一、前言:
在完成了家具强电电路模拟程序-1与家具强电电路模拟程序-2的基础上,这套家具强电电路模拟程序又经过了两次迭代,我也和解决之前迭代问题一样,先对增加的需求进行分析,然后设计我的程序,最后编写代码。在难度方面,家具强电电路模拟程序-3相对于家具强电电路模拟程序-2没有很明显的提升,而家具强电电路模拟程序-4相对难度较大,需要考虑的情况和程序的复杂度都大大提升。
首先是家具强电电路模拟程序-3,它这次迭代引入了互斥开关,受控窗帘等元器件,还增加了串联里可以添加串联的情况,总体迭代除了互斥开关之外都在程序家具强电电路模拟程序-2的扩展范围内,不算很难。
而家具强电电路模拟程序-4中,新增了元器件两端引脚的单独输出,这个需求类似于每个元器件电势的输出,这个需求大大提高了程度的复杂度,由于之前的程序没有对这方面进行扩展,所以我只能在主函数中又遍历一遍输入的字符串,解析并分配他们的电势,最后输出结果,二极管和互斥开关的进一步要求也使本次题目集需要仔细的思考,难度相对于前几次提高了。
二、设计与分析及踩坑心得:
以下对这两次题目集的家具强电电路模拟程序进行代码分析:
一:家具强电电路模拟程序-3:
智能家居是在当下家庭中越来越流行的一种配置方案,它通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等)连接到一起,提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化,提供全方位的信息交互功能。请根据如下要去设计一个智能家居强电电路模拟系统。以下题目介绍中加粗的部分为本次迭代在“家居强电电路模拟程序-2”的基础上增加的功能要求。
1、控制设备
本题模拟的控制设备包括:开关、分档调速器、连续调速器、互斥开关。
开关:包括0和1两种状态。
开关有两个引脚,任意一个引脚都可以是输入引脚(接往电源端),而另一个则是输出引脚(接网接地端)。开关状态为0时,无论输入电位是多少,输出引脚电位为0。当开关状态为1时,输出引脚电位等于输入电位。
互斥开关:
互斥开关有3个引脚:1个是汇总引脚,另两个是分支引脚。开关电路示意图如图1所示,左边是汇总引脚,编号为1;右边两个是分支引脚,右上的输出引脚为2,右下输出引脚为3。图中1、2、3引脚均可以是输入引脚,当1为输入引脚时,2、3引脚为输出引脚;1为输出引脚时,2、3引脚为输入引脚。互斥开关只有两种状态:开关接往上面的2号引脚、接往下面的3号引脚。开关每次只能接通其中一个分支引脚,而另一个分支引脚处于断开状态。互斥开关的默认状态为1、2引脚接通,1、3引脚断开。图1中所示的互斥开关可以反过来接入电路,即汇总引脚接往接地端,两个分支引脚接往电源端。
图1 互斥开关
为避免短路,互斥开关设置了限流电阻,12引脚之间默认电阻为5,13引脚之间默认电阻为10。
分档调速器
按档位调整,常见的有3档、4档、5档调速器,档位值从0档-2(3/4)档变化。本次迭代模拟4档调速器,每个档位的输出电位分别为0、0.3、0.6、0.9倍的输入电压。
连续调速器
没有固定档位,按位置比例得到档位参数,数值范围在[0.00-1.00]之间,含两位小数。输出电位为档位参数乘以输入电压。
所有调速器都有两个引脚,一个固定的输入(引脚编号为1)、一个输出引脚(引脚编号为2)。当输入电位为0时,输出引脚输出的电位固定为0,不受各类开关调节的影响。
开关、调速器的初始状态/档位为0。
调速器的输入引脚编号为1,输出引脚编号为2。
除互斥开关外,其他控制设备的电阻为 0。
2、受控设备
本题模拟的受控设备包括:灯、风扇。两种设备都有两根引脚,通过两根引脚电压的电压差驱动设备工作。
灯有两种工作状态:亮、灭。在亮的状态下,有的灯会因引脚电位差的不同亮度会有区别。
风扇在接电后有两种工作状态:停止、转动。风扇的转速会因引脚间电位差的不同而有区别。
本次迭代模拟两种灯具。
白炽灯:
亮度在0~200lux(流明)之间。
电位差为0-9V时亮度为0,其他电位差按比例,电位差10V对应50ux,220V对应200lux,其他电位差与对应亮度值成正比。白炽灯超过220V。
日光灯:
亮度为180lux。
只有两种状态,电位差为0时,亮度为0,电位差不为0,亮度为180。
本次迭代模拟两种风扇。
吊扇:
工作电压区间为80V-150V,对应转速区间为80-360转/分钟。80V对应转速为80转/分钟,150V对应转速为360转/分钟,超过150V转速为360转/分钟(本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况)。其他电压值与转速成正比,输入输出电位差小于80V时转速为0。
落地扇:
工作电压区间为 80V-150V,对应转速区间为 80-360 转/分钟;[80V,100V) 对应转速为 80 转/分钟;[100,120)V 对应转速为 160 转/分钟;[120,140)V 对应转速为 260 转/分钟;大于等于 140V 转速 为 360 转/分钟(本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况)。
本次迭代模拟一种受控窗帘:
