java第7-8次题目集blog

1.前言
本次blog主要是题目集7-8的总和，家居强电电路模拟程序
题目集7
知识点：类和对象的使用，继承，正则表达式，HashMap<>，LinkedHashMap<>，List<>数据结构，电路基础理论。
题量：题目数为1题。
难度：难。
题目集8
知识点：抽象类的使用，继承，正则表达式，Map<>，二维数组，电路基础理论。
题量：题目数为1题。
难度：难。
2.设计与分析
家居强电电路模拟程序-3是一个模拟智能家居中强电电路的系统，它能够模拟开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光、吊扇、互斥开关、受窗帘等设备的行为。该程序通过接收输入信息来模拟电路的连接和设备的状态变化，并输出每个设备的状态。
CircuitDevice 类（抽象类）
属性：
id：设备标识符，用于唯一标识一个设备。
inputVoltage：设备的输入电压。
resistance：设备的电阻值。
方法：
updateState(String command)：抽象方法，用于根据控制命令更新设备的状态。
getState()：抽象方法，用于获取设备当前的状态。
setInputVoltage(double voltage)：设置设备的输入电压。
getResistance()：获取设备的电阻值。
getId()：获取设备的唯一标识符。
isOpen()：判断设备是否处于开路状态。
Switch 类（继承自 CircuitDevice）
属性：
isClosed：表示开关是否闭合。
方法：
updateState(String command)：切换开关的开闭状态。
getState()：返回开关的当前状态（开或闭）。
getResistance()：根据开关状态返回电阻值，闭合时为0，断开时为无穷大。
ToggleSwitch 类（继承自 CircuitDevice）
属性：
isToSecond：表示互斥开关当前是否接通第二个分支。
方法：
updateState(String command)：切换互斥开关的接通分支。
getState()：返回互斥开关的当前状态（接通或断开）。
getResistance()：根据互斥开关状态返回电阻值。
SteppedRegulator 类（继承自 CircuitDevice）
属性：
level：分档调速器的当前档位。
LEVELS：分档调速器的电压级别数组。
方法：
updateState(String command)：根据控制命令调整档位。
getState()：返回分档调速器的当前档位。
ContinuousRegulator 类（继承自 CircuitDevice）
属性：
level：连续调速器的当前档位参数。
方法：
updateState(String command)：根据控制命令设置档位参数。
getState()：返回连续调速器的当前档位参数。
IncandescentLamp 类（继承自 CircuitDevice）
方法：
getState()：根据输入电压返回白炽灯的亮度。
FluorescentLamp 类（继承自 CircuitDevice）
方法：
getState()：根据输入电压返回日光灯的亮度。
CeilingFan 类（继承自 CircuitDevice）
方法：
getState()：根据输入电压返回吊扇的转速。
FloorFan 类（继承自 CircuitDevice）
方法：
getState()：根据输入电压返回落地扇的转速。
Curtain 类（继承自 CircuitDevice）
方法：
getState()：根据输入电压和总光照强度返回窗帘的打开比例。
MutualSwitch 类（继承自 CircuitDevice）
属性：
activeBranch：当前接通的分支。
方法：
updateState(String command)：切换互斥开关的接通分支。
getState()：返回互斥开关的当前状态。
Circuit 类
属性：
devices：存储所有设备的映射。
serialCircuits：存储所有串联电路的映射。
parallelCircuits：存储所有并联电路的映射。
方法：
addDevice(CircuitDevice device)：添加设备到电路中。
addSerialCircuit(String info)：添加串联电路。
addParallelCircuit(String info)：添加并联电路。
updateCircuit()：更新电路状态，包括电压和电流限制检查。
executeCommand(String command)：执行控制命令。
getStates()：获取所有设备的状态。
