目錄
前言
設計與分析
PTA第四次作業
PTA第五次作業
PTA第六次作業
踩坑心得
總結
前言
這幾次的大作業總的來說都花了很多的時間，也有做不出來的，但是一直做總能學到一些什麼。每次我認為比較花時間的是怎麼去設計好類，第六次則要想清楚怎麼處理輸入的電器以及電器的電壓、電阻、甚至是電流，因為第六次和第五次不一樣，第五次是隻有串聯，而第六次則是串並混用。使用繼承還是用介面我認為都是可以做的，但有些情況是有更好的選擇，這幾次作業給我的感覺是，測試點要自己找，很多時候測試樣例過了，才有了一些分數。
設計分析
PTA第四次作業
第四次大作業比第三次大作業多了多選題的判題，我對多選題的設計我採用的是繼承Question類，定義了 Question、MultipleChoiceQuestion、FillInBlankQuestion、TestPaper、Student 、ExamSystem和 AnswerSheet 類來儲存題目、試卷、學生和答卷資訊。parseInput 方法解析輸入資訊並儲存到相應的資料結構中。checkTestPaperScores 方法檢查每張試卷的總分是否為100。gradeAnswers 方法對學生的答案進行評判，並生成輸出資訊。在 gradeAnswers 方法中生成答題資訊、判分資訊和提示資訊。
類圖：
順序圖：
設計思路
資料結構設計：
使用字典來儲存題目資訊、試卷資訊、學生資訊、答卷資訊和刪除題目資訊。
題目資訊字典：鍵為題目編號，值為題目物件（包含題目內容、標準答案、題目型別等）。
試卷資訊字典：鍵為試卷號，值為試卷物件（包含題目編號-分值對）。
學生資訊字典：鍵為學號，值為學生名字。
答卷資訊字典：鍵為試卷號-學號對，值為答案列表。
刪除題目集合：包含所有被刪除的題目編號。
功能模組劃分：
輸入解析模組：負責解析使用者輸入的各種資訊，將其轉換成系統內部的資料結構。
試卷檢查模組：檢查試卷總分是否為100分，如果不是則生成警示資訊。
答題判分模組：根據題目資訊和學生的答案計算分數，並生成詳細的答題資訊。
輸出模組：根據系統內部的資料結構生成符合要求的輸出格式。
異常處理：
對於輸入格式錯誤、題目引用錯誤、試卷號或學號引用錯誤等情況，需要設計相應的異常處理機制，確保系統的健壯性。
關鍵步驟
初始化資料結構：
建立題目資訊字典、試卷資訊字典、學生資訊字典、答卷資訊字典和刪除題目集合。
輸入處理：
迴圈讀取輸入直到遇到"end"。
根據輸入的第一字元（如#N、#T、#X、#S、#D）確定輸入型別，呼叫相應的方法處理輸入資訊。
對於題目資訊、試卷資訊、學生資訊、答卷資訊和刪除題目資訊分別進行解析並存入對應的資料結構。
試卷檢查：
遍歷試卷資訊字典，計算每張試卷的總分，如果不是100分則生成警示資訊。
答題判分：
對於每一份答卷，根據試卷資訊中的題目編號查詢題目資訊，對比學生的答案與標準答案，根據題目型別（選擇題、填空題等）的不同計算得分。
特別注意處理被刪除的題目、答案不存在、題目引用錯誤等情況。
生成輸出：
按照題目資訊、答題資訊、判分資訊、刪除題目提示資訊、題目引用錯誤提示資訊的順序生成輸出。
注意輸出順序優先順序為學號、試卷號，按從小到大的順序先按學號排序，再按試卷號。
異常處理：
在解析輸入資訊時檢查格式是否正確，對於格式錯誤的資訊生成錯誤提示。
在處理答題資訊時，檢查試卷號和學號是否存在，對於不存在的試卷號或學號生成相應的錯誤提示。
1.類設計：
Question: 基礎問題類，包含問題的ID、內容、答案和分數。
MultipleChoiceQuestion: 多選題類，繼承自Question，支援部分正確的情況。
FillInBlankQuestion: 填空題類，繼承自Question，支援大小寫不敏感的答案。
TestPaper: 試卷類，包含試卷ID和問題集合。
Student: 學生類，包含學生ID和姓名。
AnswerSheet: 答題卡類，包含試卷ID、學生ID和學生的答案集合。
2.系統設計
ExamSystem 是整個系統的主控類，負責解析輸入資料、管理題目、試卷、學生和答題卡，並進行評分。
3.輸入解析
ExamSystem 提供了一個 parseInput 方法來解析輸入資料。輸入資料包括題目、試卷、學生和答題卡的資訊，每種資訊都有特定的格式識別符號。
題目解析 (parseQuestion):
根據識別符號（#N:、#Z:、#K:）建立不同型別的問題物件。
儲存在 questions 集合中。
試卷解析 (parseTestPaper):
建立 TestPaper 物件，並將題目及其分數新增到試卷中。
儲存在 testPapers 集合中。
學生解析 (parseStudent):
建立 Student 物件，並儲存在 students 集合中。
答題卡解析 (parseAnswerSheet):
建立 AnswerSheet 物件，並將學生的答案新增到答題卡中。
儲存在 answerSheets 列表中。
刪除題目解析 (parseDeletedQuestion):
將已刪除題目的ID儲存在 deletedQuestions 集合中。
4.檢查試卷總分
checkTestPaperScores 方法遍歷所有試卷，檢查每個試卷的總分是否為100分，如果不是，則發出警告。
5.評分答案
gradeAnswers 方法遍歷所有答題卡，對每個答題卡進行評分：
獲取對應的試卷和學生資訊。
遍歷試卷中的每個題目，檢查學生的答案是否正確。
如果答案正確，累加題目分數。
如果是多選題或填空題且部分正確，累加部分分數。