受控窗帘的电路符号为S,其最低工作电压为50V,电压达到或超过50V,窗帘即可正常工作,不考虑室外光照强度和室内空间大小等因素,窗帘受室内灯光的光照强度控制。
当电路中所有灯光的光照强度总和在[0,50)lux范围内,窗帘全开;
在[50,100)lux范围内,窗帘打开比例为0.8;
在[100,200)lux范围内,窗帘打开比例为0.6;
在[200,300)lux范围内,窗帘打开比例为0.4;
在[300,400)lux范围内,窗帘打开比例为0.2;
在400lux及以上范围内,窗帘关闭。
当电压低于50V,窗帘不工作,默认为全开状态。
如果电路中没有灯或者灯全部关闭,光照强度为0,窗帘处于全开状态。
受控设备电阻:白炽灯的电阻为 10,日光灯的电阻为 5,吊扇的电阻为 20,落地扇的电阻为 20,窗帘电阻为15。
3、输入信息
1)输入设备信息
分别用设备标识符K、F、L、B、R、D、A、H、S分别表示开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、落地扇、互斥开关、受控窗帘。
设备标识用标识符+编号表示,如K1、F3、L2等。
引脚格式:设备标识-引脚编号,例如:K1-1标识编号为1的开关的输入引脚。
开关、分档调速器、连续调速器的输入引脚编号为1,输出引脚编号为2。
受控设备的两个引脚编号分别为1、2。
互斥开关的引脚编号已经在互斥开关的介绍部分说明。
约束条件:
不同设备的编号可以相同。
同种设备的编号可以不连续。
设备信息不单独输入,包含在连接信息中。
2)输入连接信息
一条连接信息占一行,用[]表示一组连接在一起的设备引脚,引脚与引脚之间用英文空格" "分隔。
格式:"["+引脚号+" "+引脚号+"]"
例如:[K1-1 K3-2]表示K1的1引脚,K3的2引脚连接在一起。
约束条件:
不考虑调速器串联到其他调速器的情况。
考虑各类设备的并联接入。例如,K1 的输出接到 L2 的输入,L2 的输出再接其他设备属于串联接线。K1 的输出接到 L2 的输出,同时 K1 的输入接到 L2 的输入,这种情况属于并联。
本次迭代的连接信息不单独输入,包含在线路信息中。
3)输入控制设备调节信息
开关、互斥开关调节信息格式:
#+设备标识K+设备编号,例如:#K2,代表切换K2开关的状态。
#+设备标识H+设备编号,例如:#H2,代表切换H2互斥开关的状态。
分档调速器的调节信息格式:
#+设备标识F+设备编号+"+" 代表加一档,例如:#F3+,代表F3输出加一档。
#+设备标识F+设备编号+"-" 代表减一档,例如:#F1-,代表F1输出减一档。
连续调速器的调节信息格式:
#+设备标识L+设备编号+":" +数值 代表将连续调速器的档位设置到对应数值,例如:#L3:0.6,代表L3输出档位参数0.6。
4)电源接地标识:
VCC,电压220V,GND,电压0V。没有接线的引脚默认接地,电压为0V。
5)输入串联电路信息
一条串联电路占一行,串联电路由按从靠电源端到接地端顺序依次输入的 n 个连接 信息组成,连接信息之间用英文空格" "分隔。
串联电路信息格式:
"#T"+电路编号+":"+连接信息+" "+连接信息+...+" "+连接信息
例如:#T1:[IN K1-1] [K1-2 D2-1] [D2-2 OUT] 一个串联电路的第一个引脚是 IN,代表起始端,靠电源。最后一个引脚是 OUT,代表结尾端, 靠接地。
约束条件:
不同的串联电路信息编号不同。输入的最后一条电路信息必定是总电路信息,总电路信息的起始引脚是 VCC,结束引脚是 GND。连接信息中的引脚可能是一条串联或并联电路的 IN 或者 OUT。例如:#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT OUT]#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT M2-IN] [M2-OUT OUT]
6)输入并联电路信息
一条并联电路占一行,并联电路由其包含的几条串联电路组成,串联电路标识之间用英文空格" "分隔。
格式:
"#M"+电路编号+":"+”[”+串联电路信息+" "+....+" "+串联电路信息+”]”
例如:#M1:[T1 T2 T3]
该例声明了一个并联电路,由 T1、T2、T3 三条串联电路并联而成,三条串联电路的 IN 短 接在一起构成 M1 的 IN,三条串联电路的 OUT 短接在一起构成 M1 的 OUT。
约束条件:
本次迭代不考虑并联电路中包含并联电路的情况。
本题不考虑输入电压或电压差超过220V的情况。
输入信息以end为结束标志,忽略end之后的输入信息。
本题中的并联信息所包含的串联电路的信息都在并联信息之前输入,不考虑乱序输入的情况。
只要不因短路而造成无穷大的电流烧坏电路(如电路中的部分短接),都是合理情况,在测试点的考虑范围之内。会造成无穷大的电流的短路本次迭代不考虑。
本次迭代考虑多个并联电路串联在一起的情况。
本题考虑一条串联电路中包含其他串联电路的情况。例如:
#T3:[VCC K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT K2-1] [K2-2 T1-IN] [T1-OUT GND]
