JAVA第二次博客作业

一、前言

总结三次题目集的知识点、题量、难度等情况

第四次作业 答题判题程序-4
　　在第三次题目的基础上，增加了对多选题和填空题的判断，这里要着重注意这两种题型的给分方式。多选题“答案包含所有正确答案且不含错误答案给满分；包含一个错误答案或完全没有答案给0分；包含部分正确答案且不含错误答案给一半分，如果一半分值为小数，按截尾规则只保留整数部分。”填空题“答案与标准答案内容完全匹配给满分，包含一个错误字符或完全没有答案给0分，包含部分正确答案且不含错误字符给一半分，如果一半分值为小数，按截尾规则只保留整数部分。”并且输出的时候，判断结果除了'true'、'false',增加了一项‘partially correct’表示部分正确。

 主要知识点：

  •  面向对象编程 使用继承（如MultipleChoiceQuestion继承自Question）来表示题目的不同类型。
  •  多态：在AnswerSheet类中根据题目类型（单选题、多选题、填空题）调用不同的计算得分和正确性的方法。
  •  数组和集合操作：在TestParser类中动态扩展数组和列表以存储解析后的数据。

第五次作业 家居强电电路模拟程序-1
　　本题要求设计一个智能家居强电电路模拟系统，模拟开关、分档调速器、连续调速器对灯和风扇等受控设备的影响。系统需要处理设备连接信息、控制设备调节信息，并根据这些信息计算并输出各设备的状态或参数。输入以"end"结束，输出要求按设备类型和编号顺序显示所有设备的状态。
 主要知识点：

  • 面向对象编程（OOP）：设计电路设备类、受控设备类、控制设备类等，以及它们的属性和方法。
  • 类设计：设计类图，定义类之间的关系，包括继承和关联等。
  • 数据结构：使用合适的数据结构（如List、Map...）来存储设备状态和连接信息。

第六次作业 家居强电电路模拟程序-2

　　本次迭代在“家居强电电路模拟程序-1”的基础上增加了对并联电路的处理，同时扩展了受控设备的种类，新增了落地扇，并且开始考虑设备电阻对电路的影响。

 主要知识点：

  •  类、继承、多态、封装
  •  面向对象设计的八大原则
  •  方法重载和覆盖
  •  设备类型的转换

题量&难度：题目经过每次迭代，其代码量和难度都会逐渐增加，由几百行到上千行。

二、设计与分析

重点对题目的提交源码进行分析，可参考SourceMontor的生成报表内容以及PowerDesigner的相应类图，要有相应的解释和心得（做到有图有真相）。

第四次作业 答题判题程序-4

设计类图如下：

　　相比于答题判断程序-3，这次设计了更加复杂的类，增加了MultipleChoiceQuestion类，继承自Question类，用来为多选题构造属性和方法。

 在这个类图中：

  • Main类：负责初始化TestParser对象，解析输入，处理学生、试卷、题目和答卷信息，并输出结果。

  • TestParser类：负责解析输入的字符串，包括学生信息、试卷信息、题目信息和答卷信息，并验证格式。

  • Student类：表示学生，包含学号和姓名属性，以及获取和设置这些属性的方法。

  • Exam类：表示试卷，包含试卷号和题目列表，提供方法管理题目和计算总分。

  • Question类：表示题目，包含题目编号、内容、标准答案、分值和类型标志。

  • AnswerSheet类：表示答卷，包含试卷号、答案列表、得分列表和判断答案正确性的方法。

  • ExamSystem类：管理学生与其试卷和答卷的关系，提供方法添加和检索学生信息。

  • MultipleChoiceQuestion类：继承自Question类，表示多选题，提供计算得分和正确性的方法。

主要逻辑和详细设计：

1.输入解析：

　　TestParser类中的parseInput方法读取输入直到"end"结束，然后再根据输入类（如"#N"、"#T"等）存储到各自的StringBuilder中，然后用正则表达式验证格式是否正确。

