一． 前言
本次Blog旨在總結物件導向的程式設計的作業，前一題為答題判題程式，後兩題為家居強電電路模擬程式。具體的設計過程和心得如下。
二． 設計與分析
（一） 答題判題程式
- 相對上一題迭代的內容
點選檢視題目
本次作業新增內容：
1、輸入選擇題題目資訊
題目資訊為獨行輸入，一行為一道題，多道題可分多行輸入。
格式："#Z:"+題目編號+" "+"#Q:"+題目內容+" "#A:"+標準答案
格式基本的約束與一般的題目輸入資訊一致。
新增約束：標準答案中如果包含多個正確答案（多選題），正確答案之間用英文空格分隔。
例如：
#Z:2 #Q:宋代書法有蘇黃米蔡四家，分別是： #A:蘇軾 黃庭堅 米芾 蔡襄
多選題輸出：
輸出格式與一般答卷題目的輸出一致，判斷結果除了true、false，增加一項”partially correct”表示部分正確。
多選題給分方式：
答案包含所有正確答案且不含錯誤答案給滿分；包含一個錯誤答案或完全沒有答案給0分；包含部分正確答案且不含錯誤答案給一半分，如果一半分值為小數，按截尾規則只保留整數部分。
例如：
#N:1 #Q:1+1= #A:2
#Z:2 #Q:黨十八大報告提出要加強()建設。A 政務誠信 B 商務誠信 C社會誠信 D司法公信 #A:A B C D
#T:1 1-5 2-9
#X:20201103 Tom
#S:1 20201103 #A:1-5 #A:2-A C
end
輸出：
alert: full score of test paper1 is not 100 points
1+1=~5~false
黨十八大報告提出要加強()建設。A 政務誠信 B 商務誠信 C社會誠信 D司法公信~A C~partially correct
20201103 Tom: 0 4~4
2、輸入填空題題目資訊
題目資訊為獨行輸入，一行為一道題，多道題可分多行輸入。
格式："#K:"+題目編號+" "+"#Q:"+題目內容+" "#A:"+標準答案
格式基本的約束與一般的題目輸入資訊一致。
例如：#K:2 #Q:古琴在古代被稱為： #A:瑤琴或七絃琴
填空題輸出：
輸出格式與一般答卷題目的輸出一致，判斷結果除了true、false，增加一項”partially correct”表示部分正確。
填空題給分方式：
答案與標準答案內容完全匹配給滿分，包含一個錯誤字元或完全沒有答案給0分，包含部分正確答案且不含錯誤字元給一半分，如果一半分值為小數，按截尾規則只保留整數部分。
例如：
#N:1 #Q:1+1= #A:2
#K:2 #Q:古琴在古代被稱為： #A:瑤琴或七絃琴
#T:1 1-5 2-10
#X:20201103 Tom
#S:1 20201103 #A:1-5 #A:2-瑤琴
end
輸出：
alert: full score of test paper1 is not 100 points
1+1=~5~false
古琴在古代被稱為：~瑤琴~partially correct
20201103 Tom: 0 5~5
3、輸出順序變化
只要是正確格式的資訊，可以以任意的先後順序輸入各類不同的資訊。比如試卷可以出現在題目之前，刪除題目的資訊可以出現在題目之前等。
例如：
#T:1 1-5 2-10
#N:1 #Q:1+1= #A:2
#K:2 #Q:古琴在古代被稱為： #A:瑤琴或七絃琴
#X:20201103 Tom
#S:1 20201103 #A:1-5 #A:2-古箏
end
輸出：
alert: full score of test paper1 is not 100 points
1+1=~5~false
古琴在古代被稱為：~古箏~false
20201103 Tom: 0 0~0
4、多張試卷資訊
本題考慮多個同學有多張不同試卷的答卷的情況。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。
例如：
#T:1 1-5 2-10
#T:2 1-8 2-21
#N:1 #Q:1+1= #A:2
#S:2 20201103 #A:1-2 #A:2-古箏
#S:1 20201103 #A:1-5 #A:2-瑤琴或七絃琴
#S:1 20201104 #A:1-2 #A:2-瑟
#S:2 20201104 #A:1-5 #A:2-七絃琴
