第三次Blog作业

题目集6-7的总结性Blog

一、前言

题目集总结

第六次题目集
知识点：控制理论、电路设计、设备工作原理
题量：中等
难度：中等偏上

1. 控制设备部分涉及对开关、分档调速器、连续调速器三种设备的理解和操作。需要理解开关的两种状态，分档调速器的档位变化以及连续调速器的连续调节方式。这部分主要考察对设备控制方式的理解和应用。
2. 受控设备部分涉及对灯和风扇两种设备的理解和操作。需要理解白炽灯和日光灯的亮度变化，吊扇和落地扇的转速变化。这部分主要考察对设备工作原理的理解和运用。
3. 输入信息部分涉及设备信息的识别、连接信息的解析、控制设备调节信息的解析、电源接地标识的理解以及串联电路和并联电路信息的解析。这部分主要考察对电路设计的理解和分析能力。
4. 输出信息部分要求按照一定的格式输出所有设备的状态或参数。这部分主要考察对设备状态或参数的计算和输出能力。
5. 家居电路模拟系列所有题目的默认规则部分涉及电压值等数值的计算规则、连接信息的输入顺序、连接信息的格式以及调速器的连接方式。这部分主要考察对电路设计规则的理解和遵守。

第七次题目集
（最折磨的一题，综合性最强QAQ）
知识点：

1. 电路基本知识：理解不同类型的控制设备（开关、分档调速器、连续调速器、互斥开关）和受控设备（灯、风扇、窗帘）的工作原理。这包括了解每种设备的电气特性，如电阻、电压、电流等，以及它们如何影响电路中的其他设备。
2. 设备连接与工作状态：掌握不同设备之间的连接方式（串联、并联）以及这些连接如何影响设备的正常工作。此外，理解如何根据输入信息推断出电路的结构和设备之间的连接关系。
3. 电路解析：能够从复杂的输入信息中解析出电路的结构，包括识别串联电路和并联电路，以及它们如何组成完整的电气系统。
4. 设备状态计算：根据电路结构和各设备的状态（如开关状态、调速器的档位等），计算出受控设备的工作参数，如亮度、转速等。这涉及到对电路规则的应用和数值计算。

题量：

1. 设备状态计算：每个设备都需要单独处理，以确定其状态或输出。这可能涉及到大量的数值计算和条件判断。
2. 电路连接关系的解析：需要处理复杂的输入格式，以构建电路结构。这可能包括解析数十甚至上百条连接信息，以及对应的设备状态调节信息。

难度：

1. 知识应用：本题要求不仅要有电路基础知识，还要能将这些知识应用到具体问题的解决中，如理解设备之间的相互作用和对电路整体性能的影响。
2. 逻辑推理：需要具备较强的逻辑推理能力，以正确解析输入信息，构建电路结构，并准确计算出各设备的状态。
3. 细节处理：题目涉及大量的细节，如设备特性、电路规则、数值计算等，需要细心处理这些细节，以避免错误。
4. 复杂度管理：鉴于问题的复杂性，需要有良好的组织和管理能力，以确保条理清晰地处理问题，避免混淆。

二、设计与分析

第六次题目集
本题是一个复杂的电路模拟系统，涉及多种控制设备和受控设备。通过输入各种设备的连接信息和调节信息，程序需要计算出每个设备的状态或参数值。这个系统可以用于模拟家居电路的行为，帮助理解电路的基本工作原理和设备之间的相互作用。

核心要点：
控制设备: 包括开关、分档调速器、连续调速器。这些设备可以改变电流的流动和电压的大小，从而影响受控设备的工作状态。
受控设备: 包括灯（白炽灯和日光灯）和风扇（吊扇和落地扇）。这些设备根据接收到的电压差工作在不同的状态。
输入信息: 包括设备信息、连接信息、控制设备调节信息、电源接地标识、串联电路信息、并联电路信息。
输出信息: 需要按照特定的格式输出所有设备的状态或参数值。