本例中T1\T2两条串联电路T3的一个部分,本题考虑这种类型的输入。
4、输出信息:
按开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、互斥开关、受控窗帘的顺序依次输出所有设备的状态或参数。每个设备一行。同类设备按编号顺序从小到大输出。
输出格式:
@设备标识+设备编号+":" +设备参数值(控制开关的档位或状态、灯的亮度、风扇的转速,只输出值,不输出单位)
连续调速器的档位信息保留两位小数,即使小数为0,依然显示两位小数.00。
开关状态为0(打开)时显示turned on,状态为1(合上)时显示closed
如:
@K1:turned on
@B1:190
@L1:0.60
互斥开关显示1、2引脚的接通状态,接通时显示closed,断开时显示turned on。
如:
@H1:turned on
受控窗帘显示窗帘打开的百分比,如:
@S1:80%
设计分析以及踩坑心得:
在题目集7中的家具强电电路模拟程序-3中,我新增了三个类。以下是对这三个类的代码分析:
1.窗帘类:
窗帘类中,根据迭代要求,我重新编写了窗帘类中的setspeed方法与toStringElectric方法,以下是代码展示:
class Curtain extends Electric{public Curtain(){}public Curtain(String fanName ,double resistance){super(fanName,resistance);setSpeedab(100);}public void setSpeed(double inputVoltage) {if(inputVoltage<50){setSpeedab(100);}else if(inputVoltage>=50&&inputVoltage<100){setSpeedab(80);}else if(inputVoltage>=100&&inputVoltage<200){setSpeedab(60);}else if(inputVoltage>=200&&inputVoltage<300){setSpeedab(40);}else if(inputVoltage>=300&&inputVoltage<400){setSpeedab(20);}else if(inputVoltage>=400){setSpeedab(0);}}public void toStringElectric() {System.out.println("@"+getElectricName()+":"+(int)getSpeed()+"%");} }
2.互斥开关类:
其中,互斥开关类的迭代要求情况相对较复杂,但是它是工作情况和电器相似,且具有电阻,所以我将互斥开关类的父类设为了电器,以下是具体代码:
class Huchi extends Electric{public Huchi(){}public Huchi(String fanName ,double resistance){super(fanName,resistance);if(this.getResistance()==5) {setSpeedab(0);}else {setSpeedab(1);}}public void setSpeed(double inputVoltage) {if(this.getSpeed()==0){setSpeedab(1);}else{setSpeedab(0);}}public void toStringElectric() {if(getSpeed()==0){if(this.getResistance()==5) {System.out.println("@"+getElectricName()+":"+"closed");}else{System.out.println("@"+getElectricName()+":"+"turned on");}}else if(getSpeed()==1){if(this.getResistance()!=5) {System.out.println("@"+getElectricName()+":"+"closed");}else{System.out.println("@"+getElectricName()+":"+"turned on");}}} }
以下是题目集7的类图:
智能家居是在当下家庭中越来越流行的一种配置方案,它通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等)连接到一起,提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化,提供全方位的信息交互功能。请根据如下要去设计一个智能家居强电电路模拟系统。以下题目介绍中加粗的部分为本次迭代在“家居强电电路模拟程序-3”的基础上增加的功能要求。
1、控制设备
本题模拟的控制设备包括:开关、分档调速器、连续调速器、互斥开关。
开关:包括0和1两种状态。