checkShortCircuit()：检查电路是否存在短路。
checkCurrentLimit()：检查电流是否超过限制。
主程序流程
初始化电路系统：
创建 Circuit 类的实例，该实例将管理整个电路系统，包括所有设备和电路连接。
读取输入：
使用 Scanner 类实例从控制台或其他输入源（如文件）读取输入数据。
持续读取输入，直到接收到特定的结束标志（如 "end"）。
解析输入数据：
将输入数据存储在 List 集合中，便于后续处理。
遍历输入数据列表，根据输入行的类型（如以 "#T" 或 "#M" 开头）分别处理串联和并联电路连接信息。
处理电路连接：
对于每条串联电路信息（以 "#T" 开头），调用 Circuit 类的 addSerialCircuit 方法添加串联电路。
对于每条并联电路信息（以 "#M" 开头），调用 Circuit 类的 addParallelCircuit 方法添加并联电路。
执行控制命令：
再次遍历输入数据列表，识别并执行控制命令（以 "#" 开头，但不是电路连接信息的行）。
对于每个控制命令，调用 Circuit 类的 executeCommand 方法更新相应设备的状态。
更新电路状态：
调用 Circuit 类的 updateCircuit 方法，根据设备状态更新电路的电压分配，并进行短路和电流限制检查。
输出设备状态：
调用 Circuit 类的 getStates 方法获取所有设备的状态信息。
遍历状态信息列表，将每个设备的状态输出到控制台或写入到输出文件中。
错误处理：
如果在任何步骤中检测到短路或电流超过限制，输出相应的错误信息，并根据需要停止程序或跳过后续操作。

家居强电电路模拟程序-4在家居强电电路模拟程序-3的基础上进行了扩展，增加了二极管，这个程序能够更全面地模拟智能家居中的强电电路行为。
CircuitDevice 类（抽象类）
职责：定义电路中设备的基本属性和方法。
属性：
id：设备的标识符。
inputVoltage：设备的输入电压。
resistance：设备的电阻值。
maxCurrent：设备能承受的最大电流。
方法：
updateState(String command)：根据控制命令更新设备状态。
getState()：获取设备当前的状态。
setInputVoltage(double voltage)：设置设备的输入电压。
getInputVoltage()：获取设备的输入电压。
getResistance()：获取设备的电阻值。
getMaxCurrent()：获取设备能承受的最大电流。
getId()：获取设备的唯一标识符。
isOpen()：判断设备是否处于开路状态。
exceedsCurrentLimit(double current)：判断电流是否超过设备能承受的最大电流。
getPinVoltages()：获取设备引脚的电压列表。
Switch 类
职责：代表电路中的开关设备。
属性：
isClosed：表示开关是否闭合。
方法：
updateState(String command)：切换开关的开闭状态。
getState()：返回开关的当前状态。
getResistance()：根据开关状态返回电阻值。
getPinVoltages()：返回开关引脚的电压列表。
ToggleSwitch 类
职责：代表电路中的互斥开关设备。
属性：
isToSecond：表示互斥开关当前是否接通第二个分支。
方法：
updateState(String command)：切换互斥开关的接通分支。
getState()：返回互斥开关的当前状态。
getResistance()：根据互斥开关状态返回电阻值。
getPinVoltages()：返回互斥开关引脚的电压列表。
SteppedRegulator 类
职责：代表电路中的分档调速器设备。
属性：
level：分档调速器的当前档位。
LEVELS：分档调速器的电压级别数组。
方法：
updateState(String command)：根据控制命令调整档位。
getState()：返回分档调速器的当前档位。
getPinVoltages()：返回分档调速器引脚的电压列表。
ContinuousRegulator 类
职责：代表电路中的连续调速器设备。
属性：
level：连续调速器的当前档位参数。
方法：
updateState(String command)：根据控制命令设置档位参数。
getState()：返回连续调速器的当前档位参数。
getPinVoltages()：返回连续调速器引脚的电压列表。
IncandescentLamp 类
职责：代表电路中的白炽灯设备。
方法：
getState()：根据输入电压返回白炽灯的亮度。
