一、前言
7-1 答题判题程序-1
（1）知识点：
字符串解析：使用正则表达式或字符串分割来解析输入的题目信息和答案。
控制结构：使用循环结构来处理多个输入行。
条件判断：根据标准答案判断答题结果。
数据结构：使用数组或集合来存储题目信息和答案。
（2）题量：
输入题目数量。
输入题目内容（包括题号、题目内容和标准答案）。
输入答题信息（多个答案，每个答案对应一个题号）。
（3）难度：
简单：主要是字符串处理和基本的数据结构使用。
（4）特点：
输入的题目信息和答题信息较为简单，只需要处理字符串格式的正确性。
不涉及复杂的逻辑处理，只需简单判断答案是否正确。
7-2 答题判题程序-2
（1）知识点：
字符串解析：进一步使用正则表达式或字符串分割来解析输入的题目信息、试卷信息和答案。
控制结构：使用循环结构来处理多个输入行。
条件判断：根据标准答案判断答题结果，并计算得分。
数据结构：使用 Map 或其他集合类来存储题目信息、试卷信息和答案。
对象设计：可能需要设计类来表示题目、试卷、答案等实体。
错误处理：对输入数据进行验证，并给出错误提示。
（2）题量：
输入题目信息（包括题号、题目内容和标准答案）。
输入试卷信息（包括试卷号、题目编号和对应的分值）。
输入答题信息（包括试卷号、学号和答案）。
难度：
中等：增加了对试卷和答案的管理，需要处理更复杂的输入输出逻辑。
（3）特点：
引入了试卷的概念，需要根据试卷号来组织题目和答案。
需要计算每个答案的得分，并输出总分。
可能会出现题目分值总和不为100的情况，需要处理这种情况。
7-3 答题判题程序-3
（1）知识点：
字符串解析：使用正则表达式或字符串分割来解析输入的题目信息、试卷信息、学生信息、答案以及删除题目信息。
控制结构：使用循环结构来处理多个输入行。
条件判断：根据标准答案判断答题结果，并计算得分。
数据结构：使用 Map 或其他集合类来存储题目信息、试卷信息、学生信息和答案。
对象设计：需要设计类来表示题目、试卷、学生、答案等实体。
错误处理：对输入数据进行验证，并给出错误提示。
动态数据修改：支持删除题目信息，并调整相关的试卷和答案输出。
文件操作：可能涉及到文件读写（题目中未明确提及，但可以作为扩展功能）。
（2）题量：
输入题目信息（包括题号、题目内容和标准答案）。
输入试卷信息（包括试卷号、题目编号和对应的分值）。
输入学生信息（包括学号和姓名）。
输入答题信息（包括试卷号、学号和答案）。
输入删除题目信息（删除指定题号的题目）。
（3）难度：
较难：增加了学生信息管理和题目删除功能，需要处理更加复杂的逻辑关系，并且需要保证系统的健壮性和容错性。
（4）特点：
增加了学生信息管理，需要根据学号和姓名来组织答案输出。
支持删除题目信息，需要处理题目删除后的逻辑调整。
输出信息更为复杂，需要考虑多种提示信息（如题目不存在、答案为空等）。
总结
7-1 是基础版本，主要处理简单的题目信息和答案。
7-2 在此基础上增加了试卷概念，并引入了得分计算。
7-3 在前两个版本的基础上增加了学生信息管理、题目删除等功能，逻辑更为复杂，需要处理更多的异常情况和提示信息。
二、设计与分析
7-1 类图
类图解释
1.Main 类
（1）属性：无
（2）方法：
main(args: String[])：程序入口点，负责读取输入并调用 ExamPaper 和 AnswerSheet 相关方法处理数据。
2.Question 类
（1）属性：
num: int：问题编号。
content: String：问题内容。
standardAnswer: String：标准答案。
（2）方法：
checkAnswer(answer: String): boolean：检查用户答案是否正确。
3.ExamPaper 类
（1）属性：
questions: List
（2）方法：
ExamPaper(testCases: String[]): void：构造方法，从输入中解析问题并存储到 questions 列表中。