开关有两个引脚,任意一个引脚都可以是输入引脚(接往电源端),而另一个则是输出引脚(接网接地端)。开关状态为0时,无论输入电位是多少,输出引脚电位为0。当开关状态为1时,输出引脚电位等于输入电位。
互斥开关:
互斥开关有3个引脚:1个是汇总引脚,另两个是分支引脚。
开关电路示意图如图1所示,左边是汇总引脚,编号为1;右边两个是分支引脚,右上的输出引脚为2,右下输出引脚为3。图中1、2、3引脚均可以是输入引脚,当1为输入引脚时,2、3引脚为输出引脚;1为输出引脚时,2、3引脚为输入引脚。
互斥开关只有两种状态:开关接往上面的2号引脚、接往下面的3号引脚。开关每次只能接通其中一个分支引脚,而另一个分支引脚处于断开状态。
互斥开关的默认状态为1、2引脚接通,1、3引脚断开。
图1中所示的互斥开关可以反过来接入电路,即汇总引脚接往接地端,两个分支引脚接往电源端。
图1 互斥开关
为避免短路,互斥开关设置了限流电阻,1、2引脚之间默认电阻为5,1、3引脚之间默认电阻为10。
分档调速器
按档位调整,常见的有3档、4档、5档调速器,档位值从0档-2(3/4)档变化。本次迭代模拟4档调速器,每个档位的输出电位分别为0、0.3、0.6、0.9倍的输入电压。
连续调速器
没有固定档位,按位置比例得到档位参数,数值范围在[0.00-1.00]之间,含两位小数。输出电位为档位参数乘以输入电压。
所有调速器都有两个引脚,一个固定的输入(引脚编号为1)、一个输出引脚(引脚编号为2)。当输入电位为0时,输出引脚输出的电位固定为0,不受各类开关调节的影响。
开关、调速器的初始状态/档位为0。
开关的两个引脚编号为1、2。
除互斥开关外,其他控制设备的电阻为 0。
2、受控设备
本题模拟的受控设备包括:灯、风扇。两种设备都有两根引脚,通过两根引脚电压的电压差驱动设备工作。
灯有两种工作状态:亮、灭。在亮的状态下,有的灯会因引脚电位差的不同亮度会有区别。
风扇在接电后有两种工作状态:停止、转动。风扇的转速会因引脚间电位差的不同而有区别。
本次迭代模拟两种灯具。
白炽灯:
亮度在0~200lux(流明)之间。
电位差为0-9V时亮度为0,其他电位差按比例,电位差10V对应50ux,220V对应200lux,其他电位差与对应亮度值成正比。白炽灯超过220V。
日光灯:
亮度为180lux。
只有两种状态,电位差为0时,亮度为0,电位差不为0,亮度为180。
本次迭代模拟两种风扇。
吊扇:
工作电压区间为80V-150V,对应转速区间为80-360转/分钟。80V对应转速为80转/分钟,150V对应转速为360转/分钟,超过150V转速为360转/分钟(本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况)。其他电压值与转速成正比,输入输出电位差小于80V时转速为0。
落地扇:
工作电压区间为 80V-150V,对应转速区间为 80-360 转/分钟;[80V,100V) 对应转速为 80 转/分钟;[100,120)V 对应转速为 160 转/分钟;[120,140)V 对应转速为 260 转/分钟;大于等于 140V 转速 为 360 转/分钟(本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况)。
本次迭代模拟一种受控窗帘:
受控串联的电路符号为S,其最低工作电压为50V,电压达到或超过50V,窗帘即可正常工作,不考虑室外光照强度和室内空间大小等因素,窗帘受室内灯光的光照强度控制。
当电路中所有灯光的光照强度总和在[0,50)lux范围内,窗帘全开;
在[50,100)lux范围内,窗帘打开比例为0.8;
在[100,200)lux范围内,窗帘打开比例为0.6;
在[200,300)lux范围内,窗帘打开比例为0.4;
在[300,400)lux范围内,窗帘打开比例为0.2;
在400lux及以上范围内,窗帘关闭。
当电压低于50V,窗帘不工作,默认为全开状态。
如果电路中没有灯或者灯全部关闭,光照强度为0,窗帘处于全开状态。
受控设备电阻:白炽灯的电阻为 10,日光灯的电阻为 5,吊扇的电阻为 20,落地扇的电阻为 20,窗帘电阻为15。
3、输入信息
1)输入设备信息
分别用设备标识符K、F、L、B、R、D、A、H、S、P分别表示开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、落地扇、互斥开关、受控窗帘、二极管(见第6部分说明)。
设备标识用标识符+编号表示,如K1、F3、L2等。
引脚格式:
设备标识-引脚编号,例如:K1-1标识编号为1的开关的1号引脚。
开关、分档调速器、连续调速器的两个引脚编号为1、2。
受控设备的两个引脚编号分别为1、2。
互斥开关的引脚编号已经在互斥开关的介绍部分说明。约束条件:
不同设备的编号可以相同。
设备信息不单独输入,包含在连接信息中。
2)输入连接信息
一条连接信息占一行,用[]表示一组连接在一起的设备引脚,引脚与引脚之间用英文空格" "分隔。
格式:
"["+引脚号+" "+引脚号+"]"
例如:[K1-1 K3-2]表示K1的1号引脚,K3的2号引脚连接在一起。约束条件:
不考虑调速器串联到其他调速器的情况。
