前言：
这两次的题目集和以前相比没有很多新学的知识， 但是难度都明显上来了很多，主要考验学生综合能力运用问题，所以这两次编程的不是很理想，需要我对于逻辑和各种情况上细致分析，需要学生具备很强的设计和修改能力；我在写最后一次题目集时，花费了很长时间，但是依然毫无所获，非常遗憾，自己的综合能力运用还有很大的提升空间，还是有很多要学习的地方。
设计与分析：
1.第七次题目集：
智能家居是在当下家庭中越来越流行的一种配置方案，它通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能。请根据如下要去设计一个智能家居强电电路模拟系统。以下题目介绍中加粗的部分为本次迭代在“家居强电电路模拟程序-2”的基础上增加的功能要求。
1、控制设备

本题模拟的控制设备包括：开关、分档调速器、连续调速器、互斥开关。

开关：包括0和1两种状态。

开关有两个引脚，任意一个引脚都可以是输入引脚（接往电源端），而另一个则是输出引脚（接网接地端）。开关状态为0时，无论输入电位是多少，输出引脚电位为0。当开关状态为1时，输出引脚电位等于输入电位。
互斥开关：

互斥开关有3个引脚：1个是汇总引脚，另两个是分支引脚。

开关电路示意图如图1所示，左边是汇总引脚，编号为1；右边两个是分支引脚，右上的输出引脚为2，右下输出引脚为3。图中1、2、3引脚均可以是输入引脚，当1为输入引脚时，2、3引脚为输出引脚；1为输出引脚时，2、3引脚为输入引脚。

互斥开关只有两种状态：开关接往上面的2号引脚、接往下面的3号引脚。开关每次只能接通其中一个分支引脚，而另一个分支引脚处于断开状态。

互斥开关的默认状态为1、2引脚接通，1、3引脚断开。

图1中所示的互斥开关可以反过来接入电路，即汇总引脚接往接地端，两个分支引脚接往电源端。
image.png

图1 互斥开关

为避免短路，互斥开关设置了限流电阻，12引脚之间默认电阻为5，13引脚之间默认电阻为10。

分档调速器

按档位调整，常见的有3档、4档、5档调速器，档位值从0档-2（3/4）档变化。本次迭代模拟4档调速器，每个档位的输出电位分别为0、0.3、0.6、0.9倍的输入电压。
连续调速器

没有固定档位，按位置比例得到档位参数，数值范围在[0.00-1.00]之间，含两位小数。输出电位为档位参数乘以输入电压。
所有调速器都有两个引脚，一个固定的输入（引脚编号为1）、一个输出引脚（引脚编号为2）。当输入电位为0时，输出引脚输出的电位固定为0，不受各类开关调节的影响。

开关、调速器的初始状态/档位为0。

调速器的输入引脚编号为1，输出引脚编号为2。
除互斥开关外，其他控制设备的电阻为 0。

2、受控设备

本题模拟的受控设备包括：灯、风扇。两种设备都有两根引脚，通过两根引脚电压的电压差驱动设备工作。

灯有两种工作状态：亮、灭。在亮的状态下，有的灯会因引脚电位差的不同亮度会有区别。
风扇在接电后有两种工作状态：停止、转动。风扇的转速会因引脚间电位差的不同而有区别。
本次迭代模拟两种灯具。

白炽灯：

亮度在0~200lux（流明）之间。
电位差为0-9V时亮度为0,其他电位差按比例，电位差10V对应50ux，220V对应200lux，其他电位差与对应亮度值成正比。白炽灯超过220V。
日光灯：

亮度为180lux。
只有两种状态，电位差为0时，亮度为0，电位差不为0，亮度为180。
本次迭代模拟两种风扇。

吊扇：

工作电压区间为80V-150V，对应转速区间为80-360转/分钟。80V对应转速为80转/分钟，150V对应转速为360转/分钟，超过150V转速为360转/分钟（本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况）。其他电压值与转速成正比，输入输出电位差小于80V时转速为0。
落地扇：