2.学生信息处理：

　　parseStudent方法解析学生信息，创建Student对象并存储。

3.题目信息处理：

　　parseQuestions_N、parseQuestions_Z和parseQuestions_K方法分别解析普通题、选择题和填空题，创建Question对象并存储。

　　针对于填空题的文本解析，由于填空题的答案可能不唯一，答案之间用“或”分隔，方法会将这些答案分割并添加到Question对象的标准答案列表中；对于多选题的答案，则是直接添加到Question对象的标准答案列表中。最后将对象添加到questions数组中。

　　这里还创建了一个标识符flag用来区分题目类型，0为普通题目或单选题，1为多选题，2为填空题。

（但是后来当我对继承更加熟悉，再回过头看我的程序时，我觉得这一部分应该改成一个基础题目父类，然后派生出普通题、多选题、填空题三个子类，而不是直接设置一个标识符来区分！！！）

4.试卷信息处理：

　　parseExams方法解析试卷信息，创建Exam对象，并根据试卷信息添加题目。

5.答卷信息处理：

　　parseAnswerSheets方法解析答卷信息，创建AnswerSheet对象，并与对应的Exam对象关联。

6.得分和正确性计算：

　　AnswerSheet类的CalAndJudge方法对每个题目根据其类型（单选、多选、填空）分别调用不同的方法来计算得分和判断答案的正确性。如果题目有效（即不是“none_null”或“del_null”），则根据题目的类型标志（flag），选择对应的方法（`cal_0`、`cal_1`、`cal_2`）进行处理。如果学生没有对应的答案，则该题目得分为0，正确性为false。最后，计算总分。

　　cal_0方法是判断单选题的答案是否正确。如果学生的答案与标准答案完全一致，则该题目得分为题目的分值，正确性为true；否则得分为0，正确性为false。然后将得分累加到总分中。

　　cal_1方法计算多选题的得分和正确性。如果学生的答案包含所有正确答案且没有错误答案，则得满分；如果学生的答案包含部分正确答案但不含错误答案，则得一半分；如果学生的答案包含错误答案或没有答案，则得0分。

复制代码
 public void cal_1(Question q, int i) {
        List<String> standardAnswers = q.getStandardAnswers();
        List<String> studentAnswers = answers.get(i);
        // 包含所有正确答案且不含错误答案给满分
        if (studentAnswers.containsAll(standardAnswers) && standardAnswers.containsAll(studentAnswers)) {
            answersScore.add(q.getScore());
            answersBoolean.add("true");
            answerRight.add(2); // 完全正确
        }
        // 包含部分正确答案且不含错误答案给一半分
        else if (!studentAnswers.containsAll(standardAnswers) && standardAnswers.containsAll(studentAnswers)) {
            int halfScore = q.getScore() / 2;
            answersScore.add(halfScore);
            answersBoolean.add("partially correct");
            answerRight.add(1); // 部分正确
        }
        // 包含错误答案或没有答案给0分
        else {
            answersScore.add(0);
            answersBoolean.add("false");
            answerRight.add(0); // 错误
        }
        totalScore += answersScore.get(i);
    }
复制代码

　　cal_2方法计算填空题的得分和正确性。如果学生的答案与标准答案完全一致，则得满分；如果学生的答案包含部分正确答案且没有错误字符，则得一半分；如果学生的答案包含错误字符或没有答案，则得0分。