輸出評分結果。
PTA第五次作業
類圖：
順序圖：
- 程式碼結構與邏輯
主要類和方法
Electric 類：
屬性：s（裝置型別識別符號）、id（裝置ID）、shuV（電壓）、ofopen（開關狀態）、speed（速度）、lin（連續值）。
方法：display()（顯示裝置狀態）、regulate(String vs)（調節裝置）、reshuV(double shuop)（設定電壓）、fanhui()（返回裝置型別的優先順序）。
子類：
Kaiguan（開關）：
方法：display()、regulate(String vs)、reshuV(double shuop)。
Fendang（分檔調節器）：
方法：display()、regulate(String vs)、reshuV(double shuop)。
Lianxu（連續調節器）：
方法：display()、regulate(String vs)、reshuV(double shuop)。
Baichi（白熾燈）：
方法：display()、reshuV(double shuop)。
Riguang（日光燈）：
方法：display()、reshuV(double shuop)。
Diaoshan（吊扇）：
方法：display()、reshuV(double shuop)。
主函式邏輯
輸入處理：
使用 Scanner 讀取標準輸入。
解析輸入資料，將連線資訊和控制命令分別儲存在 ArrayList 中。
裝置建立：
根據連線資訊建立相應的裝置物件，並儲存在 HashMap 中。
狀態更新：
根據控制命令更新裝置狀態。
處理開關的開閉狀態、分檔調節器的檔位變化、連續調節器的值設定等。
輸出結果：
將所有裝置按特定規則排序。
呼叫每個裝置的 display() 方法輸出最終狀態。 - 最佳化建議
異常處理
輸入驗證：確保輸入資料的格式正確，避免因輸入錯誤導致程式崩潰。
if (!s.startsWith("[") && !s.startsWith("#K") && !s.startsWith("#F") && !s.startsWith("#L")) {
System.err.println("Invalid input format: " + s);
continue;
}
程式碼最佳化
提取公共方法：減少重複程式碼，提高程式碼可維護性。
private static String extractDeviceId(String command) {
Pattern pattern = Pattern.compile("#(.*)");
Matcher matcher = pattern.matcher(command);
if (matcher.find()) {
return matcher.group(1);
}
return "";
}
效能最佳化
資料結構選擇：對於大規模資料，可以考慮使用更高效的資料結構，如 TreeMap 或 ConcurrentHashMap。
Map<String, Electric> map1 = new ConcurrentHashMap<>();
3. 擴充套件方向
圖形使用者介面
使用 Swing 或 JavaFX：提供圖形使用者介面，使使用者可以更直觀地操作和檢視電路狀態。
public class CircuitUI extends Application {
@Override
public void start(Stage primaryStage) {
Button btn = new Button("Run Simulation");
VBox vBox = new VBox(btn);
Scene scene = new Scene(vBox, 300, 250);
primaryStage.setTitle("Circuit Simulator");
primaryStage.setScene(scene);
primaryStage.show();
}
public static void main(String[] args) {
launch(args);
}
}
更多裝置型別
新增裝置：可以輕鬆新增更多型別的裝置，只需繼承 Electric 類並實現相應的方法。
class NewDevice extends Electric {
public NewDevice(String id) {
super("N", id);
}
@Override
public void display() {
System.out.printf("@N%s:%.2f\n", id, someProperty);
}
@Override
public void regulate(String vs) {
// 實現調節邏輯
}
@Override
public void reshuV(double shuop) {
// 實現電壓設定邏輯
}
@Override
public int fanhui() {
return 7; // 返回優先順序
}
}
多執行緒支援
非同步處理：對於複雜的電路模擬，可以考慮使用多執行緒來提高處理速度。
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
for (Electric device : arraylist6) {
executor.submit(() -> {
device.display();
});
}