#X:20201103 Tom-20201104 Jack
#K:2 #Q:古琴在古代被稱為： #A:瑤琴或七絃琴
end
輸出：
alert: full score of test paper1 is not 100 points
alert: full score of test paper2 is not 100 points
1+1=~5~false
古琴在古代被稱為：~瑤琴或七絃琴~true
20201103 Tom: 0 10~10
1+1=~2~true
古琴在古代被稱為：~古箏~false
20201103 Tom: 8 0~8
1+1=~2~true
古琴在古代被稱為：~瑟~false
20201104 Jack: 5 0~5
1+1=~5~false
古琴在古代被稱為：~七絃琴~partially correct
20201104 Jack: 0 10~10
相較上次題目我這次設計了MCQ（多項選擇題），繼承自Question類，其實這樣做有點不妥當，應該先定義一個抽象問題類，在擴充出單項選擇題和多項選擇題。對於多選題，透過正規表示式將“ ”，“或”等關鍵詞兩邊的字串進行裁切，儲存在陣列中，以便後續比對。
3.多項選擇題的判分方法
首先檢查學生的答案是否存在（非空）以及問題是否存在。然後根據問題的型別進行不同的判斷：單選題或多選題。
對於單選題，直接比較學生答案與標準答案是否相等，然後根據結果將評判結果記錄到答案物件中。
對於多選題，首先將學生答案和標準答案都分割成單個選項，並進行逐個匹配。如果學生答案中至少包含一個標準答案的部分，或者有一個或多個學生答案匹配了部分標準答案，則認為是部分正確。根據判斷結果將評判結果記錄到答案物件中。
缺陷:使用instanceof，實際上沒有實現狹義上的多型，應該定義一個判分方法，再在不同的類中進行不同的實現。
4.已知的判分的問題
答案和標準答案沒有分塊，如果答案和標準答案出現順序上的問題，可能會導致判分出錯。
我的判斷流程是：
1）.標準答案.equal(我的答案)是否成立
2）.如果不相等，進行後續操作
某些情況，比如#A:瑤琴或七絃琴 答案為：七絃琴或瑤琴，會先判斷成不是全對，在進行分塊判斷，導致輸出partially correct，但是分數又是全分的情況。
解決辦法：在一開始就將答案分塊，然後判斷自己的答案的陣列的size和標準答案的陣列的size，若相同，在進行遍歷（n*n）比對，如果size不相等，那麼肯定屬於部分正確的情況，在進行後續操作。
5.由答題順序的到的反思：程式的寫法不會有甲方（在本題中就是P他的題目說明）給出完全正確且詳細的設計以及過程，還是應該自己多考慮一些生活實際情況，將實際情況帶入程式設計設計中去。
6.不能過於依靠測試點的提示，針對測試點而修改程式碼，應該在設計時就考慮實際情況，不能抱有僥倖心理，覺得可能不會出現這種***鑽的情況，就放棄這種設計。另外，由於此題取消了測試點的提示，導致我束手無策。我們應該提高自己的測試能力，不能過度依賴給出的測試樣例。
7.複雜度分析如下
相較上次的程式碼來說，這次程式碼已經有很大改觀，只是最大複雜度存在些許問題，應該是題目判分那一塊的問題，若有時間，應該把答案分塊，判斷，記分，輸出，這幾大核心功能分離，而不是圖方便一塊將判斷和記分雜糅在一塊。
（二） 家居強電電路模擬程式
1.題設：
點選檢視題設詳情
智慧家居是在當下家庭中越來越流行的一種配置方案，它透過物聯網技術將家中的各種裝置（如音影片裝置、照明系統、窗簾控制、空調控制、安防系統、數字影院系統、影音伺服器、影櫃系統、網路家電等）連線到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠端控制、室內外遙控、防盜報警、環境監測、暖通控制、紅外轉發以及可程式設計定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智慧家居不僅具有傳統的居住功能，兼備建築、網路通訊、資訊家電、裝置自動化，提供全方位的資訊互動功能。請根據如下要去設計一個智慧家居強電電路模擬系統。
1、控制裝置模擬
本題模擬的控制裝置包括：開關、分檔調速器、連續調速器。
開關：包括0和1兩種狀態。