复制代码
  public void cal_2(Question q, int i) {
        List<String> standardAnswers = q.getStandardAnswers();
        List<String> studentAnswers = answers.get(i);
        String studentAnswer_str = answers.get(i).stream().collect(Collectors.joining("")); // 将学生答案列表转换为字符串
        String hole_answer = getStandardAnswersJoined(standardAnswers);
        //System.out.println("完整的填空题："+hole_answer);
        // 答案与标准答案内容完全匹配给满分
        if (studentAnswer_str.equals(hole_answer) ) {
            answersScore.add(q.getScore());
            answersBoolean.add("true");
            answerRight.add(2); // 完全正确
        }
        // 包含部分正确答案且不含错误字符给一半分
        else if (studentAnswers.size() > 0 && !studentAnswers.containsAll(standardAnswers) && standardAnswers.containsAll(studentAnswers)) {
            int halfScore = q.getScore() / 2;
            answersScore.add(halfScore);
            answersBoolean.add("partially correct");
            answerRight.add(1); // 部分正确
        }
        // 包含错误字符或完全没有答案给0分
        else {
            answersScore.add(0);
            answersBoolean.add("false");
            answerRight.add(0); // 错误
        }
        totalScore += answersScore.get(i);
    }
复制代码

7.输出结果：

　　在main方法中，遍历学生ID，对于每个学生，输出其所有试卷的答题信息和得分。

第五次作业 家居强电电路模拟程序-1

设计类图如下：

　　这次类图设计主要参考了老师在题目中给到的类图。

在这个类图中：

  • TestParser类负责解析输入、管理整个流程
  • SeriesCircuit类管理所有设备和连接关系
  • CircuitDevice类设备基类,定义共同属性
  • ControlDevice类是控制设备基类，派生三个子类：开关、分档调速器、连续调速器
  • ControlledDevice类时受控设备基类，派生出两个子类：灯、风扇

 主要逻辑和详细设计：

 　　以上是整个代码的顺序图，程序主要分为四个阶段，分别是初始化阶段、解析和创建设备阶段、处理控制命令阶段、计算和输出结果阶段。

1.初始化阶段

　　程序通过main方法接收用户输入，并创建TestParser实例来解析输入和管理流程。TestParser实例进一步创建SeriesCircuit实例，负责管理所有设备和连接关系。

2.解析和创建设备阶段

　　接着通过runParsing（input）函数开始解析输入的信息，由其中的parseinput（）将输入按照类型分类，parseConnections() 解析连接信息，解析出来的设备再通过createDevice(typeId) 创建具体设备实例，创建一个new CircuitDevice，它是所有设备的基类。

　　创建完设设备后，再通过addConnection()存储设备间的连接关系。

3.处理控制命令阶段

　　parseK/F/L方法解析控制命令，然后通过findTypeId()找到对应设备，更新设备状态，如开关切换、调速器调节等。

4.计算和输出结果阶段

　　通过calculateVoltageDifferences函数计算电路中设备电压差，首先设定初始电压值为220V，遍历设备列表devices。在遍历过程中，对于每个控制设备，通过类型转换获取其实例并计算输出电压，若输出电压为0，则所有设备电压差均为0，对于受控设备，通过类型转换获取其实例并计算其电压差，即当前电压值与前一个设备输出电压的差值，并更新受控设备的电压差。这样，依次处理所有设备后，可以得到整个电路中所有受控设备的电压差。

复制代码
    // 将设备转换为控制设备
    public ControlDevice castToControlDevice(CircuitDevice device) {
        if (device instanceof Device_K) {
            return (Device_K) device; // 转换为 Device_K
        } else if (device instanceof Device_F) {
            return (Device_F) device; // 转换为 Device_F
        } else if (device instanceof Device_L) {
            return (Device_L) device; // 转换为 Device_L
        } else {
            throw new ClassCastException("设备无法转换为控制设备类型");
        }
    }
    //将设备转换成受控设备代码 也是如此
复制代码
　　然后根据电压差计算受控设备的状态，如灯的亮度，吊扇的转速...
　　由于输出信息需要按开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇的顺序依次输出所有设备的状态或参数，并且同类设备按编号顺序从小到大输出。因此编写排序排序算法获取排序后的设备列表。
复制代码
     // 获取所有设备并排序
    public List<CircuitDevice> getDevices() {
        // 定义设备类型的顺序
        List<CircuitDevice> tempDevice = new ArrayList<>(seriesCircuit.getDevices());
        final List<String> typeOrder = Arrays.asList("K", "F", "L", "B", "R", "D");
        // 排序设备
        tempDevice.sort((d1, d2) -> {
            int typeComparison = Integer.compare(typeOrder.indexOf(d1.getType()), typeOrder.indexOf(d2.getType()));
            if (typeComparison == 0) {
                return Integer.compare(d1.getId(), d2.getId()); // 同一类型下按 ID 排序
            }
            return typeComparison; // 按类型排序
        });
        return tempDevice; // 返回排序后的设备列表
    }
复制代码