executor.shutdown();
PTA第六次作業
順序圖
設計思路
類結構
介面和抽象類
Controllable 介面：定義了一個 control(String command) 方法，用於處理控制命令。
Device 抽象類：所有電器裝置的基類，定義了共有的屬性和方法，如裝置ID、輸入電壓、輸出電壓、電阻等。還定義了抽象方法 updateVoltage() 用於更新裝置的電壓狀態。
具體裝置類
Switch（開關）：實現了 Controllable 介面，可以切換開閉狀態。
GearSpeedRegulator（分檔調速器）：實現了 Controllable 介面，可以調節檔位。
ContinuousSpeedRegulator（連續調速器）：實現了 Controllable 介面，可以調節連續值。
IncandescentLamp（白熾燈）：根據電壓計算亮度。
FluorescentLight（日光燈）：根據電壓確定亮度。
CeilingFan（吊扇）：根據電壓計算轉速。
FloorFan（落地扇）：根據電壓計算轉速。
電路類
SeriesCircuit（串聯電路）：管理一組串聯的裝置，計算總電阻和電流。
ParallelCircuit（並聯電路）：繼承自 Device 類，管理一組並聯的串聯電路，計算總電阻和電流。
輔助類
PinandDevice：負責處理輸入資料，建立裝置和電路物件，更新電路狀態，並列印裝置狀態。
inputHandle：負責讀取使用者輸入並呼叫 PinandDevice 的相關方法進行處理。
主要功能
輸入處理：
讀取使用者輸入，解析連線資訊和控制命令。
根據連線資訊建立裝置和電路物件。
根據控制命令更新裝置狀態。
電路連線：
串聯電路：管理一組串聯的裝置，計算總電阻和電流。
並聯電路：管理一組並聯的串聯電路，計算總電阻和電流。
狀態更新：
根據輸入電壓和電路連線關係，更新每個裝置的電壓和狀態。
處理控制命令，更新裝置的狀態。
輸出結果：
按照特定規則排序裝置，並輸出每個裝置的狀態。
詳細分析
- 類結構和繼承關係
Controllable 介面：定義了控制裝置的基本方法。
Device 抽象類：提供了裝置的基本屬性和方法，定義了抽象方法 updateVoltage()。
具體裝置類：每個裝置類繼承自 Device 類，實現了 updateVoltage() 方法，並根據需要實現了 control(String command) 方法。 - 輸入處理
PinandDevice 類：
processConnection_S：處理串聯電路的連線資訊，建立裝置和串聯電路物件。
processConnection_p：處理並聯電路的連線資訊，建立並聯電路物件。
createDevice：根據裝置ID建立具體的裝置物件。
processControlCommand：處理控制命令，更新裝置狀態。
Update_circuit_resistance：更新電路的總電阻和電流。
printDeviceStatus：按特定規則排序裝置，並輸出狀態。
inputHandle 類：
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。 - 電路連線和狀態更新
SeriesCircuit 類：
total_resistance：計算串聯電路的總電阻。
setCurrent：設定串聯電路的電流。
updateVoltage：更新串聯電路中每個裝置的電壓和狀態。
ParallelCircuit 類：
total_resistance：計算並聯電路的總電阻。
updateVoltage：更新並聯電路中每個串聯電路的電流和裝置的電壓和狀態。 - 輸出結果
PinandDevice 類：
printDeviceStatus：按特定規則排序裝置，並輸出狀態。
getTypeOrder：獲取裝置型別的優先順序，用於排序。
最佳化方案：
異常處理
輸入驗證：確保輸入資料的格式正確，避免因輸入錯誤導致程式崩潰。
if (!line.startsWith("[") && !line.startsWith("#T") && !line.startsWith("#M") && !line.startsWith("#")) {
System.err.println("Invalid input format: " + line);
continue;
}
程式碼最佳化
提取公共方法：減少重複程式碼，提高程式碼可維護性。
private static String extractDeviceId(String command) {
Pattern pattern = Pattern.compile("#(.*)");
Matcher matcher = pattern.matcher(command);
if (matcher.find()) {
return matcher.group(1);
}
return "";
}
效能最佳化
資料結構選擇：對於大規模資料，可以考慮使用更高效的資料結構，如 TreeMap 或 ConcurrentHashMap。
Map<String, Device> devices = new ConcurrentHashMap<>();
擴充套件方向
圖形使用者介面
使用 Swing 或 JavaFX：提供圖形使用者介面，使使用者可以更直觀地操作和檢視電路狀態。
public class CircuitUI extends Application {
@Override