考虑各类设备的并联接入。例如,K1 的输出接到 L2 的输入,L2 的输出再接其他设备属于串联接线。K1 的输出接到 L2 的输出,同时 K1 的输入接到 L2 的输入,这种情况属于并联。
连接信息不单独输入,包含在线路信息中。
3)输入控制设备调节信息
开关、互斥开关调节信息格式:
#+设备标识K+设备编号,例如:#K2,代表切换K2开关的状态。
#+设备标识H+设备编号,例如:#H2,代表切换H2互斥开关的状态。
分档调速器的调节信息格式:
#+设备标识F+设备编号+"+" 代表加一档,例如:#F3+,代表F3输出加一档。
#+设备标识F+设备编号+"-" 代表减一档,例如:#F1-,代表F1输出减一档。
连续调速器的调节信息格式:
#+设备标识L+设备编号+":" +数值 代表将连续调速器的档位设置到对应数值,例如:#L3:0.6,代表L3输出档位参数0.6。
4)电源接地标识:
VCC,电压220V,GND,电压0V。没有接线的引脚默认接地,电压为0V。
5)输入串联电路信息
一条串联电路占一行,串联电路信息由 n 个连接信息组成,连接信息按从靠电源端到接地端顺序依次输入,连接信息之间用英文空格" "分隔。
串联电路信息格式:
"#T"+电路编号+":"+连接信息+" "+连接信息+...+" "+连接信息
例如:#T1:[IN K1-1] [K1-2 D2-1] [D2-2 OUT] 一个串联电路的第一个引脚是 IN,代表起始端,靠电源。最后一个引脚是 OUT,代表结尾端, 靠接地。约束条件:
不同的串联电路信息编号不同。
输入的最后一条电路信息必定是总电路信息,总电路信息的起始引脚是 VCC,结束引脚是 GND。
连接信息中的引脚可能是一条串联或并联电路的 IN 或者 OUT。例如:
#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT OUT]
#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT M2-IN] [M2-OUT OUT]
6)输入并联电路信息
一条并联电路占一行,并联电路由其包含的几条串联电路组成,串联电路标识之间用英文空格" "分隔。
格式:
"#M"+电路编号+":"+”[”+串联电路信息+" "+....+" "+串联电路信息+”]”
例如:#M1:[T1 T2 T3]
该例声明了一个并联电路,由 T1、T2、T3 三条串联电路并联而成,三条串联电路的 IN 短接在一起构成 M1 的 IN,三条串联电路的 OUT 短接在一起构成 M1 的 OUT。
在本题中,并联电路M中的串联电路可以包含别的并联电路。
约束条件:
本题不考虑输入电压或电压差超过220V的情况。
输入信息以end为结束标志,忽略end之后的输入信息。
本题中的并联信息所包含的串联电路的信息都在并联信息之前输入,不考虑乱序输入的情况。
只要不因短路而造成无穷大的电流烧坏电路(如电路中的部分短接),都是合理情况。
本次迭代考虑多个并联电路串联在一起的情况。
本题考虑一条串联电路中包含其他串联电路和并联电路的情况。例如:
#T3:[VCC K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT K2-1] [K2-2 T1-IN] [T1-OUT GND]
本例中T1\T2两条串联电路是T3的一个部分,本题考虑这种类型的输入。
4、输出信息:
按开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、互斥开关、受控窗帘、二极管(见第6部分说明)的顺序依次输出所有设备的状态或参数。每个设备一行。同类设备按编号顺序从小到大输出。
输出格式:
@设备标识+设备编号+":" +设备参数值(控制开关的档位或状态、灯的亮度、风扇的转速,只输出值,不输出单位)+" "+设备所有引脚的电压(按编号从小到大顺序依次输出,电压的小数部分直接丢弃,保留整数输出,电压之间用”-”分隔)
说明:
连续调速器的档位信息保留两位小数,即使小数为0,依然显示两位小数.00。
开关状态为0(打开)时显示turned on,状态为1(合上)时显示closed
如:
@K1:turned on 32-15
@B1:190 68-17
@L1:0.60 220-176
互斥开关按1、2引脚的接通状态显示,1,2接通-1,3断开时显示closed,1,3接通-1,2断开时显示turned on。
如:
@H1:turned on
受控窗帘显示窗帘打开的百分比,如:
@S1:80%
5、家居电路模拟系列所有题目的默认规则
1)当计算电压值等数值的过程中,最终结果出现小数时,用截尾规则去掉小数部分,只保留整数部分。为避免精度的误差,所有有可能出现小数的数值用double类型保存并计算,不要作下转型数据类型转换,例如电压、转速、亮度等,只有在最后输出时再把计算结果按截尾规则,舍弃尾数,保留整数输出。
2)所有连接信息按电路从靠电源端到靠接地端的顺序依次输入,不会出现错位的情况。VCC/IN一定是第一个连接的第一项,GND/OUT一定是最后一个连接的后一项。
3)连接信息如果只包含两个引脚,靠电源端的引脚在前,靠接地端的在后。
4)调速器的输入端只会直连VCC,不会接其他设备。整个电路最多只有连接在电源上的一个调速器,且不包含在并联单路中。
