前言
本学期的最后两次PTA作业了，毕竟作为压轴的节目，难度还是有的，而且对我来说还不小。这一次Blog也是本学期最后一次Blog了，我也做出了一点对这学期相关PTA作业的总结。
这一学期PTA算得上是一次挣扎中进步的经历了，尤其是这两次。前几次老师给了一些思路给我做出了引导，到最后这两次提示也没了，难度也做了较大的提升，它们考察了整个学期的知识点，并将其融汇到各个类各个方法中（这里不得不称赞老师出题的水平非常高）。想拿到相应的分数属实困难，但是在对题目的探索过程也算是一种进步了。还是闲话少叙，移步正文吧。
设计分析
第七次题目
题目内容
本次题目较上次添加了：
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
6、家居电路模拟系列1-4题目后续迭代设计：
1）电路结构变化：
迭代1：只有一条线路，所有元件串联
迭代2：线路中包含一个并联电路
迭代3：线路中包含多个串联起来的并联电路
迭代4：并联电路之间可能出现包含关系
电路结构变化示意图见图1。
2）计算方式的变化
迭代1只包含1个受控元件，不用计算电流，之后的电路计算要包含电流、电阻等电路参数。
3）电路元件的变化
每次迭代会增加1-2个新的电路元件。
设计建议：
1、电路设备类：描述所有电路设备的公共特征。
2、受控设备类、控制设备类：对应受控、控制设备
3、串联电路类：一条由多个电路设备构成的串联电路，也看成是一个独立的电路设备
4、并联电路类：继承电路设备类，也看成是一个独立的电路设备
其他类以及类的属性、方法自行设计。
分析
PowerDesigner的相应类图如下
1.类的划分和继承关系：
首先创建了一个CircuitDevice类作为父类，用于表示所有电路设备的公共属性，如设备 ID、输入引脚和输出引脚。
从CircuitDevice类派生出ControlledDevice类和ControlDevice类，分别表示受控设备和控制设备，这种划分有助于区分不同类型设备的特性和操作。
在控制设备中，进一步细分了Switch（开关）、MutexSwitch（互斥开关）、GearSpeedRegulator（分档调速器）和ContinuousSpeedRegulator（连续调速器）等具体的控制设备类。
在受控设备中，有IncandescentLamp（白炽灯）、FluorescentLamp（日光灯）、CeilingFan（吊扇）、FloorFan（落地扇）和ControlledCurtain（受控窗帘）等具体的受控设备类。
此外，还创建了SeriesCircuit（串联电路）和ParallelCircuit（并联电路）类，用于组织和管理电路中的设备。
2.属性和方法的设计：
每个设备类都有其特定的属性，如开关的状态、调速器的档位或参数、受控设备的电阻和工作状态等。
方法方面，为每个设备类设计了相应的操作方法，例如开关的切换状态方法、调速器的调节档位方法、受控设备根据输入电压计算工作状态的方法等。
3.数据结构的选择：
在串联电路和并联电路类中，使用列表（List）来存储设备或串联电路，这种数据结构方便进行设备的添加、遍历和操作。
4.可扩展性：
这种设计具有较好的可扩展性。如果需要添加新的设备类型，只需创建新的类继承自相应的父类，并添加其特有的属性和方法。
对于电路结构的变化，如添加新的连接方式或更复杂的电路组合，也可以在串联电路和并联电路类中进行相应的修改和扩展。
5.功能封装：
每个类都对其相关的功能进行了封装，使得代码的可读性和可维护性增强。不同的设备和电路具有清晰的职责和操作接口。
心得
总的来说，虽然代码完成度不是很好，但是设计算得上是比较完善的设计了，整体思路也算是清晰。较上次的设计呢有着这样的优点：
1）将系统划分为不同的层次，如设备层、电路层等，并将每个层次进一步分解为模块化的组件，有助于降低系统的复杂性。
2）这种设计方式使得各个模块可以独立开发和优化，提高了开发效率，也便于在出现问题时进行定位和修复。
但是毕竟代码完成的不是很好，我也意识到了在完成代码过程中出现的问题：