　　最后输出所有设备的状态或参数。

第六次作业 家居强电电路模拟-2

设计类图如下：

　　和上一次相比，增加了Circuit类、ParallelCircuit类和MajorCircuit类来管理电路。

 

在这个类图中：

  • TestParser类：负责整体的输入解析和结果输出，协调各个部分的工作。

  • Circuit类（抽象）：表示电路，包括设备存储和连接信息，提供创建设备和添加连接的方法。

  • CircuitDevice类（抽象）：表示电路设备，定义了设备的基本属性和方法。

  • ControlDevice类（抽象）：表示控制设备，继承自CircuitDevice，提供控制设备的特有方法。

  • ControlledDevice类（抽象）：表示受控设备，继承自CircuitDevice，提供受控设备的特有方法。

  • Device_K、Device_F、Device_L：分别表示开关、分档调速器和连续调速器，实现具体的控制逻辑。

  • Device_B、Device_R、Device_D、Device_A：分别表示白炽灯、日光灯、吊扇和落地扇，实现具体的受控逻辑。

  • SeriesCircuit类：表示串联电路，继承自Circuit，管理串联电路的设备和连接。

  • ParallelCircuit类：表示并联电路，继承自Circuit，管理并联电路的串联电路连接。

  • MajorCircuit类：表示主电路，继承自Circuit，管理整个电路的主路径。

主要逻辑和详细设计：

（这里其实和上一个大作业没太大区别，就是添加了并联电路，然后多了一些逻辑处理）

1.初始化阶段

　　程序通过main方法接收用户输入，并创建TestParser实例来解析输入和管理流程。TestParser实例进一步创建SeriesCircuit实例，负责管理所有设备和连接关系。

2.解析和创建设备阶段

　　TestParser类读取输入，根据输入类型分类并存储。电路部分以‘#T’开头的为串联电路，其中‘VCC’开头的成为主电路，‘IN’开头的为支路，‘#M’开头的为并联电路，然后各自添加到相应的电路中。 　　接着开始解析连接信息，创建设备实例，添加连接信息。 　　这里在TestParser类里创建如下数据结构存储三种电路信息。

 private List<SeriesCircuit> seriesCircuits; // 支路
 private List<ParallelCircuit> parallelCircuits; // 并联
 private MajorCircuit majorCircuit;//电路主路

　　和上一题存储设备和连接情况不同的是，我使用了Map、List来存储主路和每一条支路的设备和连接信息;

 protected Map<String, CircuitDevice> devices;//存放设备
 protected List<String>connections;//存放连接信息

　　而并联电路中，使用的是一个存储串联电路对象的列表。

 protected List<SeriesCircuit>connections;

　　每种电路都可以看成是一个独立的电路设备，拥有输入电压、输出电压、电阻、电流这些基本属性。

3.处理控制命令阶段

　　parseK/F/L方法解析控制命令，然后通过devices.get(id)找到对应设备，更新设备状态，如开关切换、调速器调节等。

4.计算和输出结果阶段

　　这里计算电压差就比较复杂了，因为加入了并联和电阻的条件，而且还要考虑电路中的各种情况，因此我设置了一个标志位 flag ，如：0-断路、1-短路、2-通路。

　　先遍历各个电路，计算它们整体的电阻，并判断电路连通情况以及设置对应的标志位。

　　对于并联电路，如果它其中的支路（串联电路）全部断路，则该并联电路断路；如果有一条路短路，则该并联电路短路，并且短路情况要考虑是否有控制设备，一条支路上全为控制设备且输出电压不为0，也算是短路情况。

