兩次pta題目總結
寫在前面
這兩次pta是新題目，上次那個答題判題的沒有繼續迭代了，根據這兩次題目我也學到了一些東西，主要是物件導向設計模式的運用，介面的使用，以及遞迴演算法的使用等等
第一題題目內容：
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。
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。
類圖
運用到的知識
物件導向設計：
程式碼採用了物件導向的設計思想，將電路元件抽象為 Circuit_Component 介面和抽象類，並實現了具體的電路元件類如 PowerSupply、Ground、Switch 等。
繼承與多型：
PowerSupply、Ground、Switch、D 等類繼承了 Circuit_Component 類，實現了多型的特性，可以透過父類引用指向子類物件。
介面和實現：
程式碼中使用了介面 _UserControl 和 _Operation，透過介面實現了控制和操作的功能，使得系統更加靈活可擴充套件。
工廠模式：
ComponentItemFactory 類實現了工廠模式，根據輸入的字串建立不同的電路元件物件，增加了系統的可維護性和可擴充套件性。
集合和泛型：
使用了集合類如 Set、LinkedList 等以及泛型來管理和操作電路元件物件，提高了程式碼的靈活性和可讀性。
排序演算法：
Sort 類中實現了對電路元件的排序功能，透過自定義比較器對元件進行排序，展示了排序演算法的應用。
單例模式
：HomeElectricalSystem 類實現了單例模式，確保系統中只有一個家庭電氣系統例項存在，保證了系統的一致性。
第二次題目內容
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。以下題目介紹中加粗的部分為本次迭代在“家居強電電路模擬程式-1”的基礎上增加的功能要求。
1、控制裝置
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。
所有開關的電阻為 0。
2、受控裝置
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間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。
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
3、輸入資訊
1）輸入裝置資訊
分別用裝置識別符號K、F、L、B、R、D、A分別表示開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈、吊扇、落地扇。
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）輸入連線資訊
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：
不考慮調速器串聯到其他調速器的情況。
不考慮調速器串聯到其他調速器的情況。
考慮各類裝置的並聯接入。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。
本次迭代的連線資訊不單獨輸入，包含線上路資訊中。
3）輸入控制裝置調節資訊
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。
5）輸入串聯電路資訊
一條串聯電路佔一行，串聯電路由按從靠電源端到接地端順序依次輸入的 n 個連線 資訊組成，連線資訊之間用英文空格" "分隔。
串聯電路資訊格式：
"#T"+電路編號+":"+連線資訊+" "+連線資訊+...+" "+連線資訊
例如：#T1:[IN K1-1] [K1-2 D2-1] [D2-2 OUT] 一個串聯電路的第一個引腳是 IN，代表起始端，靠電源。最後一個引腳是 OUT，代表結尾端， 靠接地。
約束條件：
不同的串聯電路資訊編號不同。
輸入的最後一條電路資訊必定是總電路資訊，總電路資訊的起始引腳是 VCC，結束引腳是 GND。
連線資訊中的引腳可能是一條串聯或並聯電路的 IN 或者 OUT。例如：
(#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT OUT] )
(#T1:[IN K1-1] [K1-2 T2-IN] [T2-OUT M2-IN] [M2-OUT OUT] )
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
5、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。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。
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）調速器的輸入端只會直連VCC，不會接其他裝置。整個電路最多隻有連線在電源上的一個調速器，且不包含在並聯單路中。
類圖
運用到的知識
Bank類：
負責管理電路元件，包括T（電路中的連線點）和M（電動機）。它能夠新增新的電路元件，並提供查詢特定元件的功能。
Operate類：
處理操作指令，包括對電路元件的操作和調節。
HomeElectricalSystem類：
是整個系統的核心，負責類比電路的執行。它管理著Bank和Operate，可以設定電路的輸入電壓，並類比電路的輸出情況。
Circuit_Component類及其子類：
表示電路元件，如開關、電源、電阻等。每個元件都有自己的特性和行為，如計算輸出電壓、調節功能等。
這個設計體現了物件導向程式設計的思想，將不同型別的元件抽象為類，透過多型實現了各種元件的統一管理和操作。透過這個程式碼，我們學到了如何設計一個簡單的電路模擬器，以及如何利用物件導向的思想進行模組化設計和程式碼組織。