工作电压区间为 80V-150V，对应转速区间为 80-360 转/分钟；[80V,100V) 对应转速为 80 转/分钟；[100,120)V 对应转速为 160 转/分钟；[120,140)V 对应转速为 260 转/分钟；大于等于 140V 转速 为 360 转/分钟（本次迭代暂不考虑电压超标的异常情况）。

本次迭代模拟一种受控窗帘：

受控窗帘的电路符号为S，其最低工作电压为50V，电压达到或超过50V，窗帘即可正常工作，不考虑室外光照强度和室内空间大小等因素，窗帘受室内灯光的光照强度控制。

当电路中所有灯光的光照强度总和在[0,50)lux范围内，窗帘全开；
在[50,100)lux范围内，窗帘打开比例为0.8；
在[100,200)lux范围内，窗帘打开比例为0.6；
在[200,300)lux范围内，窗帘打开比例为0.4；
在[300,400)lux范围内，窗帘打开比例为0.2；
在400lux及以上范围内，窗帘关闭。
当电压低于50V，窗帘不工作，默认为全开状态。
如果电路中没有灯或者灯全部关闭，光照强度为0，窗帘处于全开状态。
受控设备电阻：白炽灯的电阻为 10，日光灯的电阻为 5，吊扇的电阻为 20，落地扇的电阻为 20，窗帘电阻为15。

3、输入信息

1）输入设备信息

分别用设备标识符K、F、L、B、R、D、A、H、S分别表示开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、落地扇、互斥开关、受控窗帘。

设备标识用标识符+编号表示，如K1、F3、L2等。
引脚格式：设备标识-引脚编号，例如：K1-1标识编号为1的开关的输入引脚。

开关、分档调速器、连续调速器的输入引脚编号为1，输出引脚编号为2。
受控设备的两个引脚编号分别为1、2。
互斥开关的引脚编号已经在互斥开关的介绍部分说明。
约束条件：

不同设备的编号可以相同。
同种设备的编号可以不连续。
设备信息不单独输入，包含在连接信息中。

2）输入连接信息

一条连接信息占一行，用[]表示一组连接在一起的设备引脚，引脚与引脚之间用英文空格" "分隔。

格式："["+引脚号+" "+引脚号+"]"
例如：[K1-1 K3-2]表示K1的1引脚，K3的2引脚连接在一起。
约束条件：

不考虑调速器串联到其他调速器的情况。
考虑各类设备的并联接入。例如，K1 的输出接到 L2 的输入，L2 的输出再接其他设备属于串联接线。K1 的输出接到 L2 的输出，同时 K1 的输入接到 L2 的输入，这种情况属于并联。

本次迭代的连接信息不单独输入，包含在线路信息中。

3）输入控制设备调节信息

开关、互斥开关调节信息格式：

+设备标识K+设备编号，例如：#K2，代表切换K2开关的状态。

+设备标识H+设备编号，例如：#H2，代表切换H2互斥开关的状态。

分档调速器的调节信息格式：

+设备标识F+设备编号+"+" 代表加一档，例如：#F3+，代表F3输出加一档。

+设备标识F+设备编号+"-" 代表减一档，例如：#F1-，代表F1输出减一档。

连续调速器的调节信息格式：

+设备标识L+设备编号+":" +数值 代表将连续调速器的档位设置到对应数值，例如：#L3:0.6，代表L3输出档位参数0.6。

4）电源接地标识：

VCC，电压220V，GND，电压0V。没有接线的引脚默认接地，电压为0V。

5）输入串联电路信息

一条串联电路占一行，串联电路由按从靠电源端到接地端顺序依次输入的 n 个连接 信息组成，连接信息之间用英文空格" "分隔。

串联电路信息格式：

"#T"+电路编号+":"+连接信息+" "+连接信息+...+" "+连接信息
例如：#T1:[IN K1-1] [K1-2 D2-1] [D2-2 OUT] 一个串联电路的第一个引脚是 IN，代表起始端，靠电源。最后一个引脚是 OUT，代表结尾端， 靠接地。
约束条件：

