Blog-3 题目集7~8的总结

22207203-陈思思
一、前言
（一）第7次题目集（家居强电电路模拟程序-3）

1. 知识点：

• 串联电路：电流相同，电压分配。
• 并联电路：电压相同，电流分配。
• 类的设计：电路设备类、受控设备类、控制设备类、串联电路类、并联电路类。
• 数据结构：使用列表或字典存储电路信息、设备状态。
• 算法：递归或迭代计算电压、电流和设备状态。
• 输入输出：读取并解析输入信息，按指定格式输出设备状态。

2. 题量:

• 输入信息涉及多个串联和并联电路，每条信息可能包含多个设备。
• 设备种类较多，包括开关、调速器、灯、风扇、窗帘等。
• 每种设备都有不同的工作原理和状态展示方式。

3. 难度中等：

• 需要理解电路基本原理，并正确模拟不同设备的行为。
• 需要设计合理的类结构和算法，以处理复杂的电路连接关系。
• 根据输入信息动态调整设备状态，并输出结果，要求有一定的逻辑处理能力。

4. 挑战点：

• 互斥开关的状态管理和电流分配。
• 调速器的档位控制和计算其输出电压。
• 窗帘的开启比例计算依赖于电路中所有灯的亮度总和。
• 多条串联电路的并联关系处理，确保电压和电流分配正确。
• 输入信息的解析和电路结构的构建，需要细致的编码和调试。

(二） 第8次题目集（家居强电电路模拟程序-4）

1. 知识点：

• 面向对象编程：需要设计多个类来表示不同的设备（如开关、调速器、灯、风扇、窗帘和二极管）及其公共特征。
• 电路模拟：理解基本电路原理，如串联和并联电路的工作方式、电压分配和电流计算。
• 状态管理：每个设备有不同的状态和参数，需要管理这些状态的变化。
• 输入解析：从输入文本中解析出设备信息、连接信息以及控制命令。
• 异常处理：包括电流限制和短路检测。
• 电压计算：根据输入电压和各设备的特性计算各引脚的电压。
• 数据结构：使用合适的数据结构（如字典、列表）来存储设备信息和电路连接关系。

2. 题量：

• 输入信息中包括设备信息、连接信息、控制信息等多个方面，需要解析和处理这些信息。
• 输出信息要求详细记录各个设备的状态和参数，以及每个引脚的电压。
• 示例提供了不同类型的电路配置，从简单的到复杂的，可以用于测试程序的鲁棒性。

3. 难度高：

• 难度高：题目虽然涉及电路模拟，但没有涉及复杂的物理模型或电路特性，非常适合用于学习和练习面向对象设计。
• 逻辑复杂度：需要设计复杂的逻辑来处理电路中的串联和并联关系，以及设备之间的相互影响。
• 异常检测：需要实现电流限制和短路检测，增加了程序的复杂性。
• 细节处理：题目对输出格式要求很详细，需要仔细处理每个设备的状态和参数的输出。

二、 设计与分析

（一） 第7次题目集

1. 类图
   家居强电电路模拟程序-2的基础上增加了受控类和控制类，分担基类的功能，增添了控制设备互斥开关类和受控设备窗帘类。
   
   Electric类：作为所有设备的基类，定义了设备的基本属性和方法。
   Switch、ME_Switch、FenDangSwitch、LianXuSwitch、Lump、Riguang、Diaoshan、LuodiFan、DayLight类：继承自Electric类，实现了具体设备的功能。
   Bi和Chuan类：用于实现串联电路与并联电路。
   Complain类：负责根据输入信息创建相应的电路设备。
   Main类：程序的入口，负责整个流程的控制，包括读取输入、解析输入、计算电压、更新电压和输出结果。

2. SourceMonitor报表分析
   
   复杂度：AnswerSheet.gradeAnswers() 方法的复杂度最高，为19，这表明该方法可能需要进一步优化以提高可维护性。
   注释：只有7.7%的代码行包含注释，建议增加注释以提高代码的可读性和可维护性。
   分支语句：13.2%的语句是分支语句，这表明代码中存在一定的逻辑分支，但整体上处于合理范围内。
   方法调用：共有255个方法调用语句，表明代码具有较好的模块化和重用性。

（二） 第8次题目集

1. 类图
   在家居强电电路模拟程序-3的基础上增加了电子设备二极管
   

2. SourceMonitor报表分析
   
   基瓦特图 (Kiviat Graph)：显示了不同指标的分布情况，包括平均复杂度、平均深度、最大深度等。
   块直方图 (Block Histogram)：显示了代码块的分布情况，有助于理解代码结构。
   复杂度：Calculate_shuV.calculate_shuV() 方法的复杂度最高，为28，这表明该方法可能需要进一步优化以提高可维护性。
   注释：只有5.6%的代码行包含注释，建议增加注释以提高代码的可读性和可维护性。
   分支语句：27.8%的语句是分支语句，这表明代码中存在较多的逻辑分支，但整体上处于合理范围内。
   方法调用：共有340个方法调用语句，表明代码具有较好的模块化和重用性。

