一、前言
在過去的幾個月中，我全身心地投入到了Javapta課程的學習中，尤其是三次極具挑戰性的大作業。這些作業不僅是對我Java程式設計技能的考驗，也是我在電腦科學領域不斷探索和成長的重要里程碑。
最初接觸這些作業時，我感到有些不知所措。每個專案都要求我們運用不同的Java特性，從基本的物件導向程式設計到複雜的資料結構和演算法最佳化。面對這些挑戰，我逐漸意識到，學習程式設計不僅僅是掌握語法和工具，更是培養一種解決問題的思維方式。
在專案進行過程中，我不斷遇到各種技術難題和邏輯陷阱。有時候，一個小小的錯誤可能會花費數小時甚至數天去除錯和修復。然而，正是在這些反覆試錯和不斷迭代的過程中，我的程式設計能力得到了顯著提升。我學會了如何更有效地除錯程式碼，如何最佳化演算法以提高程式效率，以及如何在團隊協作中利用版本控制工具來管理專案。
此外，這些作業也讓我深刻體會到理論與實踐相結合的重要性。在課堂上學到的概念，只有透過實際編碼和專案應用，才能真正內化為自己的技能。每次成功解決一個棘手的問題，或者在專案中實現一個新功能，都會讓我感受到極大的成就感和滿足感。
在這篇部落格中，我將詳細分享每個作業的背景、我所採用的解決方案，以及在過程中積累的經驗和教訓。我希望這些分享不僅能幫助其他正在學習Java的同學，也能為那些對程式設計充滿好奇和熱情的人提供一些有用的啟示。程式設計之路漫漫，但每一步的努力和探索都值得我們珍惜和回味。讓我們一起繼續這段充滿挑戰的學習旅程吧！
二、設計與分析
1.第一次作業7-1：設計一個風扇Fan類
（1）難度分析：
- 這道題目屬於入門級別，主要考察物件導向程式設計的基礎知識，包括類的定義、構造方法的使用、資料封裝、常量的定義以及方法的重寫。對於初學者來說，這道題目是一個很好的練習機會，可以幫助他們理解和掌握Java類的基本結構和功能。
（2）知識點分析： - 常量的定義：
題目要求定義三個表示風扇速度的常量（SLOW、MEDIUM、FAST），這可以透過public static final關鍵字來實現。常量是不可變的，通常在類中定義為public和static。 - 私有資料域：
題目要求定義幾個私有資料域，包括speed、on、radius和color。這些資料域需要透過構造方法進行初始化，並透過訪問器（getter）和修改器（setter）進行訪問和修改。 - 構造方法：
需要實現一個無參構造方法和一個有參構造方法。無參構造方法用於建立預設物件，而有參構造方法用於根據給定引數建立自定義物件。 - 訪問器和修改器：
訪問器和修改器是用於訪問和修改私有資料域的方法。它們通常被命名為getX和setX，其中X是資料域的名稱。 - toString方法的重寫：
toString方法用於返回物件的字串表示。需要根據風扇的狀態（開或關）返回不同的字串資訊。 - 物件的建立和使用：
題目要求建立兩個Fan物件，並透過呼叫toString方法顯示物件的資訊。這涉及到物件的例項化和方法呼叫。
（3）類圖的設計
（4）踩坑心得 - 無
2.7-5 答題判題程式-1
（1）難度分析： - 這道題目屬於中等難度，涉及到物件導向程式設計的多個方面，如類設計、集合操作、字串處理和輸入輸出等。
(2)知識點分析： - 集合操作：
使用List集合來儲存題目和答案，涉及到集合的新增、遍歷、排序等操作。 - 字串處理：
需要對輸入的字串進行解析和處理，提取題號、題目內容和答案等資訊。這涉及到字串分割、替換和修剪等操作。
(3)類圖的設計
（4）踩坑心得及改進建議 - 輸入過程中沒有正確的去掉空格
在這段程式碼中正確的處理了去掉空格的操作，利用trim()函式去空格，如果不正確的去掉空格，輸出中會有多餘的空格，導致與輸入中的標準答案不匹配，導致出錯。
String[] parts = question.split("#"); // 使用 "#" 分隔每部分資訊利用這段函式，將題目類的所有資訊都分隔出來，以保證後續與答題類的匹配。 - 答題資訊中沒有正確的處理"#A:"+答案內容
正確的處理為：String[] userAnswers = input.nextLine().replaceAll("#A:", "").trim().split("\s+");
其中.replaceAll("#A:", "")，目的是為了使用正規表示式將字串中的#A:部分替換為空字串。這一步的目的是去掉輸入中用於標識答案部分的字首#A:，以便後續處理。
.split("\s+")，目的是為了使用正規表示式\s+來分割字串。\s+表示匹配一個或多個空白字元（包括空格、製表符、換行符等），因此該方法會將輸入字串按空白字元分割成多個部分，
結果是一個字串陣列，其中每個元素對應一個使用者提供的答案。
3.7-4 答題判題程式-2
（1）難度分析
這道題目屬於較難題目 - 多種輸入型別的處理:
輸入資訊包括題目資訊、試卷資訊和答卷資訊，這些資料可能會混合輸入，並且順序不定，需要程式能夠正確地解析和區分。
