22207321-王郅坚-第三次BLOG-编程知识

22207321-王郅坚-第三次BLOG

news/2024/12/28 18:20:10/文章来源:https://www.cnblogs.com/Vvzz/p/18637777

前言

这两次电器控制系统的开发迭代，涵盖了不同的编程知识点、设计思路与系统逻辑。第一次迭代实现了一个基础的电器控制系统，通过简单的电器类型和基本操作设置，实现了电器状态的管理与切换。这一阶段主要考察基本数据结构的使用、输入输出处理、以及简单的判断与循环逻辑。为了提升用户体验，系统需要能够处理用户的输入并输出电器状态。但在实现中，系统对错误输入的处理还不够健全，导致用户在输入错误时遭遇崩溃的问题。

第二次迭代的设计复杂度有所提升，除了扩展电器类型外，还引入了电器之间的连接关系与状态管理，使得系统的功能更加贴合实际应用场景。在此迭代中，我学习了面向对象编程(OOP)的设计思想，重新构建了电器管理模块以实现更清晰的逻辑和功能划分。同时，加入了对输入格式的校验、异常处理等功能，使得系统在面对复杂用户输入时更具健壮性。这两次迭代的不同不仅提升了我的编程能力，也让我体会到在开发过程中的迭代设计思维和系统化组织的重要性。

三次迭代的实质性变化与思路简述

第一次迭代：基础电器控制系统构建

在第一次迭代中，我实现了一个基本的电器控制系统，包括几种电器（如开关、风扇、灯泡等），主要逻辑集中在输入的读取、状态的切换及输出的展示上。本次迭代的重点在于：

数据结构的应用：使用基本的数据结构如ArrayList和HashMap来存储电器及其状态。
线性逻辑实现：代码结构相对简单，功能明确，没有过多复杂的逻辑分支。此时，系统的功能运行较为稳定，但缺乏坚实的输入校验，用户输入的错误可能导致系统崩溃。

第二次迭代：功能扩展与复杂性管理

在第二次迭代中，我在首次迭代的基础上进行了功能强化与复杂场景的处理。本次迭代关注于：

面向对象设计的引入：采用类和继承的形式构建更复杂的电器系统，通过不同的电器类来体现各自的特性。子类实现各自特定的行为和状态逻辑，增强了代码的可复用性。
输入格式化与状态管理：通过引入输入格式的验证与状态的动态管理，应对复杂的业务场景。在用户输入时增加了对电器连接与控制逻辑的检测，避免了因输入不规范导致的混乱。
复杂业务的处理：引入了电器连接管理的概念，使得电器之间的相互作用能够被清晰地定义与运行。进一步增强了系统对不同业务场景的适应性。

题目集七

一、功能设计

该程序是一个电器控制系统，通过命令行模拟对多种电器（如开关、风扇、灯泡等）的控制逻辑。功能设计主要包括：

电器类别管理：每个电器通过不同的子类继承自Electric类，具体实现各自特性和操作。
命令输入与解析：用户可以输入电器的连接和操作，通过正则表达式解析命令，建立电路连接。
状态更新与计算：根据用户提供的指令更新电器的状态，计算电压、速度等属性。
结果输出：按特定格式输出每个电器的当前状态，便于用户查看。

二、代码结构分析

类设计
- Electric 类是所有电器的基类，定义了电器的基本属性和方法，包含电压、开关状态等：
```
class Electric {public String type; // 类型public String id; // 类型idpublic double voltage = 220; // 默认电压public String state = "turned on"; // 默认开关状态// 其他属性和构造函数
}
```
- 每个电器类型（如 Switch、SpeedController 等）通过继承 Electric 实现具体的行为。

方法实现分析

Switch 类中的 setVoltage 方法根据开关状态设置电压：

public void setVoltage(double voltage) {this.voltage = state.equals("turned on") ? 0 : voltage; // 如果开关打开，电压为 0
}

SpeedController 类在 regulate 方法中控制风速：

public void regulate(String value) {if (value.equals("+") && speed < 3) {speed++; // 增加风速} else if (value.equals("-") && speed > 0) {speed--; // 降低风速}
}

getLuminance 方法在 IncandescentLamp 类中计算灯泡的亮度，依赖当前电压：

public int getLuminance() {if (voltage <= 9) return 0; // 亮度等于 0if (voltage <= 219) return (int) (voltage * (200.0 / 220)); // 线性变化return 200; // 最大亮度
}