開關有兩個引腳，任意一個引腳都可以是輸入引腳，而另一個則是輸出引腳。開關狀態為0時，無論輸入電位是多少，輸出引腳電位為0。當開關狀態為1時，輸出引腳電位等於輸入電位。
分檔調速器
按檔位調整，常見的有3檔、4檔、5檔調速器，檔位值從0檔-2（3/4）檔變化。本次迭代模擬4檔調速器，每個檔位的輸出電位分別為0、0.3、0.6、0.9倍的輸入電壓。
連續調速器
沒有固定檔位，按位置比例得到檔位引數，數值範圍在[0.00-1.00]之間，含兩位小數。輸出電位為檔位引數乘以輸入電壓。
所有調速器都有兩個引腳，一個固定的輸入（引腳編號為1）、一個輸出引腳（引腳編號為2）。當輸入電位為0時，輸出引腳輸出的電位固定為0，不受各類開關調節的影響。
所有控制裝置的初始狀態/檔位為0。
控制裝置的輸入引腳編號為1，輸出引腳編號為2。
2、受控裝置模擬
本題模擬的受控裝置包括：燈、風扇。兩種裝置都有兩根引腳，透過兩根引腳電壓的電壓差驅動裝置工作。
燈有兩種工作狀態：亮、滅。在亮的狀態下，有的燈會因引腳電位差的不同亮度會有區別。
風扇在接電後有兩種工作狀態：停止、轉動。風扇的轉速會因引腳的電位差的不同而有區別。
本次迭代模擬兩種燈具。
白熾燈：
亮度在0~200lux（流明）之間。
電位差為0-9V時亮度為0,其他電位差按比例，電位差10V對應50ux，220V對應200lux，其他電位差與對應亮度值成正比。白熾燈超過220V。
日光燈：
亮度為180lux。
只有兩種狀態，電位差為0時，亮度為0，電位差不為0，亮度為180。
本次迭代模擬一種吊扇。
工作電壓區間為80V-150V，對應轉速區間為80-360轉/分鐘。80V對應轉速為80轉/分鐘，150V對應轉速為360轉/分鐘，超過150V轉速為360轉/分鐘（本次迭代暫不考慮電壓超標的異常情況）。其他電壓值與轉速成正比，輸入輸出電位差小於80V時轉速為0。
輸入資訊：
1、裝置資訊
分別用裝置識別符號K、F、L、B、R、D分別表示開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈、吊扇。
裝置標識用識別符號+編號表示，如K1、F3、L2等。
引腳格式：裝置標識-引腳編號，例如：K1-1標識編號為1的開關的輸入引腳。
三種控制開關的輸入引腳編號為1，輸出引腳編號為2。
受控裝置的兩個引腳編號分別為1、2。
約束條件：
不同裝置的編號可以相同。
同種裝置的編號可以不連續。
裝置資訊不單獨輸入，包含在連線資訊中。
2、連線資訊
一條連線資訊佔一行，用[]表示一組連線在一起的裝置引腳，引腳與引腳之間用英文空格" "分隔。
格式："["+引腳號+" "+...+" "+引腳號+"]"
例如：[K1-1 K3-2 D5-1]表示K1的輸入引腳，K3的輸出引腳，D5的1號引腳連線在一起。
約束條件：
本次迭代不考慮兩個輸出引腳短接的情況
考慮調速器輸出串聯到其他控制裝置（開關）的情況
不考慮調速器串聯到其他調速器的情況。
不考慮各類控制裝置的並聯接入或反饋接入。例如，K1的輸出接到L2的輸入，L2的輸出再接其他裝置屬於串聯接線。K1的輸出接到L2的輸出，同時K1的輸入接到L2的輸入，這種情況屬於並聯。K1的輸出接到L2的輸入，K1的輸入接到L2的輸出，屬於反饋接線。
3、控制裝置調節資訊
開關調節資訊格式：
#+裝置標識K+裝置編號，例如：#K2，代表切換K2開關的狀態。
分檔調速器的調節資訊格式：
#+裝置標識F+裝置編號+"+" 代表加一檔，例如：#F3+，代表F3輸出加一檔。
#+裝置標識F+裝置編號+"-" 代表減一檔，例如：#F1-，代表F1輸出減一檔。
連續調速器的調節資訊格式：
#+裝置標識L+裝置編號+":" +數值 代表將連續調速器的檔位設定到對應數值，例如：#L3:0.6，代表L3輸出檔位引數0.6。
4、電源接地標識：VCC，電壓220V，GND，電壓0V。沒有接線的引腳預設接地，電壓為0V。
輸入資訊以end為結束標誌，忽略end之後的輸入資訊。
輸出資訊：
按開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈、吊扇的順序依次輸出所有裝置的狀態或引數。每個裝置一行。同類裝置按編號順序從小到大輸出。
輸出格式：@裝置標識+裝置編號+":" +裝置引數值（控制開關的檔位或狀態、燈的亮度、風扇的轉速，只輸出值，不輸出單位）