不同的串联电路信息编号不同。

输入的最后一条电路信息必定是总电路信息，总电路信息的起始引脚是 VCC，结束引脚是 GND。

连接信息中的引脚可能是一条串联或并联电路的 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）输入并联电路信息

一条并联电路占一行，并联电路由其包含的几条串联电路组成，串联电路标识之间用英文空格" "分隔。

格式：

"#M"+电路编号+":"+”[”+串联电路信息+" "+....+" "+串联电路信息+”]”
例如：#M1:[T1 T2 T3]
该例声明了一个并联电路，由 T1、T2、T3 三条串联电路并联而成，三条串联电路的 IN 短 接在一起构成 M1 的 IN，三条串联电路的 OUT 短接在一起构成 M1 的 OUT。
约束条件：

本次迭代不考虑并联电路中包含并联电路的情况。
本题不考虑输入电压或电压差超过220V的情况。

输入信息以end为结束标志，忽略end之后的输入信息。

本题中的并联信息所包含的串联电路的信息都在并联信息之前输入，不考虑乱序输入的情况。
只要不因短路而造成无穷大的电流烧坏电路(如电路中的部分短接)，都是合理情况，在测试点的考虑范围之内。会造成无穷大的电流的短路本次迭代不考虑。

本次迭代考虑多个并联电路串联在一起的情况。

本题考虑一条串联电路中包含其他串联电路的情况。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\T2两条串联电路T3的一个部分，本题考虑这种类型的输入。

4、输出信息：

按开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇、互斥开关、受控窗帘的顺序依次输出所有设备的状态或参数。每个设备一行。同类设备按编号顺序从小到大输出。

输出格式：

@设备标识+设备编号+":" +设备参数值（控制开关的档位或状态、灯的亮度、风扇的转速，只输出值，不输出单位）
连续调速器的档位信息保留两位小数，即使小数为0，依然显示两位小数.00。
开关状态为0（打开）时显示turned on，状态为1（合上）时显示closed
如：
@K1:turned on
@B1:190
@L1:0.60
互斥开关显示1、2引脚的接通状态，接通时显示closed，断开时显示turned on。

如：

@H1:turned on

受控窗帘显示窗帘打开的百分比，如：

@S1:80%

5、家居电路模拟系列所有题目的默认规则：

1）当计算电压值等数值的过程中，最终结果出现小数时，用截尾规则去掉小数部分，只保留整数部分。为避免精度的误差，所有有可能出现小数的数值用double类型保存并计算，不要作下转型数据类型转换，例如电压、转速、亮度等，只有在最后输出时再把计算结果按截尾规则，舍弃尾数，保留整数输出。

