一、前言
概括:經過了三次java的大作業的練習，也算是深入java了。這三次大作業的難度是層層遞進的，雖然一次比一次難，但是每一次大作業都是基於前面大作業的知識點。所以每一次大作業認真完成，並認真總結知識點，多花點時間，大作業還是勉強可以完成。
1.知識點：
大作業4:大作業四還是答題判題程式的迭代，但增加了繼承的使用，程式中SingleChoiceQuestion、MultipleChoiceQuestion、FillInTheBlanksQuestion都是Question的子類，繼承了父類的屬性和方法。相比之前的答題判題程式，使用了多種資料結構來組織資料，如使用Map來儲存題庫、試卷資訊等。且增加了異常處理使用Optional類來避免空指標異常，例如在getScoreForQuestion方法中，程式碼相比之前更加健壯了。這也是此次答題判題程式中改進的地方。
大作業5:大作業五，使用到了介面，重寫方法，List 介面,Map 介面。大部分都是有關Java集合框架，透過這些介面儲存和操作集合資料。
大作業6:大作業六進一步考察了抽象類和介面的使用，設計展示了一個智慧家居系統的基本框架，透過定義抽象類和具體裝置類，實現了裝置的多型性和可擴充套件性。PinandDevice類負責處理裝置連線和控制命令，透過Map資料結構管理裝置和連線關係。進一步體現了物件導向的思維。
2.題量與難度
這三次大作業題量都差不多，由於第四次大作業是答題判題程式的最後一次迭代，難度下降了。第五，六次大作業難度是一次比一次大。不過每一次大作業都是基於以前大作業的知識點，進一步增加新的知識點。使用了更多的類及其方法，要從網上查詢資料，瞭解相關類的使用。這些大作業無非都以物件和類的形式存在，使用到了物件導向的三個特性：封裝、繼承、多型。所有透過寫這些大作業，java設計與程式設計能力可以得到很大提升，每一次多要認真對待。
二、設計與分析
1.第四次大作業
概括:由於是答題判題程式的最後一次迭代，難度相較於之前有所下降。
第一題
校園角色類設計：這次設計要用到繼承，角色Role分兩類：學生Student和僱員Employee；僱員又分為教員Faculty和職員Staff。設計子類Faculty和Staff繼承僱員Employee，透過使用關鍵字super呼叫父類構造方法來建立子類例項
第二題
設計一個學生類和它的一個子類——本科生類：也是與第一題類似，學生類作為父類，本科生類作為子類繼承學生類。在測試類Main的main( )方法中，呼叫Student類的帶引數的構造方法建立物件object1，調Undergraduate類的帶引數的構造方法建立物件object2，然後分別呼叫它們的show( )方法。
第三題
此題是答題判題程式的最後一次迭代，也是終於來到了答題判題程式的終點（屬於是擺脫這個噩夢了/(ㄒoㄒ)/~~）。本次迭代新增了多選題和填空題的判斷，之前都是單選題。此次要考慮考慮多個同學有多張不同試卷的答卷的情況，之前只是考慮一個學生不同答卷情況。最重要的一點是，此次要用到繼承，繼承這個概念在前幾作大作業都沒有使用到，這次新增了這個要求。
類圖
順序圖
下面是程式碼的分析以及一些解釋和心得：
QuestionType列舉
使用列舉，用於表示不同型別的題目，如單選、多選和填空。這是一個簡單但非常有用的設計，因為它允許在程式碼中以一種清晰且型別安全的方式引用這些型別。
//列舉，表示題目種類
enum QuestionType {
SINGLE_CHOICE,
MULTIPLE_CHOICE,
FILL_IN_THE_BLANKS
}
Question 類
- 屬性：
id：問題的唯一識別符號。
content：問題的內容或描述。
answer：問題的標準答案。
type：問題的型別，使用 QuestionType 列舉表示（儘管列舉的定義未在程式碼中給出，但可以推斷其存在）。 - 構造方法：接收問題的 id、content、answer 和 type 作為引數，並初始化這些屬性。
方法：
getId()、getContent()、getAnswer() 和 getType()：分別用於獲取問題的 id、content、answer 和 type。
isPartiallyCorrect(String givenAnswer)：一個私有方法，用於判斷填空題的部分正確性。它透過比較標準答案和給定答案（去除空格並轉換為小寫）的包含關係來實現。
checkAnswer(String givenAnswer)：一個公開方法，根據問題的型別（單選題、多選題或填空題）來判斷給定答案的正確性。它返回一個 Serializable 物件（這裡實際返回的是 Boolean 或 String），表示答案是否完全正確、部分正確或完全錯誤。 - 子類
SingleChoiceQuestion：單選題類，繼承自 Question 類。其構造方法直接呼叫父類的構造方法，沒有新增額外的功能或屬性。
MultipleChoiceQuestion：多選題類，同樣繼承自 Question 類。構造方法也是直接呼叫父類的構造方法。
FillInTheBlanksQuestion：填空題類，繼承自 Question 類。構造方法直接呼叫父類的構造方法。
public Serializable checkAnswer(String givenAnswer) 是 Question 類中的一個重要方法，用於檢查使用者提供的答案是否正確。這個方法根據不同的題型（單選題、多選題、填空題）有不同的檢查邏輯。
點選檢視程式碼
private boolean isPartiallyCorrect(String givenAnswer) {
// 刪除標準答案中的空格，以便於比較
String trimmedAnswer = answer.replace(" ", "").toLowerCase();