連續調速器的檔位資訊保留兩位小數，即使小數為0，依然顯示兩位小數.00。
開關狀態為0（開啟）時顯示turned on，狀態為1（合上）時顯示closed
如：
@K1:turned on
@B1:190
@L1:0.60
本題不考慮輸入電壓或電壓差超過220V的情況。
本題只考慮串聯的形式，所以所有測試用例的所有連線資訊都只包含兩個引腳
本題電路中除了開關可能出現多個，其他電路裝置均只出現一次。
電源VCC一定是第一個連線的第一項，接地GND一定是最後一個連線的後一項。
家居電路模擬系列所有題目的預設規則：
1、當計算電壓值等數值的過程中，最終結果出現小數時，用截尾規則去掉小數部分，只保留整數部分。為避免精度的誤差，所有有可能出現小數的數值用double型別儲存並計算，不要作下轉型資料型別轉換，例如電壓、轉速、亮度等，只有在最後輸出時再把計算結果按截尾規則，捨棄尾數，保留整數輸出。
2、所有連線資訊按電路從電源到接地的順序依次輸入，不會出現錯位的情況。
3、連線資訊如果只包含兩個引腳，靠電源端的引腳在前，靠接地端的在後。
4、對於調速器，其輸入端只會直連VCC，不會接其他裝置。整個電路中最多隻有一個調速器，且連線在電源上。
家居電路模擬系列1-4題目後續迭代設計：
1、電路結構變化：
迭代1：只有一條線路，所有元件串聯
迭代2：線路中包含一個並聯電路
迭代3：線路中包含多個串聯起來的並聯電路
迭代4：並聯電路之間可能出現包含關係
電路結構變化示意圖見圖1。
2、輸入資訊的變化
串聯線路資訊：用於記錄一段串聯電路的元件與連線資訊。
例如： #T1:[IN K1-1] [K1-2 D2-1] [D2-2 OUT]
#T1:[IN K1-1] [K1-2 M1-IN][M1-OUT D2-1] [D2-2 GND]
並聯線路資訊：用於記錄一段並聯電路所包含的所有串聯電路資訊。
例如：#M1:[T1 T2 T3]
以上格式僅做參考，格式細節可能會調整，以具體釋出的為準。
3、計算方式的變化
迭代1只包含1個受控元件，不用計算電流，之後的電路計算要包含電流、電阻等電路引數。
4、電路元件的變化
每次迭代會增加1-2個新的電路元件。
image.png
圖1：電路結構示意圖
設計建議：
1、電路裝置類：描述所有電路裝置的公共特徵。
2、受控裝置類、控制裝置類：對應受控、控制裝置
3、串聯電路類：一條由多個電路裝置構成的串聯電路，也看成是一個獨立的電路裝置
其他類以及類的屬性、方法自行設計。
2.類設計
電器類設計
控制電器類設計
電路類設立略過
3.設計思路
由於本題為串聯電路，沒有引入電阻值，且只存在1電器+1控制電器的情況，取巧電路設計直接用列表代替，用再分別透過控制電器的引數對整條電路進行電壓的判斷。該方法存在很大弊端，後續如果引入並聯電路，必須重寫程式碼，而不是重構程式碼，且沒有合適的計算方法。
4.靜態分析
程式碼較上一次作業來說，已經有很大進步，各項指標均在合理範圍內。因為註釋掉部分程式碼塊，導致comments爆表。此次將一個操作的執行簡化成多個小操作，大大降低了程式碼複雜度，提高了程式碼可讀性。
5.心得
增大了對正規表示式的運用，就算測試樣例中具有錯誤的輸入，也會透過正規表示式濾出有效的資訊，進行處理。另外，將資訊的處理，資訊錄入，修改進行了分離，程式結構比較有序。
設計原則要時刻運用到實際的編碼編寫中。比如，此次模擬的4檔非線性調速器，不能因為一直升檔而升到5檔，6檔甚至更高檔位去，也不能降到-1檔等不合理的檔位。不能因為題目要求沒有而不考慮這些錯誤輸入的處理，要時刻考慮著未知的bug。
6.不足
對電壓的理解，處理不足，不知道怎樣一個個處理電器的左端電壓，右端電壓，間接導致下一次迭代無法進行。
經過反覆除錯，仍有幾個測試點無法透過，可能是連線順序錯誤或資料取整的問題。
（三） 家居強電電路模擬程式 迭代二
1.增加的題設
點選檢視新增的條件
6）輸入並聯電路資訊
一條並聯電路佔一行，並聯電路由其包含的幾條串聯電路組成，串聯電路標識之間用英文空格" "分隔。
格式：
"#M"+電路編號+":"+”[”+串聯電路資訊+" "+....+" "+串聯電路資訊+”]”
例如：#M1:[T1 T2 T3]