checkAnswer(num: int, answer: String): boolean：检查特定编号问题的答案是否正确。
4.AnswerSheet 类
（1）属性：
examPaper: ExamPaper：考试试卷。
answers: Map<Integer, String>：学生答案。
results: Map<Integer, Boolean>：答案的正确性。
（2）方法：
AnswerSheet(examPaper: ExamPaper): void：构造方法，初始化考试试卷。
saveAnswer(num: int, answer: String): void：保存学生答案并检查其正确性。
printResults(): void：打印所有问题的答案及其正确性。
心得
（1）模块化设计：
每个类都有明确的职责，这有助于代码的可读性和可维护性。例如，Question 类专门处理单个问题的信息，而 ExamPaper 类则管理整个试卷的问题集合。
（2）面向对象：
使用类来封装数据和行为，提高了代码的复用性和扩展性。例如，AnswerSheet 类不仅存储答案，还能立即检查答案的正确性。
（3）输入输出流：
使用 Scanner 来读取输入，简洁易懂。但在处理大量数据时，可以考虑使用更高效的输入输出方式，如文件读写。
（4）扩展性：
当未来需要扩展功能时，可以在现有类的基础上进行扩展而不需大量改动现有的代码。例如，如果需要增加新的问题类型或答案类型，可以直接在 Question 类中增加相应的属性和方法。
通过这样的设计和分析，我们可以更好地理解代码结构，并且在未来进行维护和扩展时更加容易。
7-2 类图
类图解释
1.类定义
（1）Question 类代表了一个问题实体，包含了问题的 ID、内容和正确答案。
（2）TestPaper 类代表了一份试卷，它包含了一些属性，如试卷的 ID、问题及其对应的分数、问题的顺序以及总分数。此外，还有方法用来向试卷中添加问题，并检查试卷是否满分为100分。
（3）StudentPaper 类代表了学生的答题纸，它记录了学生 ID 和学生的答案列表。
2.方法
（1）addQuestion(int questionId, int score) 方法用于向试卷中添加一个问题，并更新试卷的总分数。
（2）isFullScore() 方法用于检查试卷的总分数是否为100分。
（3）addAnswer(String answer) 方法用于向学生的答题纸上添加答案。
心得
（1）代码组织：代码清晰地分离了关注点，通过不同的类来管理不同的职责。这使得代码易于理解和维护。
（2）数据结构的选择：使用 HashMap 和 ArrayList 来存储问题和学生的答案，这是一个合理的选择，因为它们提供了快速的查找性能。
（4）扩展性：如果将来需要增加更多的功能，比如支持不同类型的问题（选择题、填空题等），或者更复杂的评分机制，当前的设计可以很容易地进行扩展。
（5）输入输出：主函数处理了输入输出流程，包括从标准输入读取数据，以及根据条件输出警告信息或评分结果。这种直接处理方式简单明了，但在更复杂的应用场景下，可能需要将输入输出逻辑封装到单独的模块中。
7-3 类图
类图解释
1.类定义
（1）Question 类：
包含题目的 ID、内容和正确答案。
提供验证答案的方法 validateAnswer，用于检查用户答案是否正确。
（2）TestPaper 类：
包含试卷的 ID、问题列表和每个问题对应的分数。
提供向试卷中添加问题的方法 addQuestion。
提供计算试卷总分数的方法 getTotalScore。
提供获取问题分数的方法 getScoreForQuestion。
（3）AnswerSheet 类：
表示学生的答题纸，包含试卷的引用、学生的 ID 和学生给出的答案。
包含一系列数组用于存储学生的答案、每个答案的正确性、得分以及题目是否已被删除。
提供记录答案的方法 recordAnswer，并在记录时考虑题目是否已被删除。
提供标记题目为已删除的方法 markQuestionAsDeleted。