设计心得：
模块化设计: 将控制设备和受控设备设计为独立的模块，每个模块负责自己的行为和状态更新，这样可以简化设计和测试。
数据结构选择: 使用图的数据结构来表示电路的连接情况，节点代表设备，边代表连接。这样可以灵活处理串联和并联电路的情况。
计算顺序: 由于电路的连接有顺序性，需要按照从电源到接地的顺序计算每个设备的状态。这要求在处理输入信息时，保持连接信息的输入顺序。
错误处理: 考虑到输入可能的错误或异常（如电压超标），需要在代码中加入相应的错误处理逻辑。

实现难点：
电路解析: 如何正确地解析和存储输入的电路信息，包括串联和并联电路的定义及其相互关系。
状态更新: 当调节控制设备时，如何有效地更新整个电路中相关设备的状态。
数值计算: 确保所有的数值计算使用double类型以避免精度损失，同时在输出时按照截尾规则处理小数。

测试点：
正常电路操作: 测试基本的控制设备调节和受控设备反应是否符合预期。
复杂电路: 设计包含多个串联和并联电路的案例，确保电路的解析和状态更新正确。
错误处理: 输入超出正常工作电压等异常情况，验证系统的错误处理能力。
性能测试: 对于大型电路，测试系统的计算效率和响应时间。

第七次题目集
首先，需要明确每种设备的功能、输入输出特性以及控制方式。其次，根据输入的电路连接信息，构建电路的数据结构。接着，实现电路的电流和电压计算方法，处理开关、调速器等设备的调节对电路的影响。最后，根据电路状态计算各受控设备的工作参数，并按格式输出结果。

1. 设备定义与功能分析
   开关（K）：两种状态（0/1），控制电路的通断。
   分档调速器（F）：4档调速，每档对应不同的输出电位。
   连续调速器（L）：无级调速，输出电位是输入电压的档位参数倍。
   互斥开关（H）：三引脚，每次只接通一个分支引脚。
   白炽灯（B）：亮度与电压差成正比，有最大亮度限制。
   日光灯（R）：两种状态，亮或灭，亮度固定。
   吊扇与落地扇（D/A）：转速与电压差成正比，有工作电压区间。
   受控窗帘（S）：开闭程度由室内光照强度控制。

2. 电路数据结构设计
   电路可以视为由节点（Node）和边（Edge）构成的图。节点包括电源节点、接地节点、设备输入输出节点。边代表节点间的连接。互斥开关、调速器等设备具有特殊逻辑，需单独处理其连接和状态变化。

3. 电路计算方法
   根据连接信息构建电路图。
   深度优先搜索遍历电路图，同时计算各节点电压。
   考虑开关和调速器的状态变化对电路的影响，动态调整相关节点的电压。
   根据设备的电压差和工作状态计算受控设备的工作参数。

4. 输出格式处理
   按照题目要求的格式，依次输出各类设备的状态或参数。对于连续调速器，保留两位小数输出档位参数；开关状态用“turned on”或“closed”表示；互斥开关输出两个引脚的通断状态；受控窗帘输出打开百分比。

5. 设计心得
   此题要求对电路的基本概念和物理特性有一定了解，同时能够处理复杂的逻辑关系和数据结构。在设计过程中，逐步抽象和简化问题是关键，如将电路抽象为图，将设备特性参数化。此外，良好的代码组织和模块化设计有助于简化问题，例如将设备特性和电路计算分离，使得代码更易于维护和扩展。