String trimmedGivenAnswer = givenAnswer.replace(" ", "").toLowerCase();
// 檢查部分正確性
return trimmedGivenAnswer.contains(trimmedAnswer)
|| trimmedAnswer.contains(trimmedGivenAnswer)
&& !trimmedGivenAnswer.isEmpty()
&& !trimmedAnswer.isEmpty();
}
public Serializable checkAnswer(String givenAnswer) {
switch (type) {
case SINGLE_CHOICE:
return answer.equals(givenAnswer.trim());
case MULTIPLE_CHOICE:
var stdAns = new HashSet<>(Arrays.asList(answer.split(" ")));
var ans = new HashSet<>(Arrays.asList(givenAnswer.trim().split(" ")));
// 完全正確：答案包含所有正確答案
if (stdAns.containsAll(ans) && ans.size() == stdAns.size()) {
return true;
}
// 部分正確：答案包含部分正確答案且不含錯誤答案
if (stdAns.containsAll(ans) && ans.size() < stdAns.size()) {
return "partially correct";
}
// 完全錯誤：答案包含錯誤答案或未作答
return false;
case FILL_IN_THE_BLANKS:
// 完全正確：答案與標準答案內容完全匹配
if (answer.equalsIgnoreCase(givenAnswer.trim())) {
return true;
}
// 部分正確：答案包含部分正確答案且不含錯誤字元
if (isPartiallyCorrect(givenAnswer.trim())) {
return "partially correct";
}
// 完全錯誤：答案包含一個錯誤字元或完全沒有答案
return false;
default:
throw new IllegalStateException("Unexpected value: " + type);
}
}
對方法
checkAnswer中每個部分的詳細解釋：
單選題（SINGLE_CHOICE）：
使用 equals 方法比較標準答案和給定答案（去除空格後）。如果完全匹配，返回 true；否則返回 false。
多選題（MULTIPLE_CHOICE）：
將標準答案和給定答案都分割成單詞，並儲存在 HashSet 中，以便進行集合操作。
完全正確：如果給定答案集合包含標準答案集合中的所有元素，並且兩者的大小相同，則返回 true。
部分正確：如果給定答案集合包含標準答案集合中的所有元素，但給定答案的大小小於標準答案的大小（意味著使用者沒有選擇所有正確答案，但也沒有選擇任何錯誤答案），則返回 "partially correct"。
完全錯誤：在其他情況下（即給定答案包含錯誤答案或未作答），返回 false。
填空題（FILL_IN_THE_BLANKS）：
使用 equalsIgnoreCase 方法比較標準答案和給定答案（去除空格後）。如果完全匹配，返回 true。
使用 isPartiallyCorrect 方法檢查部分正確性。如果給定答案包含標準答案中的部分字元（忽略空格和大小寫），則返回 "partially correct"。
在其他情況下（即給定答案與標準答案不匹配，並且也不是部分正確），返回 false。
預設情況：
如果問題的型別不是預期的值之一，則丟擲 IllegalStateException。
QuestionBank 類
- 功能：
儲存一系列問題，並透過問題ID進行索引。
支援新增、刪除、查詢問題等功能。 - 方法：
| 成員變數 | 使用 LinkedHashMap 來儲存問題，以保持插入順序 |
|---|---|
| addQuestion(Question question) | 向題庫中新增一個問題 |
| getQuestionById(int id) | 根據問題ID獲取問題 |
| containsQuestion(int id) | 檢查題庫中是否存在某個問題ID |
| deleteQuestion(int id) | 刪除某個問題 |
Map 介面
使用了 Map 介面提供的方法，如 put、get、containsKey 和 remove，來操作問題物件。
泛型
Map<Integer, Question> 使用了泛型來指定鍵和值的型別，這有助於型別安全。
集合框架
使用了 Java 集合框架中的 Map 介面和 LinkedHashMap 實現類。
Paper 類
- 功能：
表示一份試卷，包含多個問題及其對應的分數。
支援新增、查詢試卷資訊，計算試卷總分等功能。 - 方法：
| 成員變數：使用 HashMap 來儲存試卷資訊，其中鍵是試卷ID，值是一個 Map，該 Map 的鍵是問題ID，值是分數。 |
|---|
| addPaper(int paperId, int questionId, int score)：向試卷中新增一個問題及其分數。 |
| getPaper(int paperId)：根據試卷ID獲取試卷資訊。 |
| getTotalScore(int paperId)：計算給定試卷的總分。 |
| containsPaper(int paperId)：檢查是否存在某個試卷ID。 |