输入解析

main 方法中，输入通过正则表达式解析，并存储连接关系与操作指令：

if (s.startsWith("#T")) {connection.add(s); // 存储串联连接
} else if (s.startsWith("#M")) {connection1.add(s); // 存储并联连接
} else {chw.add(s); // 存储操作指令
}

三、时间复杂度

输入解析：O(n)，n为输入的行数。
设备添加与存储：平均情况下，假设每条命令处理一次，时间复杂度为 O(m)，m 为设备数量。
电流与电压计算：对于每个设备，可能需要遍历所有电器，复杂度为 O(e)，e为电器的数量。

因此，整体时间复杂度为 O(n + m + e)。

四、空间复杂度

该程序使用多个集合存储电器及连接关系，空间复杂度为 O(e + n)，其中 e 为电器数量，n 为输入行数。

五、圈复杂度

圈复杂度主要受控制结构（如循环和条件分支）的影响，特别是在switch语句中，存在多个较深的嵌套和条件判断，导致较高的复杂度。

switch (type) {case "K": return 7;case "F": return 6;// 省略细节
}

每个电器的状态更新与显示也可能涉及多个条件分支，设计时应考虑简化逻辑。

六、详细代码分析

电器类实现
- Electric类是核心，设计得较为清晰，提供了基本的功能，但方法中缺少注释会影响理解：
```
public void regulate(String value) {} // 预留给子类实现
```
设备状态更新
- 在 main 中对电器状态进行更新的逻辑较为复杂，尤其是在遍历连接和操作命令时，代码的可读性不高。
```
for (String command : chw) {if (command.startsWith("#K")) {// 更新开关状态} else if (command.startsWith("#F")) {// 更新风扇状态}
}
```
计算和展示
- 输出电器状态时，所有设备依次调用 display 方法实现各自的输出，采用了多态优势。

以下是题目七的类图，展示了我的代码是如何设计类以及方法的使用：

再是我的顺序图在这个顺序图中，我们展示了以下步骤：

七、踩坑心得

正则表达式的使用：
- 正则表达式解析输入时未处理输入格式错误，可能导致后续逻辑不正确。建议在解析前加入输入验证。
逻辑清晰度：
- 状态更新逻辑涉及多个条件判断时，建议使用更简单的结构或策略设计模式，降低复杂性。
异常处理：
- 对于输入解析及设备状态更新，缺乏足够的错误处理，当输入格式不正确时，可能导致程序崩溃，应通过异常捕获处理。

八、改进措施

增强输入校验：
- 检查用户输入，确保格式正确，在解析开始前应增加对格式的校验和异常处理。
逻辑重构：
- 对复杂的方法进行分解，将逻辑拆分为多个小的方法，使其易于管理和理解。例如，将命令解析、设备状态更新等逻辑分开封装。
增加文档和注释：
- 为主要逻辑添加注释，明确每段代码的功能，以便代码的可维护性和可理解性。

九、收获与不足

收获

深入理解了面向对象设计的基本原则，如继承和多态在电器控制系统中的具体应用。
学会使用正则表达式进行复杂字符串处理，提高了对输入管理的灵活性。

不足

代码复杂性较高，尤其在状态更新时，处理逻辑繁琐，增加了出错的可能性。
缺乏对输入的健壮性检查，未能妥善处理无效输入，提高系统稳定性的能力不足。

结论

该电器控制系统展现了良好的设计思路与实现方法，涵盖了类的继承与多态，通过进一步的优化和重构，将能使系统更加稳定和易于维护。后续可考虑结合用户反馈进行增强，以作出更贴合用户需求的调整。

题目集八

一、功能设计

程序的功能设计围绕电器控制与状态管理展开，具体包括以下几个部分：

电器类型管理：通过类的继承实现对不同电器类型的管理（如开关、风扇、灯泡等），每类电器都有特定的行为和属性。
命令输入与解析：用户输入以特定格式定义电器及其连接方式，通过正则表达式解析命令。
状态更新与计算：根据用户的命令更新电器的操作状态，计算电压和电流，确保程序能反映真实电器的工作状态。
结果输出：以一致和清晰的格式向用户展示每个电器的状态信息，便于用户理解。

