、前言
在过去的一个月中，我全身心地投入到了Javapta课程的学习中，尤其是三次极具挑战性的大作业。这些作业不仅是对我Java编程技能的考验，也是我在计算机科学领域不断探索和成长的重要里程碑。
最近的一次大作业是关于家庭电路管理系统的开发。最初接触这个项目时，我感到有些不知所措。这个项目要求我们运用不同的Java特性，从基本的面向对象编程到复杂的数据结构和算法优化，以实现一个能够模拟和管理家庭电路的应用程序。
在这个项目中，我需要设计一个系统来模拟家庭电路的各种组件，比如开关、插座、灯泡等，并实现它们之间的交互。面对这些挑战，我逐渐意识到，学习编程不仅仅是掌握语法和工具，更是培养一种解决问题的思维方式。
在项目进行过程中，我不断遇到各种技术难题和逻辑陷阱。有时候，一个小小的错误可能会花费数小时甚至数天去调试和修复。然而，正是在这些反复试错和不断迭代的过程中，我的编程能力得到了显著提升。我学会了如何更有效地调试代码，如何优化算法以提高程序效率，以及如何在团队协作中利用版本控制工具来管理项目。
此外，这个作业也让我深刻体会到理论与实践相结合的重要性。在课堂上学到的概念，只有通过实际编码和项目应用，才能真正内化为自己的技能。每次成功解决一个棘手的问题，或者在项目中实现一个新功能，都会让我感受到极大的成就感和满足感。
在这篇博客中，我将详细分享这个家庭电路项目的背景、我所采用的解决方案，以及在过程中积累的经验和教训。我希望这些分享不仅能帮助其他正在学习Java的同学，也能为那些对编程充满好奇和热情的人提供一些有用的启示。编程之路漫漫，但每一步的努力和探索都值得我们珍惜和回味。让我们一起继续这段充满挑战的学习旅程吧！
二、设计与分析
1.第四次作业7-3 答题判题程序-4
（1）难度分析：
这道题目涉及多种类型的题目处理，包括选择题和填空题，每种题目类型都有其特定的评分规则。此外，题目还要求处理多张试卷和多名学生的答卷信息，并根据学号和试卷号进行排序输出。

题目解析与输入处理：
需要解析不同格式的输入信息，包括选择题、填空题、试卷信息、学生信息等。每种输入格式都有其特定的标识符（如#Z:、#K:、#T:等），需要正确识别并解析。
输入信息可能无序，因此需要在解析时做好信息的存储和关联。
评分规则的实现：
选择题和填空题有各自不同的评分规则，尤其是在处理多选题和部分正确的答案时，需要仔细判断学生答卷与标准答案的匹配程度。
需要考虑部分正确答案的得分计算，并处理得分截尾的问题。
多张试卷和多名学生的处理：
需要正确关联试卷信息和学生答卷，并根据试卷的题目分值进行评分。
在输出时，需要根据学号和试卷号进行排序，这涉及到对数据结构的选择和排序算法的实现。
输出格式的要求：
输出不仅包括每道题目的评分结果，还需要计算每名学生在每张试卷上的总分。
需要检测试卷的总分是否为100分，并在不满足时输出相应的警告信息。

（2）知识点分析：

面向对象编程（OOP）：
抽象类和继承：Question类是一个抽象类，定义了所有题目的基本属性和方法。SingleChoiceQuestion、MultipleChoiceQuestion、FillInTheBlankQuestion继承自Question，并实现了抽象方法evaluateAnswer。
封装：类中的属性通常是私有的，通过公共方法（getter和setter）访问，以保护数据的完整性。
多态：通过使用抽象类和接口，允许不同的题目类型实现自己的答案评估方法。
集合框架：
List和Set：使用ArrayList来存储题目、试卷、学生和答卷信息。HashSet用于处理多选题和填空题的答案匹配。
Map：HashMap用于在答卷中存储题号和学生答案的对应关系。
字符串处理：
使用String.split()方法对输入字符串进行分割，以提取相关信息。
使用trim()方法去除字符串首尾的空格，确保数据的准确性。
使用正则表达式对输入格式进行验证和匹配。
（3）类图和顺序图设计

（4）踩坑心得
填空题缺少情况

N:1 #Q:1+1= #A:2

K:2 #Q:古琴在古代被称为： #A:瑶琴或七弦琴

T:1 1-5 2-10

X:20201103 Tom

S:1 20201103 #A:1-5 #A:2-七弦琴或瑶琴

end
当答案变换顺序，也应该是满分
Set correctAnswers = new HashSet<>(Arrays.asList(trimmedAnswer.split("或")));
Set studentAnswers = new HashSet<>(Arrays.asList(trimmedStudentAnswer.split("或")));
用或字分隔可以将正确答案匹配出来，无论什么顺序都可以匹配成功。

填空题缺少情况

N:1 #Q:1+1= #A:2

K:2 #Q:古琴在古代被称为： #A:瑶琴或七弦琴

T:1 1-5 2-10

X:20201103 Tom

S:1 20201103 #A:1-5 #A:2-瑶琴或古琴

end
当有一个答案是错误的应该0分
for (String studentAns : studentAnswers) {
for (char c : studentAns.toCharArray()) {
if (!trimmedAnswer.contains(String.valueOf(c))) {
return getContent() + "~" + studentAnswer + "~false";
}
}
}
检查学生答案中是否有错误字符，有错误字符该题就为0分
*格式错误