getPinVoltages()：返回白炽灯引脚的电压列表。
FluorescentLamp 类
职责：代表电路中的日光灯设备。
方法：
getState()：根据输入电压返回日光灯的亮度。
getPinVoltages()：返回日光灯引脚的电压列表。
CeilingFan 类
职责：代表电路中的吊扇设备。
方法：
getState()：根据输入电压返回吊扇的转速。
getPinVoltages()：返回吊扇引脚的电压列表。
FloorFan 类
职责：代表电路中的落地扇设备。
方法：
getState()：根据输入电压返回落地扇的转速。
getPinVoltages()：返回落地扇引脚的电压列表。
Curtain 类
职责：代表电路中的受控窗帘设备。
方法：
getState()：根据输入电压返回窗帘的打开比例。
getPinVoltages()：返回窗帘引脚的电压列表。
Diode 类
职责：代表电路中的二极管设备。
属性：
isForward：表示二极管是否正向导通。
方法：
updateState(String command)：根据电压方向更新二极管的导通状态。
getState()：返回二极管的当前状态。
getResistance()：根据二极管状态返回电阻值。
getPinVoltages()：返回二极管引脚的电压列表。
Circuit 类
职责：管理整个电路系统，包括所有设备和电路连接。
属性：
devices：存储所有设备的映射。
serialCircuits：存储所有串联电路的映射。
parallelCircuits：存储所有并联电路的映射。
方法：
addDevice(CircuitDevice device)：添加设备到电路中。
addSerialCircuit(String info)：添加串联电路。
addParallelCircuit(String info)：添加并联电路。
executeCommand(String command)：执行控制命令。
updateCircuit()：更新电路状态。
getSerialCircuit(String id)：获取指定ID的串联电路。
getDevice(String deviceId)：获取指定ID的设备。
createDevice(char type, String id)：根据类型创建设备。
getStates()：获取所有设备的状态信息。
SerialCircuit 类
职责：代表电路中的串联部分。
属性：
id：串联电路的标识符。
devices：串联电路中的设备列表。
parentCircuit：父电路对象。
方法：
isCircuitClosed()：判断串联电路是否闭合。
updateVoltage(double inputVoltage)：更新串联电路中设备的电压。
getDevices()：获取串联电路中的设备列表。
ParallelCircuit 类
职责：代表电路中的并联部分。
属性：
id：并联电路的标识符。
branches：并联电路中的分支列表。
parentCircuit：父电路对象。
方法：
isCircuitClosed()：判断并联电路是否闭合。
updateVoltage(double inputVoltage)：更新并联电路中设备的电压。
这些类的设计涵盖了家居强电电路模拟程序-4的主要功能，包括设备的状态管理、电路的连接和控制命令的执行。每个类都具有明确的职责，易于扩展和维护。
初始化电路系统：
创建 Circuit 类的实例，该实例将管理整个电路系统，包括所有设备和电路连接。
读取输入数据：
使用 Scanner 类实例从控制台读取输入数据。
持续读取输入，直到接收到特定的结束标志（如 "end"）。
解析输入数据：
将输入数据存储在 List 集合中，便于后续处理。
遍历输入数据列表，根据输入行的类型（如以 "#T" 或 "#M" 开头）分别处理串联和并联电路连接信息。
处理电路连接：
对于每条串联电路信息（以 "#T" 开头），调用 Circuit 类的 addSerialCircuit 方法添加串联电路。
对于每条并联电路信息（以 "#M" 开头），调用 Circuit 类的 addParallelCircuit 方法添加并联电路。
对于其他以 "#" 开头的行，这些是控制命令，调用 Circuit 类的 executeCommand 方法执行这些命令。
更新电路状态：
调用 Circuit 类的 updateCircuit 方法，根据设备状态更新电路的电压分配，并进行短路和电流限制检查。
输出设备状态：
调用 Circuit 类的 getStates 方法获取所有设备的状态信息。
遍历状态信息列表，将每个设备的状态输出到控制台。
错误处理：