1）缺少必要的注释，注释不多导致我代码可读性非常差，甚至自己看多了也会晕好久，我认为节省了时间，实际上无形中拖慢自己代码节奏很多很多。
2）出现太多简单的编译错误，与其说是粗心大意，倒不如说是自己缺记性，经常出现小错误削弱自己的代码能力。
第八次题目
题目内容
本次题目较上次增加
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。
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。
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。（格式详见输出信息部分）
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。
7、设计建议
本题包含以下电路图中的所有连接情况：
图3 电路示意图
1、电路设备类：描述所有电路设备的公共特征。
2、受控设备类、控制设备类：对应受控、控制设备
3、串联电路类：一条由多个电路设备构成的串联电路，也看成是一个独立的电路设备
4、并联电路类：继承电路设备类，也看成是一个独立的电路设备
其他类以及类的属性、方法自行设计。
分析
PowerDesigner的相应类图如下
类的设计与功能划分：
建立了一个层次化的类结构，从基础的CircuitDevice类出发，分别派生出ControlledDevice和ControlDevice类，再进一步细分出具体的设备类，如Switch、MutexSwitch、GearSpeedRegulator等，清晰地反映了设备之间的继承关系和功能差异。
对于受控设备，如灯具和风扇，通过继承ControlledDevice类，实现了属性和方法的复用，同时能够针对不同设备的特性进行特定的计算和状态管理。
新增功能的实现：
考虑了电流限制，为每个设备添加了current（电流）和maxCurrent（最大电流）属性，并提供了判断电流是否超限的方法。
引入了二极管类Diode，通过判断引脚电压的大小来确定导通状态。
数据结构的选择：
使用列表来存储串联电路和并联电路中的设备，方便进行设备的添加和遍历操作。
可扩展性和维护性：
这种设计结构具有良好的可扩展性，如果需要添加新的设备类型或功能，只需创建新的类并继承相应的父类，实现特定的方法和属性。
各个类的功能相对独立且职责明确，提高了代码的维护性和可读性。
电路结构的模拟：
通过串联电路和并联电路类的组合，可以灵活地构建和模拟复杂的电路结构。
心得
最后一次的PTA难度不得不说确实很大，我觉得其实我在设计上就出现了很大的问题，在我简洁的想法中是行得通的，但是当投入实际中许许多多的问题就应运而生了。在类图上看来我这次的设计其实与上一次的区别并不大，但是编写出代码就比上次难很多了。面向对象的程序设计果真对设计要求很大，这次失败看来需要我将更多时间投入与设计当中，设计更能提高和体现一位程序工程师的能力，这次落败，归结原因后的改正策略：
1）将更多的时间投入设计中，提高自己的设计能力，争取设计地更优秀、更清晰。
2）不要有畏难情绪，分数只是其一，更重要的是提高自己的能力！
总结
这两次PTA作业在设计上要求更高，有了良好的设计会对代码的编写有着非常大的帮助。当然，随着难度上升，代码量也上升到了一个我之前学习程序设计基础时一个不敢企及的高度，这也算是我亲眼看着自己的成长了。总而言之这两次PTA就是非常有用，但是非常难。老师几乎将整个学期学到的面向对象的程序设计的知识融会到这最后两题之中了，不得不惊叹老师的出题水平之高，但是在这两次面对时，想拿到高分，我却只能心有余而力不足了。😦😦
时光荏苒，与PTA抗战的日子转眼也有一学期了，确确实实苦恼了每周，但是也确确实实编程能力、设计能力都得到了提升。进步是快乐的，但是进步的过程是痛苦的，但终归是快乐的。
最后，感谢每位为本学期PTA作业设计题目、批改题目的老师和学长学姐们，感谢每位批改Blog作业的老师和学长学姐们。