| getAllQuestionIds(int paperId)：獲取試卷上的所有題目ID。 |
| getScoreForQuestion(int paperId, int questionId)：根據試卷ID和題目ID獲取相應的分數。 |
輸入格式：試卷資訊為獨行輸入，一行為一張試卷，多張卷可分多行輸入資料。
為了使每一張試卷id對映唯一 一張試卷，故使用Map<Integer, Map<Integer, Integer>> 使用巢狀對映（nested maps）的方式來組織資料的結構，外層 Map 的鍵是試卷的 ID (paperId)，值是一個內層的 Map，這個內層 Map 的鍵是問題的 ID (questionId)，值是問題的分數 (score)。這樣可透過試卷id可獲取該試卷上的所有題目的分數。
Studentinformation 類
- 功能：
儲存學生的學號及其對應的姓名。
支援新增、查詢學生資訊等功能。 - 方法：
| 成員變數：使用 HashMap 來儲存學生的學號及其姓名。 |
|---|
| addStudent(String id, String name)：向學生資訊表中新增一條記錄。 |
| getName(String id)：根據學號獲取學生的姓名。 |
| containsStudent(String id)：檢查學生資訊表中是否存在某個學號 |
AnswerPaper 類
- 功能：
儲存學生的答卷資訊，包括試卷ID、學生學號及其回答的問題列表。
支援新增、查詢學生答卷資訊等功能。 - 方法：
| 成員變數：使用 HashMap 來儲存學生的答卷資訊，其中鍵是試卷ID，值是一個 Map，該 Map 的鍵是學生的學號，值是一個問題答案列表。 |
|---|
| addAnswerSheet(int paperId, String studentId, List |
| getAnswerSheet(int paperId)：根據試卷ID獲取所有學生的答卷記錄。 |
| 巢狀類：Answer 用於表示單個答案，包含題目序號和答案內容。 |
final Map<Integer, Map<String, List<Answer>>> answerSheets = new HashMap<>();
這個成員變數是一個三層巢狀的 Map 結構：
第一層 Map 的鍵是 int 型別，表示試卷的 ID (paperId)。
第二層 Map 的鍵是 String 型別，表示學生的 ID (studentId)。
第二層 Map 的值是 List
DeletionQuestion 類
- 功能：
記錄已被刪除的問題ID。
支援標記刪除問題和檢查問題是否已被刪除。 - 方法：
| 成員變數：使用 HashSet 來儲存已刪除的問題ID。 |
|---|
| markDeleted(int questionId)：標記某個問題已被刪除。 |
| isDeleted(int questionId)：檢查某個問題是否已被刪除。 |
private final Set<Integer> deletedQuestions = new HashSet<>();
這個成員變數是一個 Set，用於儲存已被刪除的問題 ID。
使用 HashSet 作為實現類，這是因為 HashSet 提供了平均時間複雜度為 O(1) 的快速查詢、新增和刪除操作。
deletedQuestions 是 final 型別的，這意味著集合本身不能被重新賦值，但集合內的元素是可以被新增和刪除的。
輸入處理 (Input 類)
- 功能：
處理從標準輸入讀取的資料行，並根據行的字首呼叫相應的方法來處理這些行。 - 方法：
| 建構函式：接收題庫、試卷、學生資訊、答卷以及刪除題目的例項。 |
|---|
| validateInputFormat_1(String line)：驗證題目輸入行的格式是否正確。 |
| validateInputFormat_2(String line)：驗證試卷輸入行的格式是否正確。 |
| handleInput(String line)：根據輸入行的字首處理不同的輸入型別。 |
- 輸入行處理邏輯：
| 題目輸入：以#N:開頭，格式為#N:問題ID #Q:問題內容 #A:答案。 |
| 試卷輸入：以#T:開頭，格式為#T:試卷ID 問題ID-分數 問題ID-分數 ...，並檢查試卷總分是否為100。 |
| 學生資訊輸入：以#X:開頭，格式為#X:學號-姓名 學號-姓名 ...。 |
| 答卷輸入：以#S:開頭，格式為#S:試卷ID 學號 #A:問題序號-答案內容 #A:問題序號-答案內容 ...。 |
| 刪除題目輸入：以#D:N-開頭，格式為#D:N-問題ID。 |
輸入類中正規表示式部分的詳細解析
使用正則表達是為了驗證輸入行（題目資訊，試卷資訊行）的格式是否符合預期的標準，符合預期則返回true，不符合則返回false且輸入的該行無效丟棄，不做輸入處理。
validateInputFormat_1
用於驗證題目輸入行的格式。
確保輸入行以 #N: 開頭，並且包含題目 ID、問題內容（包含數字加法運算）和答案。
validateInputFormat_2
用於驗證試卷輸入行的格式。
確保輸入行以 #T: 開頭，並且包含試卷 ID 和一系列問題及其分數。
點選檢視程式碼
public static boolean validateInputFormat_1(String line) {
// 正規表示式用來驗證輸入行的格式
String regex = "^#N:\\d+(\\s+#Q:\\d+\\+\\d+=\\s+#A:\\d+)$";
return line.matches(regex);
}
格式說明：
^#N:：行開始位置 ^ 後跟 #N:，表示該行為題目資訊。