解析輸入格式的複雜性增加了實現的難度，尤其是在處理格式不正確或不完整的輸入時。 - 資料結構設計:
需要設計合適的資料結構來儲存題目、試卷和答卷的資訊，並且這些資料結構之間要有合理的關聯。
例如，題目和試卷之間透過題號關聯，試卷和答卷透過試卷號關聯。 - 邏輯實現的複雜性:
需要實現對答案的判定，並計算每道題的得分以及總分。
還要處理特殊情況，例如試卷總分不為100的警示、答卷中多餘或缺失的答案處理等。 - 輸出格式的複雜性:
輸出需要根據不同的條件給出不同的資訊，這要求程式能夠靈活地生成輸出，並且格式必須嚴格符合要求。 - 錯誤處理:
需要處理各種可能的錯誤情況，例如輸入格式錯誤、找不到試卷號等。
（2）知識點分析 - 字串處理:
使用正規表示式和字串操作方法（如split、trim、replaceAll等）來解析和處理輸入字串。 - 集合和對映:
使用集合（如List、Map）來儲存和管理題目、試卷和答案資訊。
（3）類圖的設計
（4）踩坑心得及改進建議 - 出現所有測試點都是非零返回
問題出現在輸入時
修改之前的程式碼中沒有加上.trim()操作導致對於正則表達的拆解有問題，導致所有測試點非零返回。
.trim() 的作用是去除字串兩端的空格，可以處理輸入資料中題號、內容或前後不小心包含空格的情況，避免因為這些額外的空格導致程式出錯。 - 在輸入的處理中錯誤的使用了空格分隔
String[] parts = line.split(" ");
錯誤地使用了空格分割 #N 行，而 #N 行的格式是用 # 分隔欄位的。
String[] parts = line.split("#");
使用 # 分割，並新增了 .trim() 去除空格，確保題號、內容和標準答案解析正確。 - 出現單試卷單答卷滿分不是100分的問題
是因為在輸入函式InputHandler類中在建立試卷時，沒有檢查所選題目的分數總和是否等於 100 分，導致試卷滿分可能不是 100 分。
修改意見： 在 InputHandler 類的 processQuestions 方法中，新增了對試卷總分的檢查。在建立完試卷後，計算試卷的總分，並與 100 分進行比較。如果不等於 100 分，則將警報資訊新增到 alerts 列表中。
if (paper.getTotalScore() != 100) {
alerts.add("alert: full score of test paper" + paperNumber + " is not 100 points");
} - 出現2試卷2答卷 滿分不是100 答案有缺失 答卷試卷號不匹配的問題
出現問題的原因是因為學生提交的答卷可能與試卷不匹配，可能答卷中指定的試卷號不存在。
修改意見：當指定的試卷號不存在是，可以新增一個帶有空試卷的Answer物件
修改後的程式碼：
TestPaper paper = testPapers.get(paperNumber);
if (paper == null) {
System.out.println("The test paper number does not exist"); // 明確提示試卷號不存在
// 將 Answer 物件新增到 allAnswers 列表中，即使試卷不存在，以便後續統一處理和輸出結果
allAnswers.add(new Answer(null)); // 新增一個帶有空試卷的 Answer 物件
return;
}
4.7-3 答題判題程式-3
（1）難度分析
這道題目是一道綜合性較高的程式設計題，涉及到多個知識點和複雜的邏輯處理。 - 輸入格式複雜：
題目要求處理多種不同格式的輸入資料，包括題目資訊、試卷資訊、學生資訊、答卷資訊和刪除題目資訊。這些資訊的格式各不相同，並且輸入順序可能是混亂的，這要求程式具有很強的解析能力。 - 資料關聯性強：
不同型別的資料之間有著緊密的關聯。例如，試卷資訊中的題目編號需要與題目資訊對應，答卷資訊中的試卷號和學號需要與試卷資訊和學生資訊對應。這種關聯性要求程式在解析和處理資料時保持一致性。 - 多種錯誤處理：
題目要求對多種錯誤情況進行處理，包括格式錯誤、題目引用錯誤、試卷號引用錯誤和學號引用錯誤。這需要程式能夠檢測並處理多種異常情況，並給出相應的提示資訊。 - 多種輸出格式：
根據不同的輸入情況，程式需要輸出不同的提示資訊和結果，包括試卷總分警示、答卷資訊、判分資訊、被刪除題目提示資訊、題目引用錯誤提示資訊等。這要求程式能夠根據不同的邏輯分支生成多種格式的輸出。
邏輯複雜：題目涉及到的邏輯判斷較多，包括答案的正確性判斷、題目的有效性判斷、分數的計算等。這需要程式能夠處理複雜的業務邏輯。
（2）知識點分析 - 類和物件：
程式碼定義了多個類：Question、Paper、Student、AnswerSheet、InPut、OutPut。這些類分別代表題目、試卷、學生、答題紙、輸入處理和輸出處理。