类图如下：

部分代码如下：

踩坑心得

1. 理解设备特性和工作原理
   控制设备：开关、互斥开关、分档调速器和连续调速器有不同的工作状态和调节方式。例如，互斥开关具有限流电阻设置，需要特别注意其默认状态下的接通配置。
   受控设备：灯和风扇根据电压差或输入电位差有不同的亮度或转速。特别是白炽灯和日光灯的亮度与电压差的关系，以及风扇在不同电位差下的转速设置。
2. 准确解析连接信息
   连接信息的正确解析对于确定电路的工作状态至关重要。必须严格按照输入的信息来构建电路的连接图，并正确理解串联与并联电路的配置。
3. 处理串联和并联电路
   对于串联电路，电流相同，电压相加；对于并联电路，电压相同，电流相加。这些基本原则在分析电路时必须时刻记住。
   特别留意电源和接地的标识（VCC, GND），以及如何从电源端向接地端按顺序构建电路。
4. 避免短路和过载
   在设计电路时，需要确保不会发生短路或因设备超负荷而损坏电路。虽然题目说明不考虑无穷大电流的短路情况，但合理设计电路以避免可能的故障是基本要求。
5. 精确计算和处理数值
   根据题目要求，所有的数值计算需使用double类型以保持精度，直到最终输出时才按需截尾或格式化。这包括电压、转速和亮度等参数的计算。
6. 综合考虑设备间的交互影响
   当多个设备并联或串联时，一个设备的调整可能会影响其他设备的运行。比如，调速器的调节会影响连接到其后的所有设备的电压和工作状态。
7. 遵循题目的输入和输出格式规范
   严格遵循题目中关于设备信息、连接信息、控制设备调节信息及输出信息的格式要求。格式错误可能导致测试点不被正确评估。

改进建议

1. 增强对设备特性的理解
   深入学习设备规格：对于每种设备，如开关、灯、风扇等，应详细学习其工作方式、电压需求和可能的状态变化。例如，了解不同类型灯的亮度与电压之间的关系，或者风扇转速与电压的具体映射。
   熟悉调速器操作：分档调速器和连续调速器有不同的操作方式和影响，理解这些差异有助于准确计算受控设备的响应。
2. 优化信息解析方法
   开发自动化解析工具：考虑开发或使用已有的自动化工具来解析输入的电路连接信息，减少手动错误并提高效率。
   建立信息核对机制：在解析过程中加入核对步骤，确保所有输入信息被正确读取并且符合逻辑和物理规则。
3. 强化电路分析技能
   使用图表和可视化工具：利用电路图或虚拟仿真软件来可视化电路布局，帮助更好地理解和分析电路结构及其功能。
   进行模拟测试：在理论计算之外，可以使用电路模拟软件进行实际模拟，检查各设备间的交互影响和整体电路的行为。
4. 避免设计错误
   实施设计审查：在最终化电路设计前，进行同行评审或使用专家系统检查潜在的设计缺陷，如不必要的电压损失或可能的过载问题。
   采用模块化设计：尽可能采用模块化的电路设计，使得每个部分都可以独立测试和验证，从而降低整体复杂性和出错概率。
5. 提升数值处理精度
   使用高精度计算工具：在涉及复杂计算时，使用能够支持高精度浮点数运算的工具，防止累积误差影响最终结果。
   标准化输出格式：确保所有的输出数据都严格遵循题目要求的格式，包括截尾规则和单位处理。
6. 加强设备间的协同考虑
   全面评估调节影响：当改变一个设备设置时，要全面评估这一变化对整个电路的影响，确保相关设备不会因调整而超出正常工作范围。
   优化设备配置：根据电路的总体需求和特定目标，优化设备配置和布局，以实现最佳的性能和效率。

总结
这个学期的编程作业终于结束了，从这次家居电路模拟的作业中，我学到了不少实用的东西：
在理解设备方面，比如控制设备和受控设备的功能，以及它们如何互相作用上有了更深的认识。像是了解到了调速器的不同种类和它们是如何影响连接到它们的设备的，这在实际操作中非常有用。学会了如何准确解析和构建电路，把抽象的文字信息转换成实际的电路图。这不仅锻炼了我们的逻辑思维，也让我们明白了每一个小细节的重要性，比如一不小心就可能弄错导致短路或设备损坏。总的来说，这次作业不仅让咱们学到了电路知识，还增强了解决实际问题的能力。

建议
希望题目设计得合理一点，由易到难。先让学生做针对性的题目熟练掌握相应的知识点，再出这种综合性强的题目，否则真的很难适应。虽然有人说以后参加工作了就是这样，但是这毕竟不是工作，还是要从熟练基础开始教学。