\d+：一個或多個數字，表示題目 ID。
(\s+#Q:\d+\+\d+=\s+#A:\d+)：空格 \s+，後跟 #Q: 和一個或多個數字，表示問題內容中包含數字加法運算，然後是 =，接著是空格 \s+ 和 #A:，最後是一個或多個數字，表示答案。
$：行結束位置。
點選檢視程式碼
public static boolean validateInputFormat_2(String line) {
// 正規表示式用來驗證輸入行的格式
String regex = "^#T:\\d+(\\s+\\d+-\\d+)+$";
return line.matches(regex);
}
格式說明：
^#T:：行開始位置 ^ 後跟 #T:，表示該行為試卷資訊。
\d+：一個或多個數字，表示試卷 ID。
(\s+\d+-\d+)+：空格 \s+，後跟一個或多個數字 - 一個或多個數字，表示問題及其分數，這樣的組合出現一次或多次 +。
$：行結束位置。
輸出處理 (Output 類)
- 功能：
根據已處理的資料輸出考試結果。 - 方法：
| 建構函式：接收題庫、試卷、學生資訊、答卷以及刪除題目的例項。 |
| processOutput()：遍歷所有答卷記錄，輸出每個學生的得分情況。 |
這段程式碼是整段程式碼中最核心的部分，用於處理輸出邏輯，包括根據學生的答卷情況計算成績，並輸出最終的成績資訊。
processOutput()方法處理過程：
1.遍歷答卷：
- 遍歷 answerPaper 中的所有答卷記錄。
- 每個記錄是一個鍵值對，鍵是試卷 ID (paperId)，值是一個對映關係，鍵是學生 ID (studentId)，值是該學生的答案列表。
2.檢查試卷是否存在：
- 使用 paper.containsPaper(paperId) 方法檢查是否存在給定的試卷 ID。
3.處理每個學生的答案：
- 遍歷每個學生的答案列表。
- 獲取學生 ID 和名字。
- 計算總分，並構建分數字符串。
4.處理每個問題的答案：
- 獲取試卷上的所有問題 ID 序列。
- 對每個問題進行處理：
-
- 檢查學生的答案。
-
- 檢查問題是否已被刪除。
-
- 檢查問題是否存在。
-
- 判斷答案是否正確，並計算分數。
-
- 輸出問題內容、答案內容及是否正確，並累加分數。
5.輸出最終成績資訊：
- 如果學生的名字存在，則輸出學生 ID、名字、各題得分和總分。
- 如果學生的名字不存在，則輸出學生 ID 未找到的訊息。
主類 (Main 類)
- 功能：
讀取標準輸入，並根據輸入處理邏輯進行處理。
處理完成後輸出結果。 - 方法：
主函式：從標準輸入讀取資料直到遇到“end”，然後呼叫輸出處理方法。 - 輸入輸出流程：
| 讀取輸入：從標準輸入讀取資料行。 |
| 處理輸入：根據輸入行的字首呼叫相應的處理方法。 |
| 題目處理：將題目新增到題庫中。 |
| 試卷處理：將問題及其分數新增到試卷中，並檢查總分是否為100。 |
| 學生資訊處理：將學生資訊新增到學生資訊表中。 |
| 答卷處理：將學生的答案新增到答卷記錄中。 |
| 刪除題目處理：標記題目為已刪除。 |
| 輸出處理：遍歷所有答卷記錄，並輸出每個學生的得分情況。 |
2.第五次大作業
概括:這次大作業又來了一個全新設計， 家居強電電路模擬程式設計。第一次迭代難度不是很大，差一分就拿到滿分了。之所以簡單，是因為電路結構變化：只有一條線路，所有元件串聯，處理起來相對簡單。此次家居強電電路模擬程式-1使用了物件導向的設計思想，定義了多個類來表示智慧家居系統中的不同裝置（如開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈和吊扇）以及一個基類Device。透過繼承和多型性，實現了不同裝置之間的共同特性和差異特性的抽象與表達。
家居強電電路模擬程式-1
類圖：
順序圖
設計分析
1.介面設計：
定義了一個Controllable介面，用於表示可以控制的裝置。實現了該介面的類需要提供一個control方法來處理控制命令。
public interface Controllable {
void control(String command); // 處理控制命令
}
這樣的設計使得系統能夠靈活地新增新的可控裝置，而無需修改現有的程式碼結構。
2.裝置連線與處理：
使用PinandDevice類來處理裝置的連線資訊和控制命令。該類維護了兩個對映：devices用於儲存所有裝置，connections用於儲存裝置之間的連線關係。提供了processConnection方法來處理裝置連線資訊，以及processControlCommand方法來處理控制命令。
3.電壓更新與狀態輸出：
每個裝置都有一個updateOutputVoltage方法，用於根據裝置的特性和輸入電壓來計算輸出電壓PinandDevice類中的updateVoltages方法會遍歷所有裝置，根據連線關係更新裝置的輸入電壓，updateOutputVoltage方法來更新輸出電壓。提供了printDeviceStatus方法來列印所有裝置的當前狀態。
程式碼思路
Device (抽象父類 )
- 功能：
定義了所有裝置的公共屬性和方法，如裝置標識、輸入電壓、輸出電壓等。 - 屬性：
| id：裝置的唯一識別符號。 |
| inputVoltage：輸入電壓。 |
| outputVoltage：輸出電壓。 |
| resistance：電阻。 |
- 方法：
| updateOutputVoltage()：抽象方法，由子類實現具體的更新輸出電壓的邏輯。 |
| getOutputVoltage()：獲取輸出電壓。 |
| getId()：獲取裝置標識。 |
| setInputVoltage(double inputVoltage)：設定輸入電壓。 |