5)本系列题目中元件的管脚除了互斥开关的1引脚,其他所有引脚在电路中最多只出现一次。
6、本题新增内容:
1)增加管脚电压的显示
在输出每个电器的状态信息后,再依次输出该电器每个管脚的电压。
2)电流限制
电器在工作时,过大的电流会引起电器过热,从而烧坏电路。本次迭代,每个元器件都有最大电流的设置,当实时电流超过最大电流时,在该电器输出信息的最后加入提示“exceeding current limit error”,与前面的信息之间用英文空格分隔。
例如:@B1:190 68-17 exceeding current limit error
本题各类电器的最大限定电流如下:
开关20、分档调速器18、连续调速器18、白炽灯9、日光灯5、吊扇12、落地扇14、互斥开关20、受控窗帘12、二极管8。
3)短路检测
如果电路出现无穷大的电流造成短路,所有元器件信息不输出,仅输出提示“short circuit error”
4)并联电路中包含并联
本次迭代考虑并联电路中包含并联电路的情况,即构成并联电路的串联电路可以包含别的并联电路。例如如下输入的电路,并联电路M2的其中一条串联电路T4中包含了另一条并联电路M1:
#T1:[IN D2-1] [D2-2 H1-2] [H1-1 OUT]#T2:[IN D1-1] [D1-2 H1-3] [H1-1 OUT]#M1:[T1 T2]#T4:[IN K3-1] [K3-2 M1-IN] [M1-OUT OUT]#T5:[IN K1-1] [K1-2 B1-1] [B1-2 OUT]#M2:[T4 T5]
5)二极管
增加二极管元件,其电路特性为:正向导通,反向截止;其电器符号如图4所示,当电流从左至右流过时,二极管导通”conduction”,电阻为0;电流从右至左流动时,二极管截止”cutoff”,电阻无穷大,相当于开关打开。
图2 二极管符号
二极管的标识符为’P’,左侧管脚编号为1,右侧管脚编号为2。
二极管如果两端电压相等,没有电流流过,分以下两种情况输出:
1、如果两端电压为0,二极管的导通/截止状态由接入方向决定,1号引脚靠近电源则状态为导通,反之为截止。
2、如果两端电压不为0,二极管导通。
设计分析以及踩坑心得:
本次题目集在引脚的判断上以及程序的复杂度上难度有明显的提高,以下是题目集8增加的几种需求:
1.增加管脚电压的显示,在输出每个电器的状态信息后,再依次输出该电器每个管脚的电压。
2.电器在工作时,过大的电流会引起电器过热,从而烧坏电路。本次迭代,每个元器件都有最大电流的设置,当实时电流超过最大电流时,在该电器输出信息的最后加入提示“exceeding current limit error”
3.如果电路出现无穷大的电流造成短路,所有元器件信息不输出,仅输出提示“short circuit error”
4.考虑并联电路中包含并联电路的情况,即构成并联电路的串联电路可以包含别的并联电路。
本次题目集3中最后一题的需求增加较多,所以本次代码上有较大程度的修改,以下是修改内容和实际分析:
1.对于管脚的电压输出,我采用了重新解析字符串的方法,在分配完每个元器件的电压后依次相减,以下是分配的方法;
public void rebuteTube(String s) {if (s.contains(":")) {s = s.replaceAll("#", "");String[] sub = s.split(":");if (sub[1].startsWith("[VCC")) {String sumseris[] = sub[1].split("]");for (int i = 0; i < sumseris.length; i++) {sumseris[i] = sumseris[i].replaceAll("^\\s+", "");sumseris[i] = sumseris[i].replace("[", "");String splitt[] = sumseris[i].split(" ");if (splitt[1].startsWith("L")||splitt[1].startsWith("F")) {String u[] = splitt[1].split("-");controller.setIv(inputiv);inputiv = controller.reOutputVoltage();controller.setOv(inputiv);controller.setLimit(electricalequipment.getSummmedcurrent());}else if (splitt[1].startsWith("M")) {String u[] = splitt[1].split("-");for(Parallelcircuit para:parallelcircuits) {if(para.getParaName().equals(u[0])) {double fenliu=0;ArrayList<Seriesconnection> connections=para.getConnections();for(Seriesconnection