提供显示答案内容的方法 displayAnswerContent 和显示得分的方法 displayScores。
2.重点代码解释
（一）解析输入行
（1）正则表达式 #N:(\d+)\s+#Q:(.+?)\s+#A:(.+) 用于匹配输入行中的题目编号、题目内容和正确答案。
（2）matcher.matches() 检查输入行是否符合正则表达式模式。
（3）如果匹配成功，则从匹配组中提取所需的信息，并创建 Question 对象存储到 questionBank 中。
（4）如果输入行不符合预期格式，则打印错误信息。
（二）试卷类（TestPaper）
（三）答题纸类（AnswerSheet）
（1）recordAnswer 方法用于记录学生的答案，并根据题目是否已被删除来确定是否计算分数。
（2）如果题目被删除，则不计算分数，且 correctness 标志设置为 false。
（3）否则，使用 Question 类的 validateAnswer 方法检查答案是否正确，并根据正确性分配分数。
（四）显示答案与分数
（1）使用 StringBuilder 来构建输出字符串，这比字符串拼接更高效。
（2）遍历 scores 数组，根据题目是否被删除来决定是否显示分数。
（3）计算总分，并在最后输出。
3.心得
（1）模块化设计：
代码通过类来区分不同的职责，使得每个类都有明确的任务，易于理解和维护。这种模块化的思想有助于减少代码间的耦合，提高代码的复用性。
（2）数据结构选择：
使用数组来存储学生的答案、正确性、得分和删除标志，这种方式在处理固定大小的数据集合时非常有效。同时，使用列表来存储问题和分数也便于动态增删问题。
（4）性能考虑：
在处理大量数据时，循环遍历数组和列表可能会成为性能瓶颈。在 AnswerSheet 类中，多次遍历数组和列表来处理数据。
（5）安全性：
在 AnswerSheet 类中，通过检查索引是否超出范围来避免非法访问数组，这是一种保证代码安全性的方法。但在实际应用中，还应考虑输入数据的合法性校验，防止恶意输入导致的安全问题。
（6）输入处理：
通过对输入行进行正则匹配和异常处理，可以有效地处理格式不正确的输入数据，确保程序的健壮性。
三、采坑心得
- 输入格式的严格性
问题：例如输入 #N:1 #Q:2+2= #4，因为格式不符合规范，所以直接输出 wrong format
方法：在处理每条输入时，首先验证格式，确保输入符合规范再做进一步解析，可以避免后续的错误。
2.异常处理
问题：在解析输入行时，如果没有考虑到所有可能的异常情况，可能会导致程序崩溃或产生错误的结果。
方法：更详细地捕获并处理各种可能的异常，如 NumberFormatException、IndexOutOfBoundsException 等
3. 数据一致性
问题：在处理多个输入文件或数据流时，如果数据之间存在依赖关系（如学生答案依赖于试卷），需要确保数据的一致性。
方法：
（1）在解析数据之前，先进行数据完整性检查，确保所有必要的数据都已经正确加载。
（2）在异常处理中加入对数据完整性的检查，确保不会因为缺少数据而导致程序出错。
4.顺序号与题号的区分
问题：题号是在题目信息中定义的，而顺序号是试卷中按顺序排列的编号。若未正确区分，可能导致答题解析错误。
方法：明确每个变量的含义，将题号和顺序号分别处理，避免混淆。
5.题目不存在、题目删除与引用错误的处理优先级
问题：如在答题中既引用了不存在的题目又遇到被删除的题目，应该优先输出“题目不存在”的提示信息。
方法：实现时将“题目不存在”作为优先级最高的提示，按优先级输出相关信息，可以减少复杂逻辑判断。
6.学生信息与答卷信息匹配
问题：当答卷中的学号不在学生列表中时，应当输出学号引用错误提示，但题目得分仍需正常输出。
方法：在匹配学生信息时，添加一层判断，如果学号不在学生列表中就输出错误信息，同时记录答卷信息。
7.试卷总分校验
问题：试卷信息中题目的分值可能会出错导致总分不为100。
方法：在所有试卷信息输入后，逐一检查每张试卷的总分并输出提示信息。