該例宣告瞭一個並聯電路，由 T1、T2、T3 三條串聯電路並聯而成，三條串聯電路的 IN 短 接在一起構成 M1 的 IN，三條串聯電路的 OUT 短接在一起構成 M1 的 OUT。
約束條件：
本次迭代不考慮並聯電路中包含並聯電路的情況，也不考慮多個並聯電路串聯的情況。
本題不考慮輸入電壓或電壓差超過220V的情況。
輸入資訊以end為結束標誌，忽略end之後的輸入資訊。
本題中的並聯資訊所包含的串聯電路的資訊都在並聯資訊之前輸入，不考慮亂序輸入的情況。
電路中的短路如果不會在電路中產生無窮大的電流燒壞電路，都是合理情況，在本題測試點的考慮範圍之內。
本題不考慮一條串聯電路中包含其他串聯電路的情況。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\T2兩條串聯電路實際是T3的一個部分，本題不考慮這種型別的輸入，而是當將T1\T2的所有連線資訊直接包含在T3中定義。
下次迭代中需要考慮這種型別的輸入。
4、輸出資訊：
按開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈、吊扇、落地扇的順序依次輸出所有裝置的狀態或引數。每個裝置一行。同類裝置按編號順序從小到大輸出。
輸出格式：@裝置標識+裝置編號+":" +裝置引數值（控制開關的檔位或狀態、燈的亮度、風扇的轉速，只輸出值，不輸出單位）
連續調速器的檔位資訊保留兩位小數，即使小數為0，依然顯示兩位小數.00。
開關狀態為0（開啟）時顯示turned on，狀態為1（合上）時顯示closed
如：
@K1:turned on
@B1:190
@L1:0.60
本次迭代模擬一種落地扇。
工作電壓區間為 [80V,150V]，對應轉速區間為 80-360 轉/分鐘。電壓在[80,100)V 區間對應轉速為 80 轉/分 鍾，[100-120)V 區間對應轉速為 160 轉/分鐘，[120-140)V 區間對應轉速為 260 轉/分鐘，超過 140V 轉速 為 360 轉/分鐘（本次迭代暫不考慮電壓超標的異常情況）輸入資訊：
本次迭代考慮電阻：白熾燈的電阻為 10，日光燈的電阻為 5，吊扇的電阻為 20，落 地扇的電阻為 20
由於沒有對此題有解法較好的思路，故下文只分析程式碼片段。
2.對於按照一定順序輸入，不要畏懼遍歷陣列或者列表等儲存結構。
為實現題目要求的“按開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈、吊扇、落地扇的順序依次輸出所有裝置的狀態或引數。每個裝置一行。同類裝置按編號順序從小到大輸出”，我只好使用多個遍歷查詢，再排序。我以為這會大幅降低程式碼執行的時間，造成程式碼執行超時，心理做了很久的鬥爭，最後實在沒找到解決辦法，只好採用該辦法，結果返現程式碼執行時間並沒有多大影響。
算下來也只有50ms的執行時間差距。所以不要畏懼寫所謂的“屎山程式碼”，老師的多對於結構，演算法的強調導致我舉步維艱，不敢寫程式碼，其實在前期，寫出執行效率差的程式碼遠比寫不出程式碼要強。
三. 總結
1.首先是要將設計原則，和日常生活中的執行規則自然運用到編碼中去，而不是題目有提示才運用設計原則，才聯絡實際生活。
2.對ArrayList，LinkedList，HashSet，LinkedHashSet，TreeSet等容器類的區別和實際運用不是很瞭解，對於資料的儲存一直使用的都是ArrayList，從來沒采用過其他容器，知識瞭解不夠充分。
3.本次實驗強化了對正規表示式的運用，一些常用的字母程式碼的含義已經可以一眼看出。在閱讀其他程式碼時，也可以看出正規表示式會濾出什麼情況的內容。
4.不需要過度考慮程式碼執行的效率問題，很大程度上，能在執行效率差的程式碼上執行比完全不能執行強。
5.使用了介面進行設計，以前都是採用abstract類或者abstract方法進行編寫。實際上介面的功能和他們差不多，實踐方法就是：interface name{
void name ();
}
再在其他的類中implment，再寫出interface中的方法。
6.很多類庫的方法還從來沒用見過，沒有使用過，應該多找相關書籍看一下，瞭解一些基礎知識。
四. 對於課程的建議
增加課堂例項，減少課堂前測，或者將課堂前測改到線上，不要在前測時就勸退學生，讓學生產生畏懼心理。
2024年6月7日