ser:connections){if(!ser.judgeIsopen()){fenliu=1;}if(para.getResistanceSum()>100000&&!para.judgeOpen()){ser.setParaV(inputiv);}else {ser.setParaV(para.getResistanceSum() * electricalequipment.getSummmedcurrent());}ser.setIv(inputiv);ser.rebuteiv(electricalequipment.getSummmedcurrent());}if(fenliu==0&¶.getResistanceSum()==0){for(Seriesconnection ser:connections){ser.rebuteiv(electricalequipment.getSummmedcurrent()/connections.size());}}inputiv=inputiv-para.getResistanceSum()*electricalequipment.getSummmedcurrent();break;}}}else if(splitt[1].startsWith("D")||splitt[1].startsWith("B")||splitt[1].startsWith("A")||splitt[1].startsWith("R")||splitt[1].startsWith("S")) {String u[] = splitt[1].split("-");for(Electric ele: electricals){if(ele.getElectricName().equals(u[0])){ele.setLimit(electricalequipment.getSummmedcurrent());ele.setIv(inputiv);inputiv = inputiv- ele.getInputVoltage();ele.setOv(inputiv);}}}else if(splitt[1].startsWith("K")) {String u[] = splitt[1].split("-");for(Controller sw:switches){if(sw.getSwitchName().equals(u[0])){sw.setIv(inputiv);if(sw.getIsOn()==1){sw.setLimit(electricalequipment.getSummmedcurrent());sw.setOv(inputiv);}else if(sw.getIsOn()==0){sw.setOv(0);inputiv=0;}}}}else if(splitt[1].startsWith("P")) {String u[] = splitt[1].split("-");for(Electric ele: electricals) {if (ele.getElectricName().equals(u[0])) {ele.setIv(inputiv);if (ele.getResistance() > 100) {ele.setOv(0);inputiv = 0;} else {ele.setLimit(electricalequipment.getSummmedcurrent());ele.setOv(inputiv);}}}}else if(splitt[1].startsWith("H")) {String u[] = splitt[1].split("-");int num1 = Integer.parseInt(u[1]);for(Electric e: electricals){if(e.getElectricName().equals(u[0])){if(num1==2){if(e.getSpeed()==2) {e.setLimit(electricalequipment.getSummmedcurrent());e.setOv(inputiv);inputiv = inputiv - e.getInputVoltage();e.setIv(inputiv);e.setOv2(0);}else{e.setOv(inputiv);e.setIv(0);}}else if(num1==3){if(e.getSpeed()==3) {e.setLimit(electricalequipment.getSummmedcurrent());e.setOv2(inputiv);inputiv = inputiv - e.getInputVoltage();e.setIv(inputiv);e.setOv(0);}else{e.setOv2(inputiv);e.setIv(0);}}else if(num1==1){if(e.getSpeed()==2) {e.setLimit(electricalequipment.getSummmedcurrent());e.setIv(inputiv);inputiv = inputiv - e.getInputVoltage();e.setOv(inputiv);e.setOv2(0);}else if(e.getSpeed()==3){e.setIv(inputiv);inputiv = inputiv - e.getInputVoltage();e.setOv2(inputiv);e.setOv(0);}}}}}else if(splitt[1].startsWith("T")) {String u[] = splitt[1].split("-");u[0]=u[0].replace("T","");int num=Integer.parseInt(u[0]);for(Seriesconnection seri:connections){if(seri.getConnectionName()==num){seri.setCurrent(electricalequipment.getSummmedcurrent());seri.setIv(inputiv);if(seri.getResistanceSum()>10000||!seri.judgeIsopen()){seri.setCurrent(0);seri.setParaV(inputiv);inputiv=0;}else {inputiv = inputiv - seri.getResistanceSum() * electricalequipment.getSummmedcurrent();seri.setParaV(inputiv);}seri.rebuteiv(electricalequipment.getSummmedcurrent());break;}}}}}else if(sub[1].startsWith("[IN")) {sub[0]=sub[0].replace("T","");int num=Integer.parseInt(sub[0]);for(Seriesconnection seri:connections){if(seri.getConnectionName()==num){seri.setSeString(sub[1]);}}}} }
2.而对于短路的情况,我也在总电路类中写了一个方法,用于判断整个电路的短路问题,以下是具体代码:
public boolean judgeShort() {Calculatingresistance();if (resistanceSum == 0) {for (Switch s : switches) {if (s.getIsOn() == 0) {return false;}}if (seriesconnections.size() != 0) {for (Seriesconnection s : seriesconnections) {if (!s.judgeIsopen() || !s.judgeHuchi()) {return false;}}}if (parallelcircuits.size() != 0) {for (Parallelcircuit p : parallelcircuits) {ArrayList<Seriesconnection> connections = p.getConnections();for (Seriesconnection s : connections) {if (s.judgeIsopen()) {return true;}}}}if (parallelcircuits.size() == 0) {return true;}return false;}return false;}
以下是第八次题目集的类图:
从代码中类的复杂度可得,部分类复杂度非常大,原因是我在有些类中加入了对字符串的切割和解析,从而使我代码的平均复杂度也大大增加。因此,这也是我在之后类设计与代码改进的一个重要方向。
三、改进建议:
在完成了这两次题目集之后,我花了大概一个小时的时间回顾了从前8次学习的收获历程,也正是因为这次反思,我才发现我提交的两次代码还有巨大的改进空间……
1.类的设计方面:虽然经过前三次题目集的训练后,我能大致设计出题目中类的结构和关系,但当我在写类中的方法时,经常会不自觉的加入这个类中不应处理的内容,这违背了单一职责原则,这也时我的代码改进的重要方向。
2.拓展性方面:在编写这三次题目集时,我思考了许多,其中存在的最严重的问题还是代码的拓展性问题。在题目集发布之前,我很少考虑代码的拓展性,导致在发布题目集之后总是用大把的时间用在代码的重构上,造成效率的降低。
四、总结:
这两次题目集是我第最后一次面向对象的阶段性训练,这两次题目集的总结其实前面已经讲了一些,总的来说收获最大的有几个方面,对继承与抽象类的应用,类间关系的判断等,收获这些知识的同时我也查阅了很多资料。在得分,训练的同时,我有很多时刻都惊叹于Java类设计的妙处,听老师讲面向对象七大基本原则,只是把原则里的文字记在了脑袋里,而当我经过不断地训练(如实验的大象进冰箱,上课讲的雨刷系统等经典案例),我才慢慢领悟了这些原则的实用性和正确性。
而对于线上线下课堂的改进方面,我认为上课过程中和学生的互动是很有必要的,对于一些抽象难懂的知识,如果通过简单代码例子的方式实现,我们可能理解得更快。