四、改进建议
1.建立清晰的数据模型
问题：当前代码可能直接用字典或列表来存储信息，但在复杂信息互相引用的情况下，容易出错。
改进：将题目信息、试卷信息、学生信息、答题信息分别封装为类（如 Question、Paper、Student、Answer 等），并在类内部定义一些基础验证与方法，如计算总分、检查答案正确性等。
2.优化判分逻辑
问题：在判分过程中，题目缺失、答案缺失、题目删除、引用错误等问题需要优先级判断，这部分代码容易变得复杂。
改进建议：
采用字典记录判分逻辑的优先级，例如定义一个 priority_dict = { "answer_missing": 1, "question_deleted": 2, "question_nonexistent": 3 }，然后按优先级逐一处理。
可以使用状态机模式，根据不同的输入切换到不同状态，简化条件判断。
3.代码风格与可读性
问题： 当前代码虽然结构清晰，但在某些地方可能存在冗余或不够直观的情况。
改进：
（1）重构冗余代码：对于重复出现的代码片段，考虑抽取成方法或类，提高代码复用率。
（2）注释与文档：增加必要的注释，解释代码的目的和逻辑；编写详细的文档，帮助其他开发者理解代码结构。
4.增加异常处理和边界检查
问题：在初始实现中，可能所有逻辑都写在一起，导致代码臃肿且不易读。
改进：将每个主要功能（如格式验证、数据解析、判题、评分等）独立封装成函数或类。
例如：
parse_question_info()：用于解析题目信息；
parse_test_info()：解析试卷信息并进行总分校验；
validate_format()：统一处理输入数据的格式验证。
5.模块化与功能封装
问题：初始实现可能对输入数据的正确性假设过多，缺乏完整的异常处理。
改进：
（1）在每个数据解析函数中，增加异常处理和边界条件检查，确保即使遇到不完整或错误的输入，程序也能提供合理的错误信息并继续运行；
（2）针对删除题目、答卷信息题号错误等情况，增加相应的提示。
五、总结
1.学习成果
（1）输入解析与数据处理：
掌握了使用正则表达式解析复杂输入的能力。
学会了如何处理各种数据格式，包括题目、试卷、学生信息等。
了解到输入数据的一致性和完整性校验的重要性。
（2）异常处理与错误管理：
学会了如何通过异常处理机制来增强程序的健壮性。
掌握了如何记录详细的错误日志，以便于调试和问题追踪。
明白了用户反馈机制的重要性，能够在程序出现问题时给予用户明确的提示。
（3）面向对象设计与模块化：
学会了如何通过类和对象来组织代码，提高代码的可读性和可维护性。
了解了模块化设计的思想，能够将不同的功能分解成独立的类或模块。
（4）性能优化与代码重构：
学会了如何识别代码中的性能瓶颈，并采取相应的优化措施。
掌握了代码重构的基本技巧，能够对冗余或不直观的代码进行优化。
（5）测试与调试：
学会了如何编写单元测试和集成测试用例，确保代码的质量。
掌握了调试技巧，能够在复杂的环境中定位问题并解决问题。
2.需要进一步学习及研究的地方
（1）输入验证与数据清洗：
进一步学习如何在输入验证过程中处理各种特殊情况，如非法字符、非标准格式等。
研究如何进行更高效的数据清洗，以提高数据处理的速度和准确性。
（2）异常处理与容错机制：
进一步学习如何设计更加完善的异常处理机制，包括异常分类、错误恢复等。
研究如何在分布式环境中实现容错机制，提高系统的可用性。
（3）高级数据结构与算法：
学习更多高级的数据结构（如树、图等），以应对更复杂的业务场景。
研究算法优化技术，提高程序的执行效率。
（4）软件架构设计：
学习软件架构设计的基本原理，了解如何设计可扩展、可维护的系统架构。
研究微服务架构、分布式系统等现代软件架构模式。
3.改进建议及意见
（1）建议增加更多实际案例分析，让我们更好地理解理论知识的应用场景。
（2）作业和实验设计可以更加贴近实际应用场景，让我们有机会解决真实世界中的问题。
（3）建议提供更多的参考资料和示例代码，帮助我们更好地理解作业要求和实现细节。