注：定義基類Device：
包含裝置標識（id）、輸入電壓（inputVoltage）、輸出電壓（outputVoltage）和電阻（resistance）等屬性。
提供了構造方法、更新輸出電壓的抽象方法（由子類實現）、獲取輸出電壓和裝置標識的方法，以及設定輸入電壓的方法。
控制裝置 (繼承Device 類 )
Switch：開關裝置，可以切換狀態（開/關）。
- 屬性：state，表示開關狀態（0為開啟，1為關閉）。
- 方法：
| updateOutputVoltage()：根據開關狀態更新輸出電壓。 |
| control(String command)：處理控制命令，切換開關狀態。 |
| toString()：返回裝置狀態的字串表示。 |
GearSpeedRegulator：分檔調速器，可以調節檔位。
- 屬性：gear，表示檔位（0-3）。
- 方法：
| updateOutputVoltage()：根據檔位更新輸出電壓。 |
| control(String command)：處理控制命令，調整檔位。 |
| toString()：返回裝置狀態的字串表示。 |
ContinuousSpeedRegulator：連續調速器，可以調節連續檔位。
- 屬性：Gearposition，表示檔位（0.00-1.00）。
- 方法：
| updateOutputVoltage()：根據檔位更新輸出電壓。 |
| control(String command)：處理控制命令，調整檔位。 |
| toString()：返回裝置狀態的字串表示。 |
受控裝置 (繼承Device 類 )
IncandescentLamp：白熾燈，可以根據電壓差調節亮度。
屬性：brightness，表示亮度（0-200lux）。
方法：
updateOutputVoltage()：根據電壓差更新亮度。
toString()：返回裝置狀態的字串表示。
FluorescentLight：日光燈，可以根據電壓差調節亮度。
屬性：brightness，表示亮度（0或180lux）。
方法：
updateOutputVoltage()：根據電壓差更新亮度。
toString()：返回裝置狀態的字串表示。
CeilingFan：吊扇，可以根據電壓差調節轉速。
屬性：speed，表示轉速（0-360轉/分鐘）。
方法：
updateOutputVoltage()：根據電壓差更新轉速。
toString()：返回裝置狀態的字串表示。
每個裝置類都繼承自Device並實現了Controllable介面（如果可控）。
實現了各自的updateOutputVoltage方法和control方法（如果適用）。
提供了toString方法來返回裝置的當前狀態
PinandDevice（裝置管理類）
- 作用：管理所有裝置及其連線關係，處理控制命令，更新裝置電壓，列印裝置狀態。
- 屬性：
devices：儲存所有裝置的 Map。
connections：儲存裝置連線關係的 Map。 - 方法：
| processConnection(String line)：處理連線資訊，建立裝置並設定連線關係。 |
| createDevice(String deviceId)：根據裝置標識建立相應型別的裝置。 |
| processControlCommand(String line)：處理控制命令，呼叫相應裝置的 control 方法。 |
| updateVoltages()：更新所有裝置的電壓。 |
| printDeviceStatus()：按型別順序列印所有裝置的狀態。 |
| getTypeOrder(Device device)：獲取裝置型別的順序，用於排序。） |
注：這是程式碼核心部分，主要處理邏輯就在這段程式碼當中，下面我將詳細介紹這部分
- 資料儲存：
使用 LinkedHashMap 儲存裝置和連線關係，保持了插入順序，在後面處理過程需要從首部開始向後面進行處理。
連線關係儲存在 String 到 String 的對映中
private static Map<String, Device> devices = new LinkedHashMap <>(); // 儲存所有裝置
private static Map<String, String> connections = new LinkedHashMap <>(); // 儲存裝置連線關係
- 處理思路：
1.首先進行連線處理，透過引腳將裝置連線起來，使之構成一條串聯電路
2. 然後控制命令處理，透過控制命令處理，更新電路上的控制裝置狀態
3.再然後電壓更新，對電路上的裝置電壓進行更新後，根據裝置上的電壓確定工作狀態
4.最後裝置狀態列印，根據要求按順序輸出狀態
sortedDevices.sort((d1, d2) -> {
int typeOrder1 = getTypeOrder(d1);
int typeOrder2 = getTypeOrder(d2);
if (typeOrder1 != typeOrder2) {
return typeOrder1 - typeOrder2;
}
return Integer.compare(Integer.parseInt(d1.getId().substring(1)), Integer.parseInt(d2.getId().substring(1)));
});
排序邏輯：
首先，對於集合中的兩個裝置d1和d2，透過呼叫getTypeOrder方法獲取它們的型別順序（typeOrder1和typeOrder2）。
如果這兩個裝置的型別順序不同（typeOrder1 != typeOrder2），則根據它們的型別順序進行排序。具體地，返回typeOrder1 - typeOrder2的結果，這意味著型別順序較小的裝置會被排在前面。