三、 踩坑心得
（一） 第7次题目集

1. 受控开关的实现
   题目要求互斥开关有3个引脚，并且只有两种状态：接通2号引脚或接通3号引脚。初始状态为接通2号引脚。
   解决方法：需要为互斥开关创建一个新的类ME_Switch，并实现其状态切换和电压计算逻辑。
   定义3个属性及状态的切换：

public int state = 0; // 0: 接通2号引脚, 1: 接通3号引脚
public int resistance12 = 5; // 1、2引脚之间的电阻
public int resistance13 = 10; // 1、3引脚之间的电阻

public void regulate(String vs) {if (vs.equals("+")) {state = 1 - state; // 切换状态}}

//计算电压
public void reshuV(double shuop) {if (state == 0) {shuV = shuop * resistance12 / (resistance12 + resistance13); // 计算电压} else {shuV = shuop * resistance13 / (resistance12 + resistance13);}}

2. 窗帘的实现
   （二） 第8次题目集
3. 题目要求二极管有正向导通和反向截止两种状态。
   解决方法：需要为二极管创建一个新的类Diode，并实现其导通和截止逻辑。
   定义一个属性来判断二极管的导通还是截止：

public boolean conduction = true; // true: 导通, false: 截止

//计算二极管的电压并判断
public void reshuV(double shuop, double shuop2) {if (shuop == shuop2) {conduction = (shuop != 0); // 两端电压相等时，如果电压不为0，则导通} else {conduction = true; // 两端电压不相等时，导通}if (conduction) {shuV = shuop;} else {shuV = 0;}}

2. 短路检测
   短路检测
   总电阻计算：遍历电路中的所有设备，累加每个设备的电阻值。
   短路判断：如果总电阻为0，则电路发生短路，返回true；否则返回false。
   应用场景：在计算电压之前调用此方法，如果检测到短路，则输出错误信息并终止程序。

    public static boolean isShortCircuit(Map<String, Electric> circuit) {double totalResistance = 0;for (Electric dev : circuit.values()) {totalResistance += dev.resistance;}return totalResistance == 0;}

四、 改进建议
在题目集7中，有很多异常处理，我是用的是在相应的类中自行处理，之后可以引入自定义异常类来处理不同类型的错误。例如：InputFormatException：处理输入格式错误的情况。QuestionNotFoundException：处理试卷中引用了不存在题号的情况。StudentNotFoundException：处理学生信息中不存在的学号。在处理题型的整理时，有些逻辑是重复的。之后改进可以将重复的逻辑提取成辅助方法或函数。例如，处理输入的逻辑可以整合到一个方法中，通过参数区分不同的处理方式，减少代码的冗余。当前支持的题型是选择题、填空题、多选题，可以考虑实现其他题型，如：简答题、排序题等。
题目集7和8中，一些类（如 Electric 类）包含多个职能，可能会造成类的职责不明确，之后会考虑改进将设备的每个功能（如状态管理、电压调整）进一步抽象为小的类。可以创建接口或抽象类，以提供设备状态和行为的一致框架。当前题目只支持开关、调速器、灯具和风扇。如果需要增加新设备，需大幅修改现有代码。之后会使用工厂模式来创建电器对象，以便能够轻松添加新的电器类型而不需更改现有代码结构。
五、总结
在本次实验中，我们完成了两个题目集的任务，分别是家居强电电路模拟程序-3和家居强电电路模拟程序-4。这些任务涵盖了类与对象、继承与多态、集合、正则表达式、业务逻辑处理和设计模式的应用。
首先，在答题判题程序中，我们定义了多个类来封装不同类型的题目，如单选题、多选题和填空题。通过使用Map、Set和List等集合类，实现了对题目、考试卷和学生信息的高效管理。策略模式和命令模式的应用使评分逻辑和输入处理更加灵活。不过，代码中存在一些复杂方法和较低的注释覆盖率，需要增加注释并优化这些方法。
其次，在家居强电电路模拟程序7中，我们在原有基础上增加了混合电路，使系统的逻辑更加复杂。我们设计了一个基类Electric和多个子类，如开关、分档、连续、白炽灯、日光灯和吊扇。通过继承关系，复用了基类的代码，避免了重复。输入处理方面，通过正则表达式和字符串解析技术，成功处理了多种格式的输入，并实现了设备的连接和状态管理。尽管如此，主函数的复杂度较高，需要进行功能拆分，降低复杂度。
最后，在家居强电电路模拟程序8中，通过引入不同的前缀字符和标签化的方式，区分了串联和并联电路，简化了电路管理。尽管如此，代码中仍存在重复的逻辑和复杂的控制结构，计划引入工厂模式来创建电器对象，并进一步抽象设备功能。
在整个实验过程中，我深刻体会到设计模式的重要性。合理运用设计模式可以提高代码的灵活性和可扩展性，降低系统复杂度。此外，异常处理也不可忽视。在答题判题程序中，通过自定义异常类处理各种错误情况，提高了系统的健壮性和错误处理的清晰度。
总之，通过这次实验，我在面向对象编程和设计模式方面有了更深的理解和实践。未来，我将继续优化代码结构，提高代码的可读性和可维护性，争取在实际项目中应用所学知识，解决更复杂的问题。