每個類都有自己的屬性和方法，體現了物件導向程式設計中的封裝性。 - 封裝：
類的屬性通常是私有的（private），透過公共方法（public）訪問和修改這些屬性。這種封裝機制有助於保護資料不被外部直接修改。 - 內部類：
Paper類中定義了一個內部類QuestionScore，用於儲存題目編號和分值。這種設計有助於將相關的邏輯和資料封裝在一起。 - 列表和對映：
使用List（如ArrayList）來儲存題目、試卷、學生和答題紙的列表。
使用Map（如HashMap）來儲存答案列表，題目順序號對應答案。這些資料結構有助於快速查詢和儲存資料。 - 集合：
使用Set（如HashSet）來記錄被刪除的題目編號，確保題目編號的唯一性。 - 字串分割和解析：
使用String.split()方法對輸入字串進行分割，提取出題號、題目內容、標準答案等資訊。
使用正規表示式來驗證輸入格式的正確性。 - 字串比較和修剪：
使用String.trim()方法去除字串首尾的空格。
使用String.equals()方法比較字串內容。 - 條件判斷：
使用if語句進行條件判斷，驗證輸入的正確性，並根據不同情況執行不同的操作。 - 錯誤提示：
檢測到格式錯誤時，輸出錯誤提示資訊。 - 題目和答案的關聯：
透過題號和順序號將題目與答案關聯起來，判斷答案的正確性並計算得分。 - 題目刪除和失效處理：
實現了題目刪除功能，被刪除的題目在答卷中顯示為失效，並且得分為0。 - 試卷總分警示：
檢查試卷的總分是否為100分，並在不滿足條件時給出警示。 - 無效試卷和學生處理：
檢查試卷號和學號的有效性，並在不匹配時輸出相應的提示資訊。
（3）類圖的設計
（4）踩坑心得及改進建議 - 在有多個題目的時候，沒有計算每一道題的得分，例如樣例三：
N:1 #Q:1+1= #A:2
N:2 #Q:2+2= #A:4
T:1 1-5 2-8
X:20201103 Tom-20201104 Jack-20201105 Www
S:1 20201103 #A:1-5 #A:2-4
D:N-2
end
在輸出得分的時候，錯誤輸出了：20201103 Tom:0~0，只有一道題的分數，而且我在程式碼中並沒有去詳細的記錄每一道題的得分，輸出中的兩個0全都是總得分。
改進建議：
在OutPut類的processAnswerSheet方法中，增加了scoreDetails字串來跟蹤每個問題的得分。
// 新增程式碼
StringBuilder scoreDetails = new StringBuilder();
// 修改後的迴圈部分
for (Paper.QuestionScore questionScore : answerSheet.getPaper().getQuestions()) {
int questionNumber = questionScore.getQuestionNumber();
Question question = findQuestionByNumber(questionNumber);
if (question == null) {
QuestionsresultS.add("the question " + questionNumber + " invalid~0");
scoreDetails.append("0 ");
continue;
}
String answer = answerSheet.getAnswers().get(questionNumber);
if (answer == null) {
QuestionsresultS.add("answer is null");
scoreDetails.append("0 ");
continue;
}
boolean isRight = answer.equals(question.getAnswer());
QuestionsresultS.add(question.getContent() + "~" + answer + "~" + isRight);
int score = isRight ? questionScore.getScore() : 0;
scoreDetails.append(score).append(" ");
totalScore += score;
}
// 修改後的輸出
System.out.println(answerSheet.getStudent().getStudentNumber() + " " + answerSheet.getStudent().getName() + ": " + scoreDetails.toString().trim() + "~" + totalScore);
- 沒有意識到答案沒有輸入這個錯誤的優先順序最高
在答卷類沒有輸入答案的情況下輸出報錯的優先順序應該是最高的，要比含錯誤格式輸入、有效刪除以及無效題目引用資訊這些錯誤的優先順序要高