N:1 #Q:1+1= #A:2

Z:2 #Q:党十八大报告提出要加强()建设。A 政务诚信 B 商务诚信 C社会诚信 D司法公信 #A:A B C D

T:1 1-5 2-9

X:20201103 Tom

S:1 20201103 #A:1-5 #A:2-A C

end

S:1 20201103 #A:1-5 #A:2-A C 这个输入无论后面有多少的空格，只需要删除答案后面的一个空格就可以

// 判断答案是否为空格，如果是，则删除
if (answer.endsWith(" ")) {
answer = answer.substring(0, answer.length() - 1); // 删除最后一个空格
}
2.第五次作业7-1 家居强电电路模拟程序-1
（1）难度分析：

电路模拟的复杂性
设备多样性：题目要求模拟多种设备，包括开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯和吊扇。每种设备都有不同的工作特性和状态参数，需要分别进行建模和模拟。
电路连接：需要处理设备之间的连接信息，确保按照正确的电路连接顺序进行模拟。尤其是在处理串联和并联电路时，需要确保连接的正确性和完整性。
电压和状态计算：设备的输出状态或参数（如亮度、转速）依赖于输入电压或电位差，需要根据设备的特性进行正确的计算和模拟。
输入解析的复杂性
多种输入格式：输入信息包括设备信息、连接信息、控制设备调节信息等，格式各异，需要设计灵活的解析器来处理不同类型的输入。
输入约束：需要验证输入的合法性，例如确保连接信息按照电路顺序输入，调速器的输入端只接VCC等。
输出要求的复杂性
格式化输出：根据设备的类型和状态，输出格式需要符合特定的要求，如开关的状态显示、连续调速器的档位保留两位小数等。
排序输出：需要按设备类型和编号顺序输出设备状态，这要求在输出阶段进行排序处理。
面向对象设计的复杂性
类设计：需要设计合理的类结构来表示各种设备、电路连接、输入解析和输出处理。类之间的关系、继承、接口设计等都需要仔细考虑。
多态和封装：利用面向对象的多态和封装特性，设计设备的行为接口，以便在模拟过程中灵活调用不同设备的特定行为。
算法和逻辑的复杂性
状态更新和模拟：在接收到调节信息后，需要实时更新设备的状态，并重新计算受控设备的输出状态。
电路模拟：在后续迭代中，随着电路结构的复杂化（如并联电路、嵌套电路等），需要设计更复杂的算法来模拟电路行为。
(2)知识点分析：
抽象类与继承
CircuitEquipment: 作为所有电路设备的基类，包含设备的基本属性和方法，如设备ID和输出电压。
ControlledDevice和ControlDevice: 分别继承自CircuitEquipment，用于表示受控设备和控制设备，进一步扩展了设备的特性，如亮度、速度和状态。
多态与接口实现
各种设备类如Switch、Dimmer、ContinuousDimmer、WhiteBulb、DaylightBulb、HairDryer等，继承自CircuitEquipment或其子类，实现了各自的calculateOutPut方法，体现了多态的应用。
状态管理
开关和调速器: 通过状态变量（如state、level、speedRatio）和相应的方法（如toggle、increaseLevel、decreaseLevel、setSpeedRatio）来管理设备的状态。
输入输出处理
InPut类: 负责解析用户输入，创建设备实例并添加到电路中，并根据控制指令调整设备状态。
OutPut类: 负责输出设备的当前状态，按设备ID排序后输出各设备的状态信息。
集合与排序
使用ArrayList存储设备，利用Collections.sort对设备按ID排序，便于输出时的有序处理。
用户输入解析
字符串处理: 通过解析输入字符串来识别设备连接信息和控制命令，使用split、substring等方法提取信息。
逻辑控制
使用条件语句（如if、switch）来实现对设备状态的判断和相应的输出电压或亮度、速度的计算。
面向对象设计
代码通过面向对象的方式设计，具有良好的可扩展性和模块化，便于后续添加新的设备类型或功能。
(3)类图和顺序图设计