如果兩個裝置的型別順序相同，則進一步比較它們的ID。這裡假設ID是一個字串，且從第二個字元開始（d1.getId().substring(1)和d2.getId().substring(1)）是一個可以解析為整數的部分。這兩個整數透過Integer.compare方法進行比較，確保ID數值較小的裝置排在前面。
inputHandle（輸入處理類 ）
- 作用：處理使用者輸入的連線資訊和控制命令。
- 方法：
input()：讀取使用者輸入，呼叫 PinandDevice 的方法處理連線資訊和控制命令。
主類 Main
- 作用：程式入口，建立 inputHandle 物件處理使用者輸入，建立 PinandDevice 物件更新裝置電壓並列印裝置狀態。
3.第六次大作業
概括：這次是家居強電電路模擬程式的第二次迭代。第一次迭代只有一條串聯電路，此次迭代增加了並聯電路，就是串聯電路上接了並聯電路。受控裝置增加了落地扇。
家居強電電路模擬程式-2
類圖
順序圖
設計分析
此次難度大大加大，第一次迭代我是透過引腳來更新電壓，由於此次引腳外接多個引腳，透過引腳來更新裝置狀態不可取（縱使透過輸入引腳可獲得裝置輸入電壓，但是輸出電壓我們不知道，無法計算出電勢差）。我花了足足一個上午的時間，才想到了思路。
先從總電路著手，我把並聯電路看成受控裝置接在總電路上。由於總電路是一條串聯電路，把這一天單獨拿出來處理就簡單很多了。首先計算出總電路的電阻，然後計算出總電路電流，得到電流後，按順序處理總電路上的裝置。遍歷總電路上的每個裝置，用電流乘上對應電阻得到裝置電壓後，更新裝置狀態。由於我將並聯電路看出來一個裝置，故可得到並聯電路上的電壓。將並聯電路上的子電路看出一天天串聯電路，儲存在List集合中，跟總電路處理邏輯一樣，從list集合中拿出每條串聯電路進行處理。這樣操作之後，就更新了電路上每個裝置狀態。最後，按裝置id順序輸出所有裝置的狀態或引數。
寫完之後想想，真妙啊！這設計得就一個字：妙（我都想自己誇自己了😀）寫了這麼多次大作業，我發現設計是最重要的一環，程式碼編寫是次要的。好的設計，程式碼寫起來就有思路了，寫起來就很快。
程式碼分析：
Device (抽象父類 )
- 功能：
定義了所有裝置的公共屬性和方法，如裝置標識、輸入電壓、輸出電壓等。 - 屬性：
| id：裝置的唯一識別符號。 |
| inputVoltage：輸入電壓。 |
| outputVoltage：輸出電壓。 |
| resistance：電阻。 |
- 方法：
| updateOutputVoltage()：抽象方法，由子類實現具體的更新輸出電壓的邏輯。 |
| getOutputVoltage()：獲取輸出電壓。 |
| getId()：獲取裝置標識。 |
| setInputVoltage(double inputVoltage)：設定輸入電壓。 |
注：定義基類Device：
包含裝置標識（id）、輸入電壓（inputVoltage）、輸出電壓（outputVoltage）和電阻（resistance）等屬性。
提供了構造方法、更新輸出電壓的抽象方法（由子類實現）、獲取輸出電壓和裝置標識的方法，以及設定輸入電壓的方法。
控制裝置 (繼承Device 類 )
Switch：開關裝置，可以切換狀態（開/關）。
- 屬性：state，表示開關狀態（0為開啟，1為關閉）。
- 方法：
| updateOutputVoltage()：根據開關狀態更新輸出電壓。 |
| control(String command)：處理控制命令，切換開關狀態。 |
| toString()：返回裝置狀態的字串表示。 |
GearSpeedRegulator：分檔調速器，可以調節檔位。
- 屬性：gear，表示檔位（0-3）。
- 方法：
| updateOutputVoltage()：根據檔位更新輸出電壓。 |
| control(String command)：處理控制命令，調整檔位。 |
| toString()：返回裝置狀態的字串表示。 |
ContinuousSpeedRegulator：連續調速器，可以調節連續檔位。
- 屬性：Gearposition，表示檔位（0.00-1.00）。
- 方法：
| updateOutputVoltage()：根據檔位更新輸出電壓。 |
| control(String command)：處理控制命令，調整檔位。 |
| toString()：返回裝置狀態的字串表示。 |
受控裝置 (繼承Device 類 )
IncandescentLamp：白熾燈，可以根據電壓差調節亮度。
- 屬性：brightness，表示亮度（0-200lux）。
- 方法：
updateOutputVoltage()：根據電壓差更新亮度。
toString()：返回裝置狀態的字串表示。
FluorescentLight：日光燈，可以根據電壓差調節亮度。
- 屬性：brightness，表示亮度（0或180lux）。
- 方法：
updateOutputVoltage()：根據電壓差更新亮度。
toString()：返回裝置狀態的字串表示。
CeilingFan：吊扇，可以根據電壓差調節轉速。
- 屬性：speed，表示轉速（0-360轉/分鐘）。
- 方法：
updateOutputVoltage()：根據電壓差更新轉速。
toString()：返回裝置狀態的字串表示。
FloorFan：落地扇，可以根據電壓差調節轉速。
- 屬性：speed，表示轉速（0-360轉/分鐘）。
- 方法：
updateVoltage()：根據電壓差更新轉速。
toString()：返回裝置狀態的字串表示。
電路管理類
SeriesCircuit：串聯電路類，管理串聯電路中的裝置。
- 屬性：
| id：串聯電路的唯一識別符號。 |