改進意見：
答案檢查邏輯：
在OutPut類的processAnswerSheet方法中，處理每個答題卡時，首先檢查答案是否存在：
// 檢查答案是否存在
String answer = answerSheet.getAnswers().getOrDefault(order, "");
if (answer.trim().isEmpty()) {
QuestionsresultS.add("answer is null");
scoreDetails.append("0 ");
continue;
}
這裡使用getOrDefault(order, "")來獲取答案，如果答案不存在則返回空字串。然後透過trim().isEmpty()檢查答案是否為空或只有空格。如果是，新增"answer is null"到結果列表，並繼續處理下一個問題。
優先順序控制：
由於這個檢查邏輯在處理每個問題的最開始進行，因此它的優先順序自然最高。即使後續有其他檢查（例如檢查題目是否被刪除或題目是否存在），這些檢查都在答案為空的情況下被跳過，因為程式碼在發現答案為空後立即continue到下一個迴圈迭代。
邏輯順序：
程式碼邏輯順序確保了在任何其他驗證（如題目是否被刪除、題目是否存在）之前，首先檢查答案是否為空。這種順序確保了"answer is null"的錯誤資訊在答案缺失時優先被輸出。 - 出現部分測試點非零返回
主要出現的問題就是無效試卷的引用。
改進意見：
if (answerSheet.isInvalidPaper()) {
System.out.println("The test paper number does not exist");
continue; // 直接跳過當前答卷的處理
}
if (answerSheet.isInvalidPaper() || answerSheet.isInvalidStudent()) {
continue;
}
當檢測到試卷或學生無效時，立即使用continue語句跳過當前答卷的進一步處理。這避免了程式試圖處理無效資料時可能出現的錯誤。 - 沒有分清楚試卷號和順序號
格式約束：
答案數量可以不等於試卷資訊中題目的數量，沒有答案的題目計0分，多餘的答案直接忽略，答案之間以英文空格分隔。
答案內容可以為空，即””。
答案內容中如果首尾有多餘的空格，應去除後再進行判斷。
樣例：
#T:1 1-5 3-2 2-5 6-9 4-10 7-3
#S:1 20201103 #A:2-5 #A:6-4
1是試卷號
20201103是學號
2-5中的2是試卷中順序號，5是試卷第2題的答案，即T中3-2的答案
6-4中的6是試卷中順序號，4是試卷第6題的答案，即T中7-3的答案
注意：不要混淆順序號與題號
int order = paper.getQuestions().indexOf(questionScore) + 1;
設定一個order來存順序號。
String answer = answerSheet.getAnswers().getOrDefault(order, "");
if (answer.trim().isEmpty()) {
QuestionsresultS.add("answer is null");
scoreDetails.append("0 ");
continue;
}
檢查答案是否存在，根據上面的樣例可以看到答案類的去都是順序號。
三、總結
在過去的幾個月中，深入學習Java程式設計的過程中，我經歷了從基礎到複雜的多個專案挑戰。這些專案不僅讓我掌握了Java的語法和特性，還培養了我解決問題的能力和程式設計思維。
透過第一次作業，我鞏固了物件導向程式設計的基礎知識，理解了類的定義、構造方法、資料封裝、常量定義和方法重寫的重要性。這為我在後續專案中設計和實現複雜的類結構奠定了基礎。
隨著作業難度的增加，我開始接觸到集合操作、字串處理和輸入輸出等中級知識點。這些技能在第二次作業中得到了充分的應用。我學會了如何有效地解析和處理輸入資料，特別是在應對格式複雜的輸入時，如何利用正規表示式和字串操作來提取有用的資訊。
第三次作業則是對我程式設計能力的全面考驗。面對多種輸入型別、複雜的資料結構設計和多樣的錯誤處理，我逐步提高了程式碼的健壯性和可維護性。我認識到，良好的程式碼結構和清晰的邏輯是解決複雜問題的關鍵。
在整個學習過程中，我也積累了許多經驗和教訓。比如，正確處理輸入中的空格和格式問題，確保程式的輸出與預期一致；在設計資料結構時，保持資料之間的關聯性和一致性；在處理錯誤時，優先處理那些對程式影響最大的錯誤。
這些專案不僅提高了我的程式設計技術，也讓我更加理解理論與實踐相結合的重要性。每次解決一個難題或實現一個新功能，都會帶給我極大的成就感和滿足感。程式設計之路充滿挑戰，但每一次努力和探索都值得珍惜。未來，我將繼續這段充滿挑戰的學習旅程，不斷提升自己的技能和知識水平。