如果在任何步骤中检测到短路，设置 flag 变量为特定值（如1），并在程序结束前检查该变量，如果为短路状态，则输出短路错误信息。

3. 踩坑心得
在家居强电电路模拟程序-3和程序-4的过程中，遇到了一些挑战和问题
设备状态管理的复杂性：
在模拟电路中，设备状态的正确管理是至关重要的。我发现，任何状态更新的延迟或错误都可能导致电路模拟不准确。因此，我增加了更多的状态检查和验证逻辑，以确保状态的一致性和准确性。
电路连接逻辑的准确性：
确保电路连接逻辑的正确性是另一个挑战。我发现，在处理串联和并联电路时，错误的连接可能导致电路短路或设备损坏。因此，我重新设计了电路连接的逻辑，增加了更多的错误检查和反馈机制。
控制命令的解析和执行：
我发现，控制命令的解析和执行是程序中容易出现问题的部分。无效或错误的命令可能导致程序异常或设备状态不正确。因此，我引入了更严格的输入验证和错误处理机制，以确保命令的正确执行。
短路和电流限制的检测：
在模拟电路时，短路和电流超过限制是常见的问题。我最初未能有效地检测这些问题，导致模拟结果不准确。通过增加短路检测和电流限制检查，我提高了程序的安全性和可靠性。
二极管导通状态的管理：
在程序-4中增加二极管后，我发现管理二极管的导通状态是一个技术挑战。不正确的导通状态可能导致电路模拟错误。我通过增加电压方向检查和状态更新逻辑，确保了二极管的正确模拟。
性能优化和响应速度：
对于复杂的电路模拟，性能优化和响应速度是关键。我发现，初始版本的程序在处理大量设备和复杂电路时性能不佳。通过优化算法和数据结构，我提高了程序的运行效率。
用户输入的错误处理：
用户输入错误是导致程序异常的常见原因。我增加了更多的用户输入验证和错误提示，以帮助用户正确输入数据，减少程序异常。
4. 改进建议
增强输入验证机制：
引入更复杂的正则表达式验证逻辑，确保所有输入数据的格式和内容符合预期，减少因输入错误导致的程序异常。
实时反馈与错误提示：
在用户输入数据或执行命令时，提供实时反馈。对于任何不符合格式的输入或错误的命令，立即给出明确的错误提示，并允许用户重新输入。
优化异常处理逻辑：
为程序添加全局异常处理逻辑，确保任何未被捕获的异常都能被妥善处理，并给出用户友好的错误信息。
细化异常类型：
针对不同类型的输入错误和程序异常，抛出更具体的异常类型，并在捕获异常时提供详细的错误信息，便于问题定位和修复。
功能模块化与单一职责原则：
将输入解析、业务逻辑处理、结果输出等功能分离成独立的模块或类，降低耦合度，提高代码的可读性和可维护性。确保每个类或方法只处理一种类型的任务，简化调试和测试过程。
性能优化与算法选择：
根据实际使用场景选择最合适的数据结构和算法，特别是在处理大量设备和复杂电路时，优化算法以提高程序的运行效率和响应速度。
电路模拟精度提升：
使用更精确的数值计算方法来处理电路中的电压和电流计算，避免因浮点数精度问题导致的模拟误差。
电路安全检查增强：
在模拟电路连接时，增加短路和过载保护逻辑，确保电路模拟的安全性，并在检测到异常时提供明确的错误信息和处理建议。
5.总结
家居强电电路模拟程序-3和程序-4，这两个程序分别模拟了智能家居中的强电电路行为，并在原有基础上进行了扩展和优化，我学习了如何设计类和对象来模拟现实世界中的问题，如家居电路模拟中的开关、调速器、灯具等设备。掌握了如何使用正则表达式进行输入验证，确保数据的正确性和程序的健壮性。了解了在Java中处理异常的重要性，以及如何使用 try-catch 块来捕获和处理异常。加深了对封装、继承和多态等面向对象编程概念的理解，尤其是在答题判题程序和家居电路模拟程序中的应用。深入学习了更复杂的数据结构和算法，以解决更大规模的问题。家居电路模拟程序。通过本阶段的学习，我不仅提升了自己的编程技能，也对软件开发有了更深入的理解。未来的学习将更加注重实践和深入研究，以应对更加复杂和挑战性的项目。
6.学期总结
经过这一学期的Java课程学习，我获得了宝贵的知识和技能，这些收获不仅让我在编程领域有了更深的理解，也为我未来的职业发展奠定了坚实的基础。
我深入学习了Java语言的基础知识，包括数据类型、控制结构、循环、数组等，这些是编程世界的基石。
我掌握了面向对象的核心概念，如类、对象、继承、多态和封装，这些概念让我能够设计出更加模块化和可重用的代码。
在这一学期的学习过程中，虽然过程中有挫折，但每一次克服困难都让我变得更加强大。
感谢老师的耐心指导和无私分享，您的知识和经验是我学习路上的灯塔。
与同学们的讨论和合作让我受益匪浅，我们相互学习，共同进步。
我也反思了学习过程中的不足，比如在时间管理和深入理解某些概念上的不足，这将是我未来改进的方向。
总结这一学期，我收获了知识，技能。明白了Java课程不仅仅是一门编程语言的学习。我将带着这一学期的收获，继续前行，在编程的道路上不断探索和进步。