（4）踩坑心得及改进建议
开关在后面的情况

这段代码中实现了开关在任何地方都可以实现完整的功能
关键实现细节：
设备连接和状态更新：
SeriesCircuit类中有一个List devices用于存储电路中的所有设备。
设备可以按任意顺序添加到电路中，并不要求开关必须在前面。
输出电压计算：
在calculateOutputs方法中，首先遍历所有设备，计算控制设备（如开关、调光器）的输出电压。
通过Math.min函数找到所有控制设备中的最小输出电压，这个最小值用于设置受控设备（如灯泡、风扇）的电压。
这种设计允许开关和其他控制设备在电路中的任意位置，只要它们的状态发生变化，就会影响到整个电路的输出。
设备状态更新：
在InPut类中，用户输入的控制命令（如#K1）会触发相应设备的状态更新。
调用toggle()方法改变开关状态后，立即调用calculateOutPut()来更新输出电压。
紧接着，circuit.calculateOutputs()会重新计算整个电路的输出，确保所有设备的状态根据最新的控制设备状态进行更新。
3.第六次作业7-1 家居强电电路模拟程序-2
（1）难度分析
代码结构与设计
面向对象设计：代码采用了面向对象的设计，定义了多个抽象类和具体类来表示不同的电路设备。这种设计提高了代码的可扩展性和可维护性，但也增加了理解和实现的复杂性。
继承与多态：使用继承和多态来实现不同设备的行为，这要求开发者对这些概念有深入的理解，尤其是在处理复杂的电路逻辑时。
功能实现
多种设备类型：支持多种控制设备（开关、分档调速器、连续调速器）和受控设备（白炽灯、日光灯、吊扇、落地扇），每种设备都有不同的特性和行为。这需要为每种设备单独实现逻辑，并确保它们能够正确交互。
电阻和电压计算：引入了电阻的概念，并实现了电压的分配和计算。需要根据电路的拓扑结构计算总电阻，并根据电阻比例分配电压，这涉及到电路分析的基本原理。
算法复杂性
电路模拟算法：实现了串联和并联电路的模拟，包括电阻计算和电压分配。这需要设计高效的算法来处理电路的复杂拓扑结构。
输入解析：解析复杂的输入格式，包括设备标识、连接信息、控制信息、串联和并联电路信息。需要设计一个稳健的解析器来处理潜在的输入错误。
边缘情况
电路异常情况：需要考虑电路中可能出现的异常情况，如短路、开路等，并确保程序能够正确处理这些情况。
输入错误处理：需要设计程序来处理可能的输入错误或异常情况，如格式错误、不合法的连接信息等。
（2）知识点分析
抽象类与继承：
CircuitEquipment 是一个抽象类，定义了电路设备的基本特征（如 ID、输出电压、电阻等）。
ControlledDevice 和 ControlDevice 继承自 CircuitEquipment，分别代表受控设备和控制设备，扩展了特定的属性和方法。
具体设备类（如 Switch、Dimmer、WhiteBulb 等）继承自上述抽象类，实现了具体的行为。
多态性：
抽象方法 calculateOutPut 在不同设备类中有不同实现，体现了多态性。
通过多态性，可以在不修改代码的情况下扩展新的设备类型。
封装与信息隐藏：
各个类通过私有属性和公共方法封装内部状态，提供对外的接口。
通过方法（如 toggle、handleControl）来操作设备状态，隐藏了内部实现细节。
电路设计：
使用 SeriesCircuit 和 ParallelCircuit 类模拟串联和并联电路，包含设备的连接和电阻、电压的计算。
通过设备的组合，实现复杂电路的模拟。
面向接口编程：
设备的控制和状态更新通过接口（如 calculateOutPut）进行，而不是直接操作对象，增强了代码的灵活性和可扩展性。
集合与数据结构：
使用 List 存储设备，Map 存储设备和电路映射，Set 用于去重和状态跟踪。
这些集合类的使用提高了数据管理效率和代码的可读性。
（3）类图和顺序图设计

（4）踩坑心得及改进建议
计算串联电路和并联电路的电阻

在计算串联电阻的时候需要考虑电路里面是否有开关，如果开关是断开状态，则整个电路的电阻设置为0，不可以设置为无穷大，这样会导致并联电路的电阻计算错误。

在计算并联电路的电阻时，当两个开关都时闭合状态而且都是闭合，就会导致短路的情况。
三、总结
在过去的几个月中，深入学习Java编程的过程中，我经历了从基础到复杂的多个项目挑战。这些项目不仅让我掌握了Java的语法和特性，还培养了我解决问题的能力和编程思维。
通过第一次作业，我巩固了面向对象编程的基础知识，理解了类的定义、构造方法、数据封装、常量定义和方法重写的重要性。这为我在后续项目中设计和实现复杂的类结构奠定了基础。
随着作业难度的增加，我开始接触到集合操作、字符串处理和输入输出等中级知识点。这些技能在第二次作业中得到了充分的应用。我学会了如何有效地解析和处理输入数据，特别是在应对格式复杂的输入时，如何利用正则表达式和字符串操作来提取有用的信息。
第三次作业则是对我编程能力的全面考验。面对多种输入类型、复杂的数据结构设计和多样的错误处理，我逐步提高了代码的健壮性和可维护性。我认识到，良好的代码结构和清晰的逻辑是解决复杂问题的关键。
在整个学习过程中，我也积累了许多经验和教训。比如，正确处理输入中的空格和格式问题，确保程序的输出与预期一致；在设计数据结构时，保持数据之间的关联性和一致性；在处理错误时，优先处理那些对程序影响最大的错误。
这些项目不仅提高了我的编程技术，也让我更加理解理论与实践相结合的重要性。每次解决一个难题或实现一个新功能，都会带给我极大的成就感和满足感。编程之路充满挑战，但每一次努力和探索都值得珍惜。未来，我将继续这段充满挑战的学习旅程，不断提升自己的技能和知识水平。