| resistance：串聯電路的總電阻。 |
| connections：儲存裝置連線關係的 Map。 |
| devices：儲存串聯電路中的裝置的 Map。 |
| current：流經串聯電路的電流。 |
| inputVoltage：輸入電壓。 |
| outputVoltage：輸出電壓。 |
- 方法：
| setInputVoltage(double inputVoltage)：設定輸入電壓。 |
| total_resistance()：計算串聯電路的總電阻。 |
| getResistance()：獲取總電阻。 |
| setCurrent(double current)：設定電流。 |
| getCurrent()：獲取電流。 |
| getConnections()：獲取連線關係。 |
| getDevices()：獲取裝置。 |
ParallelCircuit：並聯電路類，管理並聯電路中的裝置。
- 屬性：
circuits：儲存並聯電路中的串聯電路的 List。 - 方法：
| total_resistance()：計算並聯電路的總電阻。 |
| getCircuits()：獲取串聯電路。 |
| updateVoltage()：更新並聯電路中的裝置狀態。 |
PinandDevice（裝置管理類 ）
- 作用：管理所有裝置及其連線關係，處理控制命令，更新裝置電壓，列印裝置狀態。
- 屬性：
| SeriesCircuitsheet：儲存所有串聯電路的 Map。 |
| ParallelCircuitsheet：儲存所有並聯電路的 Map。 |
| ALLdevices：儲存所有裝置的 Map。 |
- 方法：
| processConnection_S(String line)：處理串聯電路的連線資訊。 |
| processConnection_p(String line)：處理並聯電路的連線資訊。 |
| createDevice(String deviceId, Map<String, Device> devices)：根據裝置標識建立相應型別的裝置。 |
| processControlCommand(String line)：處理控制命令，呼叫相應裝置的 control 方法。 |
| Update_circuit_resistance()：更新電路的電阻和電流。 |
| printDeviceStatus()：按型別順序列印所有裝置的狀態。 |
| getTypeOrder(Device device)：獲取裝置型別的順序，用於排序。 |
注：此部分程式碼是主要部分，我將對邏輯處理思路進行分析
SeriesCircuitsheet：儲存所有串聯電路物件的 Map。
ParallelCircuitsheet：儲存所有並聯電路物件的 Map。
ALLdevices：儲存所有裝置物件的 Map。
private Map<String,SeriesCircuit> SeriesCircuitsheet = new LinkedHashMap<>();//儲存串聯電路物件集合
private Map<String,ParallelCircuit> ParallelCircuitsheet = new LinkedHashMap<>();//儲存並聯電路物件集合
private Map<String, Device> ALLdevices = new LinkedHashMap<>();//電路中所有裝置物件
- 在processConnection_p方法中，處理並聯電路的連線資訊，將串聯電路物件新增到並聯電路中，使用List集合介面儲存串聯電路物件
private List<SeriesCircuit> circuits = new LinkedList<>();//並聯電路中儲存了串聯電路#M1[T1 T2] - 在Update_circuit_resistance()中更新電路的電阻和電流。首先遍歷所有並聯電路物件，
total_resistance方法計算每個並聯電路的總電阻，然後使用 List 進行倒序遍歷 SeriesCircuitsheet，再然後呼叫updateVoltage方法更新每個裝置的輸出電壓。根據輸入電壓和總電阻計算總電路電流。最後呼叫printDeviceStatus()根據總電路電流和裝置電阻更新每個裝置的電壓和狀態。 - 短路與斷路處理：
使用-1表示電阻無窮大，代表電路斷開斷路。如果算得並聯電路電壓為0，則表示短路。在並聯電路中，用電壓為0處理每一個裝置，得到的自然就是未工作狀態
if(circuit.total_resistance()!=0) {
if(circuit.total_resistance()==-1)
continue;
inputHandle（輸入處理類）
- 作用：處理使用者輸入的連線資訊和控制命令。
- 方法：
input()：讀取使用者輸入，呼叫 PinandDevice 的方法處理連線資訊和控制命令。
主類 Main
- 作用：程式入口，建立 inputHandle 物件處理使用者輸入，建立 PinandDevice 物件更新裝置電壓並列印裝置狀態。
- 方法：
main(String[] args)：程式主方法。
三、採坑心得
1.寫答題判題程式最後一次迭代時，未注意到題目要求使用到繼承。由於未注意到此要求，我最開始沒有用到繼承。我將程式碼提交到pta後，最後幾個測試點實在改不出來就放棄了。後來，經同學提醒，此次大作業要使用到繼承，沒用到繼承，一律0分。我暈，pta是以提交的最高分那份程式碼為最終程式碼，這麼說來，不光要修改程式碼，我還得提高自己的分數來更新最終程式碼。於是，我開始調啊調啊，最後幾個測試點就是找不出來。無奈，我上部落格園搜別人寫得大作業總結，企圖找到有人跟我一樣，卡在那幾個測試點上。功夫不負有心人，火眼金睛的我終於找到了！按他的解決方法，一直沒過測試點終於過了。避免了0分的悲劇。哎~下次寫之前我一定要好好看清楚要求。