复制代码
    //计算并联电路上的电阻
    //如果短路 也就是没有设备  整个并联电路电阻为0
    public void calPartCircuitResistance(){
        double resistance_partcircuit=0;
        double temp_vol=0;
        int allflag=0;
        for(SeriesCircuit temp:connections){
            if(temp.flag==1){//并联电路里 有一个短路就都短路
                flag=1;
                return;
            }
            if(temp.flag==2) {//连通计算电阻
                if (temp.resistance != 0)
                    temp_vol += 1 / temp.resistance;
            }
            allflag+=temp.flag;

        }
        if(allflag==0){
            flag=0;//如果并联中的电路全部断开，则并联 设为断开
        }
        if(temp_vol!=0)
            resistance_partcircuit=1/temp_vol;
        resistance = resistance_partcircuit;//更新电阻
    }
}
复制代码

　　计算完各电路电阻之后，如果整个电路是连通的，就开始计算各部分电流，然后求它们的电压差，先求整体（并联部分和主支路），再求细节（各电路上的设备）的电压差。

　　最后对设备排序之后就可以输出结果了。

三、踩坑心得

对源码的提交过程中出现的问题及心得进行总结，务必做到详实，拿数据、源码及测试结果说话，切忌假大空

针对第六次大作业：

　　一开始编程的时候，电路中的好多情况都没有想到，导致一大堆测试点没过。

这就是不思考就上手写代码的效果：）

　　然后自己编写了一些测试样例也测得没问题，还是想不出来问题在哪，就去和同学交流，借助他们的样例进行测试。

　　最后发现是我没考虑到 VCC直连并联电路 以及 电路出现短路的情况。

　　并联电路中，在不是断路的前提下，支路没有设备是短路，只有控制设备没有受控设备也是短路；但是主路如果没有设备或者只有控制设备时，不能直接判定为短路，还要考虑到其中并联的状态。

　　而且我一开始写的时候，就是简单的把断路电路的电阻设置为0，这样在我添加判断是否为短路的代码就比较复杂和困难，然后我就删除了这个逻辑，加了一个标志位 flag，去设置其短路、断路、通路的状态，整个过程还是比较复杂的，就是因为我敲代码之前没规划好。

　　设置了标志位之后，在计算电阻、电流、电压差时都对其进行判断。

 　　修改了这一部分逻辑之后，就通过了大部分测试点。

 　　但最后还是有三个测试点没过，不知道为啥，可能又漏掉了一些细节吧。

四、改进建议

对相应题目的编码改进给出自己的见解，做到可持续改进

　　第四次大作业的类设计，可以设置成一个基础题目父类，然后派生出普通题、多选题、填空题三个子类，而不是直接设置一个标识符来区分是什么类型的题目，当初对继承不是很了解，现在熟悉了之后，才知道继承的重要和方便。

　　写代码之前，一定一定要先多读几遍题目内容，起码对题目框架有个清晰的认识，然后也可以把思路和考虑到的各种情况都记录下来，多读几遍题目，边读边补充遗漏的、没考虑到的情况。

　　有的类实现的功能太多了，维护和修改起来不是很方便，下次可以在实现多个功能的类里面设计内部类。

五、总结

对本阶段三次题目集的综合性总结，学到了什么，哪些地方需要进一步学习及研究。

　　通过这三次大作业的编写，我对面向对象编程的核心概念，包括继承、多态和封装有了更清晰的认识，也真正意识到了它们的重要和方便，这些是只学理论所不能体会到的，只有自己真正实践运用起来，才能体会到那些理论知识的意义和重要性。

　　还有，测试也很重要，一个好的测试样例可以帮你找到程序中的错误和不足，我也应该学会编写不同情况下的测试样例，虽然这几次我都是在向同学询问测试样例。

 

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