2）所有连接信息按电路从电源到接地的顺序依次输入，不会出现错位的情况。电源VCC一定是第一个连接的第一项，接地GND一定是最后一个连接的后一项。

3）连接信息如果只包含两个引脚，靠电源端的引脚在前，靠接地端的在后。

4）调速器的输入端只会直连VCC，不会接其他设备。整个电路最多只有连接在电源上的一个调速器，且不包含在并联单路中。

6、家居电路模拟系列1-4题目后续迭代设计：

1）电路结构变化：

迭代1：只有一条线路，所有元件串联
迭代2：线路中包含一个并联电路
迭代3：线路中包含多个串联起来的并联电路
迭代4：并联电路之间可能出现包含关系

电路结构变化示意图见图1。

2）计算方式的变化

迭代1只包含1个受控元件，不用计算电流，之后的电路计算要包含电流、电阻等电路参数。

3）电路元件的变化

每次迭代会增加1-2个新的电路元件。
这道题是相比与第六次题目集新增互斥开关，窗帘等元件。我觉得主要问题出现于互斥开关的处理上。其中遇见的问题比如更新设备的状态，灯的亮度、窗帘的开合。编写函数来计算电路中各个位置的电压和电流。在处理开关和调速器的变化同时也要考虑其对整个电路的影响。还有就是和第六次一样的考虑串联和并联电路的特殊情况。
2.第八次题目集：
智能家居是在当下家庭中越来越流行的一种配置方案，它通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能。请根据如下要去设计一个智能家居强电电路模拟系统。以下题目介绍中加粗的部分为本次迭代在“家居强电电路模拟程序-3”的基础上增加的功能要求。
在第七次题目集上继续迭代，添加了引脚输入判断的用法，判断各路电压的输出。这道题主要观察电路更新状态，每个元器件都有最大电流的设置需要考虑。
踩坑心得：
没有按照要求输出：
经常碰到格式错误，比要求多输出一个空白格式，少一个空白格式等等，输出信息的格式与题目要求不同，同样我在引脚电压的输出格式上测试错误很多次。
异常情况处理不足：
没有充分考虑和处理电路中的异常情况，例如设备损坏、电源故障等，导致在这些情况下无法正确响应。
二极管方向性错误：
二极管是电路中特殊的一种存在，当二极管方向思考错误时候，会导致在计算通过二极管的电流时出现错误。
计算并联电路电阻会要求用多次除法，所以一般都是小数不是整数。
改进建议：
import java.util.*;

// 定义电路设备类
class CircuitDevice {
String name;
HashMap<String, Integer> pins;

public CircuitDevice(String name) {
    this.name = name;
    this.pins = new HashMap<>();
}

public void connect(String pin, int voltage) {
    pins.put(pin, voltage);
}

public int getVoltage(String pin) {
    return pins.get(pin);
}

}

// 定义受控设备类
class ControlledDevice extends CircuitDevice {
int resistance;

public ControlledDevice(String name, int resistance) {
    super(name);
    this.resistance = resistance;
}

public int getResistance() {
    return resistance;
}

}

// 定义开关类
class Switch extends CircuitDevice {
public Switch(String name) {
super(name);
}

public void toggle() {
    int pin1Voltage = getVoltage("1");
    if (pin1Voltage == 0) {
        connect("2", 0);
    } else {
        connect("2", pin1Voltage);
    }
}

}

// 定义分档调速器类
class GearSpeedController extends CircuitDevice {
int[] gearVoltages;

public GearSpeedController(String name, int[] gearVoltages) {
    super(name);
    this.gearVoltages = gearVoltages;
}

public void increaseGear() {
    int currentGear = getVoltage("2");
    if (currentGear < gearVoltages.length - 1) {
        connect("2", gearVoltages[currentGear + 1]);
    }
}

public void decreaseGear() {
    int currentGear = getVoltage("2");
    if (currentGear > 0) {
        connect("2", gearVoltages[currentGear - 1]);
    }
}

}

// 其他设备类的定义略...

// 主程序
public class SmartHomeSimulation {
public static void main(String[] args) {
// 创建各种设备
Switch k1 = new Switch("K1");
GearSpeedController f3 = new GearSpeedController("F3", new int[]{0, 3, 6, 9});
// 其他设备根据需求创建

    // 模拟设备连接
    k1.connect("1", 220);
    k1.toggle();
    f3.connect("1", 220);
    f3.connect("2", 0);
    // 其他设备连接模拟

    // 输出设备状态或参数
    System.out.println("@K1:" + k1.getVoltage("2") == 0 ? "turned on" : "closed");
    System.out.println("@F3:" + f3.getVoltage("2"));
    // 其他设备状态或参数输出
}

}
增加对输入数据的验证逻辑，让所有输入的设备标识符、连接信息和电路结构都是有效的，错误处理和异常管理，合理地处理潜在的错误情况，让测试点多进行检验，避免细小错误在后面查出来很难改正。
总结：
最后两次题目集难度较大，是考验学生综合能力的关键，前面的知识不扎实会在这两次考验有很大压力。通过这三次大作业的学习我学会了类的设计，类与类之间关系，继承多态，程序设计中数据结构的用法，正则表达式等等。在很多方面我仍然需要学习，并且对于java思维的培养我需要加强训练，提高自己对这些能力综合的运用，这样才能有效提高自己的java编程能力。