2.在寫家居強電電路模擬程式-1中，我是以引腳來更新裝置狀態的，裝置的輸出引腳接下一個裝置的輸入引腳。以上一個裝置輸出引腳的輸出電平作為裝置的輸入電壓。由於第一次迭代只有一條電路，電路上只有控制與受控裝置。設計的時候，我想，改變電壓的裝置不可能接GND，受控裝置就只能接GND了。這就導致了我有幾個測試點一直沒過（開關也有可能接GND），這麼說，你可能還理解不了，下面這個例子可以說明：
把開關接GND後，由於我預設受控裝置接GND(預設輸出電壓為0)，按照我的設計思路，D2引腳接了VCC，那麼輸入電壓為220v，這樣在D2上算出來的工作電壓為220v,工作狀態自然就為滿幅輸出了
作業截至的時候，不知不覺才發現開關也有可能接GND啊。悔不當初啊！要是早想到就好了，這樣就可以拿到滿分了/(ㄒoㄒ)/~~悲劇啊！
3.家居強電電路模擬程式-2主要就是設計問題。設計好了，就簡單許多。開始最初我想延續第一次的思路，可是發現不行。因為裝置的輸出引腳可能接多個輸入引腳（這次考慮並聯），這樣就不好處理了。於是，我花了差不多三個小時設計思路，草稿本上畫了又畫，還是老師上課的時候就此題提了一嘴，可以透過計算電流或者採用分壓法來獲得裝置的工作電壓。我採用了前者，透過電流，就算出電壓。
此次大作業，我犯了一個致命錯誤，話不多說，直接看程式碼。
在case'A'分支中，我竟然未加break語句！導致了程式碼繼續執行 case 'M' 分支的程式碼，結果就是裝置物件被覆蓋，原本在 case 'A' 分支中建立的 FloorFan 物件會被 case 'M'中 ParallelCircuitsheet.get(deviceId) 返回的物件覆蓋，簡而言之就是裝置A未建立，裝置A的例項為空！編譯是沒任何問題的，我懷著自信提交程式碼，本以為可以拿到較高分數，沒想到，只有6分！6分啊！其餘測試點全是非零返回。由於此次測試點沒有提示，我一直找不到哪裡出現錯誤。也怪我自己，在測試程式碼的時候，沒有在測試樣例中加上裝置A。故事的最後，感謝同學送來的堪稱神之一手的測試樣例，他的測試樣例包含了裝置A。我將他的樣例一輸入，程式碼裡面就報錯，裝置A例項為null,為建立。經過除錯，才找到這個致命問題。感謝同學！感謝上天！
四、改進建議
1.家居強電電路模擬程式-1
類命名和職責：
重新命名 PinandDevice 類為更直觀的名稱，如 CircuitManager。
考慮將連線處理、控制命令處理和電壓更新等功能拆分為獨立的類或模組。
連線處理：
改進 processConnection 方法，確保正確處理所有引腳連線，並考慮 GND 引腳。
使用更靈活的資料結構來儲存連線關係，如 Map<String, List
控制命令處理：
考慮使用命令模式或策略模式來處理不同型別的控制命令。
在 Device 類中新增一個方法來檢查裝置是否支援特定的控制命令。
電壓更新：
考慮使用更復雜的電路模擬演算法來更新電壓，特別是在處理複雜電路時。
錯誤處理：
新增錯誤處理邏輯，如解析連線資訊時的異常處理。
2..這三次大作業使用到了大量的正規表示式匹配，有的複雜一點的匹配演算法是藉助ai完成的，運用正規表示式並不熟練。在課後，需要去更多的瞭解有關正則的方式匹配。
3.我發現我的程式碼重複性太高，一段程式碼，多次出現，程式碼冗餘嚴重。在今後的大作業中應避免該問題，減少程式碼冗餘並提高程式碼複用性，透過使用裝置工廠類和提取公共邏輯，讓程式碼變得更加簡潔和易於維護。同時，增加異常處理和日誌記錄，提高了程式碼的健壯性和可除錯性。
五、總結
這三次大作業寫完，我發現會寫程式碼不是主要的，會設計才是重要的一環（當然，這是本人的看法）。良好的 Java 設計不僅僅是編寫功能正確的程式碼，更重要的是確保程式碼的可維護性、可讀性、可重用性、效能、安全性和可擴充套件性。僅有編寫程式碼的能力是不夠的。設計在Java開發中同樣至關重要。就比如這次的家居強電電路模擬程式-2，設計好了，你才知道怎麼下手去寫。沒設計好，就開始寫，縱使寫到最後，也是一包渣。寫家居強電電路模擬程式-2的時候，我花了大量時間去設計，去構思該如何去寫，要設計成怎麼的電路，處理控制裝置的命令後要怎麼去更新受控裝置的電壓及狀態。這些時間花掉是值得的，程式碼第一次提交就拿到了91分（不考慮上述我犯的致命錯誤）。總而言之，設計至關重要，一個良好的設計能夠使系統更加清晰、易於維護，並且能夠更好地適應未來的變化。
這三次大作業都使用到了繼承與多型。可見其重要性。綜合以前幾次大作業，java的三個重要思想：封裝，繼承，多型也算是都深入瞭解並使用到了。透過使用繼承與多型這兩個物件導向程式設計的核心概念，程式碼複用大大提高了。繼承允許我們建立一個新的類（子類）來繼承一個已存在的類（父類）的屬性和方法。這樣，子類就可以複用父類的程式碼，避免了重複編寫相同的程式碼，提高了開發效率。多型性允許我們使用父類型別的引用來指向子類物件。這樣，我們可以在執行時動態地決定呼叫哪個類的方法，實現了介面的多種不同表現形式或行為。多型性增強了程式的靈活性和可擴充套件性。
學習到了抽象類和介面的使用，抽象類是用關鍵字abstract修飾的類，它不能被例項化。抽象類中可以包含抽象方法（沒有方法體的方法，用abstract修飾），透過子類重寫抽象方法，從而達到多型，提高程式碼的靈活性。介面通常用於定義一組相關的行為或功能，這些行為或功能可以由不同的類來實現。在家居強電電路模擬程式中我定義了處理控制命令介面。介面中有void control(String command)方法。透過三個控制裝置實現介面，重寫介面中方法，從而達到多型，提高程式碼的靈活性。總而言之，抽象類和介面在Java程式設計中都具有重要的作用，它們各自具有獨特的特性和使用場景。