二、代码结构分析

类设计

Electric 类是所有电器类的基类，定义了电器的基本属性和方法。

class Electric {public String s; // 类型public String id; // 类型IDpublic double shuV = 220; // 默认电压public String ofopen = "turned on"; // 开关闭合状态public int speed = 0; // 风扇速度public double lin = 0.00; // 连续类型的参数public int resistance; // 电阻值public Electric(String s, String id) {this.s = s;this.id = id;}public void display() {}public void regulate(String vs) {}public void reshuV(double shuop) {}
}

各子类继承并实现了具体的display和reshuV方法。

方法实现分析

Kaiguan（开关）的reshuV方法控制开关状态对电压的影响：

public void reshuV(double shuop) {if (ofopen.equals("turned on")) {shuV = 0; // 如果开关打开，电压为0} else if (ofopen.equals("closed")) {shuV = shuop; // 根据条件设置电压}
}

Fendang（风扇）类中调节风速的实现：

public void regulate(String vs) {if (vs.equals("+") && speed < 3) {speed++; // 增加风速} else if (vs.equals("-") && speed > 0) {speed--; // 降低风速}
}

输入解析

用户输入以多行形式获取，通过正则表达式解析并存储连接关系：

if (s.startsWith("#T")) {Pattern pattern = Pattern.compile("#(.*):(.*)");Matcher matcher = pattern.matcher(s);while (matcher.find()) {chuanxu = String.valueOf(matcher.group(1));pop = String.valueOf(matcher.group(2));}connection.add(chuanxu + ":" + pop); // 将解析的线路存入连接列表
}

三、时间复杂度

输入解析：O(n) 由于逐行读取和解析输入的复杂度与输入行数成正比。
状态更新：O(m) 在更新电器状态时，可能需要遍历与当前命令相关的电器集合。
电流和电压计算：在计算电压和电流状态时，需要遍历所有电器的集合，时间复杂度为 O(e)，其中 e 是电器的数量。

总体时间复杂度为 O(n + m + e)。

四、空间复杂度

使用 HashMap 和 ArrayList 来存储电器的状态和连接关系，空间复杂度为 O(e + n)，其中 e 表示电器数量，n 表示输入的总行数。

五、圈复杂度

圈复杂度受控于非平坦的控制结构，主要体现在：

条件分支的嵌套，例如电器类型的比较和状态更新操作：

for (Entry<String, Map<String, Electric>> entry : maps.entrySet()) {if (sid.startsWith("K")) {// ...} else if (sid.startsWith("F")) {// ...}// 更多条件分支...
}

对于每种电器的状态更新或计算，可能存在深层嵌套的循环与条件判断，导致圈复杂度较高。

六、详细代码分析

电器类的继承与实现

各类电器采用多态，通过重写display()和reshuV()实现特有的行为：

class Baichi extends Electric {public void display() {int a = 0;// 根据电压计算亮度if (shuV >= 0 && shuV <= 9) {a = 0;} else if (shuV >= 10 && shuV <= 219) {a = (int) ((5 * shuV) / 7 + 43);} else if (shuV == 220) {a = 200;}System.out.printf("@B%s:%d\n", id, a);}
}

风扇类通过调节速度影响电压输出：

public void regulate(String vs) {if (vs.equals("+") && speed < 3) {speed++;} else if (vs.equals("-") && speed > 0) {speed--;}
}public void reshuV(double shuop) {shuV = speed * 0.3 * shuop; // 设备电压的计算
}

输入读取与命令解析：

使用正则表达式解析并跟踪电器连接关系。关键部分在于判断处理各个类型的命令：

if (s.startsWith("#M")) {Pattern pattern = Pattern.compile("#(.*):(.*)");Matcher matcher = pattern.matcher(s);while (matcher.find()) {bingxu = String.valueOf(matcher.group(1));pop = String.valueOf(matcher.group(2));}connection1.add(bingxu + " " + pop); // 记录并联电路
}

以下是题目八的类图，展示了我的代码是如何设计类以及方法的使用：

再是我的顺序图在这个顺序图中，我们展示了以下步骤：

七、踩坑心得

正则表达式使用：
- 当使用正则表达式解析输入时，处理不当可能导致出错。例如，输入格式错误时，该部分没有有效的错误提示，容易导致后续逻辑失效。
状态逻辑复杂：
- 在状态更新时对多个电器的状态判断逻辑复杂，若条件较多，很容易出错。对于电器的状态更新应优先考虑单一功能模块化设计，减少循环和条件嵌套。
电流计算涉及多个类：
- 各电器类别的电流计算涉及多个类之间的交互，这增加了理解的复杂度。在设计时若电器较多，应提前考虑电压和电流计算的关系。