public void start(Stage primaryStage) {
Button btn = new Button("Run Simulation");
VBox vBox = new VBox(btn);
Scene scene = new Scene(vBox, 300, 250);
primaryStage.setTitle("Circuit Simulator");
primaryStage.setScene(scene);
primaryStage.show();
}
public static void main(String[] args) {
launch(args);
}
}
更多裝置型別
新增裝置：可以輕鬆新增更多型別的裝置，只需繼承 Device 類並實現相應的方法。
class NewDevice extends Device {
public NewDevice(String id) {
super(id, 0); // 初始電阻為0
}
@Override
public void updateVoltage() {
// 實現電壓更新邏輯
}
@Override
public void control(String command) {
// 實現控制邏輯
}
@Override
public String toString() {
return "@" + id + ":" + someProperty;
}
}
多執行緒支援
非同步處理：對於複雜的電路模擬，可以考慮使用多執行緒來提高處理速度。
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
for (Device device : sortedDevices) {
executor.submit(() -> {
System.out.println(device.toString());
});
}
executor.shutdown();
踩坑心得
1.一個類和方法只做一件事，做到低耦合，不能牽一髮而動全身
2.在方法中儘量少用選擇語句，如if-else，降低圈複雜度
3.在一些相似的類如果可以抽象出一些共同的屬性和方法，可以適當使用繼承和多型
4.要多去了解Java強大的類庫
5.需要加強自己對演算法的學習
6.使用繼承和多型可以大大降低程式碼複雜度，提高效率
總結
- 設計經驗
類設計與繼承
抽象類與介面：在第四次作業中，我們使用了抽象類Question和具體子類MultipleChoiceQuestion、FillInBlankQuestion，在第六次作業中使用了抽象類Device和介面Controllable。這些設計模式幫助我們更好地組織程式碼，提高複用性和擴充套件性。
單一職責原則：每個類和方法只做一件事，保持低耦合。例如，Question類只負責儲存和處理題目資訊，ExamSystem類負責整體流程控制。
資料結構設計
字典與集合：使用字典（如HashMap）儲存題目、試卷、學生和答題卡資訊，使用集合（如HashSet）儲存刪除的題目編號。這些資料結構使得資料查詢和管理更加高效。
多級巢狀結構：在第六次作業中，使用了多級巢狀的資料結構來管理串並聯電路，例如ParallelCircuit類中包含多個SeriesCircuit物件，這種設計能夠靈活地表示覆雜的電路結構。 - 實現經驗
輸入解析
解析策略：根據不同型別的輸入（如題目、試卷、學生、答題卡、控制命令等），使用不同的解析策略。透過字串匹配和正規表示式提取關鍵資訊。
異常處理：在解析過程中加入異常處理，確保輸入格式錯誤不會導致程式崩潰。例如，使用try-catch塊捕獲解析異常，並給出友好的錯誤提示。
功能模組劃分
模組化設計：將系統劃分為多個模組，每個模組負責一個特定的功能。例如，輸入解析模組、試卷檢查模組、答題判分模組和輸出模組。這種設計使得程式碼結構清晰，易於維護。
方法拆分：將長方法拆分成多個小方法，每個方法只完成一個具體任務。這樣可以降低方法的複雜度，提高可讀性和可測試性。 - 最佳化經驗
異常處理
輸入驗證：在解析輸入資料時，確保資料格式正確。例如，使用正規表示式驗證輸入字串的格式。
錯誤提示：對於格式錯誤或引用錯誤的資料，生成明確的錯誤提示資訊，幫助使用者快速定位問題。
程式碼最佳化
提取公共方法：減少重複程式碼，提高程式碼可維護性。例如，提取公共的字串解析方法extractDeviceId。
資料結構選擇：根據實際需求選擇合適的資料結構。例如，在處理大量資料時，使用ConcurrentHashMap代替普通的HashMap。
效能最佳化
多執行緒支援：對於複雜的電路模擬，可以使用多執行緒來提高處理速度。例如，使用ExecutorService非同步處理裝置狀態更新。
演算法最佳化：最佳化演算法，減少不必要的計算。例如，在計算電路總電阻和電流時，避免重複計算。 - 學習心得
物件導向程式設計
封裝：將資料和方法封裝在類中，提高程式碼的安全性和可維護性。
繼承和多型：透過繼承和多型，實現程式碼的複用和擴充套件。例如，Device類的子類可以重寫父類的方法，實現特定的裝置行為。
資料結構與演算法
常用資料結構：熟練掌握常用的Java資料結構，如HashMap、HashSet、ArrayList等。
演算法應用：學會在實際問題中應用合適的演算法，提高程式的效率。例如，使用排序演算法對裝置進行排序。
Java類庫
標準庫：熟悉Java標準庫中的常用類和方法，如Collections、Stream、Pattern、Matcher等。