八、改进措施

增加输入验证：
- 对输入格式进行验证，避免由于用户输入不当导致的程序异常。使用 try-catch 捕获异常，并给出用户友好的提示信息。
分离逻辑：
- 将复杂的逻辑部分拆分为独立的方法，并添加注释。这将有助于提高代码可读性，降低维护成本。
```
public void checkElectricState(String sid) {// 状态检查逻辑
}
```
引入设计模式：
- 考虑应用策略模式或状态模式，根据电器类型不同选择合适的电压和电流计算方式，减少条件分支的数量，提高可维护性。

九、收获与不足

收获

深入理解了Java中的面向对象编程（OOP）原则与电器状态管理的实现，掌握了多态和继承的具体应用。
学会了使用正则表达式解析命令输入，提高了对字符串处理的能力。

不足

逻辑复杂性高，代码可读性较差，需考虑重新设计代码结构以增强可维护性。
程序对错误输入的鲁棒性不足，缺乏必要的异常处理，导致系统易崩溃。

结论

该电器控制系统展示了良好的设计思路和实现方法，通过继续优化输入处理、逻辑简化和错误管理，该程序可以更好地满足用户需求并增强可用性与稳定性。未来的发展方向可以进一步深入 OOP 的实际应用，提高程序的灵活性与扩展性。

总结

一、迭代与演进过程的总结

第一次迭代：基础系统构建与简单功能实现

在首次迭代中，程序实现了一个基础的电器控制系统，包含了基本的电器类型和简单的功能，如开关的基本状态、灯泡的亮度、风扇的速度等。总体设计清晰，具有良好的模块化。

经验与问题：

模块化设计：通过继承Electric类定义不同类型的电器，成功实现了代码复用。
缺乏输入验证：用户的输入未经过严格的检查，容易导致系统崩溃或逻辑错误。例如，输入格式错误会导致程序无法正常执行，未能提供有效的反馈给用户。

反思：

首次迭代提醒我们，代码实现功能的同时，也必须考虑用户输入的多样性和不确定性。系统应具备更好的健壮性来处理意外输入，确保用户的错误能得到恰当处理，而不会使系统崩溃。

第二次迭代：功能扩展与复杂性增加

在第二次迭代中，程序进行了增强，支持多种电器的管理，比如增加了多个试卷和分数的处理逻辑，以及对电器状态的动态管理。嵌入的逻辑更复杂，功能更加贴近实际应用需求。

经验与问题：

功能扩展：系统引入了多试卷管理功能，使其更贴合实际应用场景。同时，增加了对分数的管理，即为每一个电器增加了分数的计算。
输入错位问题：尽管进行了一定的输入校验，但用户在输入时，若顺序不对或者漏掉某个编号，可能会导致判题过程中的错误，错位输入依然是一个隐患。

反思：

第二次迭代强调了在实现功能扩展时，必须同时考虑到输入的灵活性和准确性。虽然增加了格式检查机制，但对于输入顺序的错误不够敏感。引入更严格的检查方法（如 isValidInput() 函数）是必要的，但仍需实现更智能的解决方案来减少用户失误引发的问题。

二、综合反思与总结

健壮性与用户体验：
- 代码的健壮性至关重要。用户输入的错误应该不会导致系统崩溃，而是能够提供指导性反馈。第一次迭代中的问题促使我们重视输入验证和错误处理。
模块化设计与扩展性：
- 模块化设计使得系统在功能扩展时更具灵活性。随着电器种类的增加，良好的模块化能够提高可读性、可维护性与复用性。
错误与异常处理：
- 提高代码的鲁棒性是从单一功能扩展到复杂流程所必须关注的。通过逐步引入用户反馈机制的完善，系统对于输入错误时不仅应能自我修复，更需提供反馈，帮助用户“纠正错误”。
动态管理能力：
- 动态性是电器控制系统提高实用性的关键。在第二次迭代中实现的优化（如标记删除），结合信息状态管理，显示了有效的数据管理对整个系统的重要性。