PTA题目集7~8的总结性Blog

标签：总结性 计算 电阻 PTA Blog 电路 并联 电压 设备

· 前言

本次的两个作业，由家居强电电路模拟程序- 3、家居强电电路模拟程序 -4组成。
家居强电电路模拟程序-3模拟强电电路的运行，支持各种控制设备、受控设备的运行逻辑、计算各设备的电压、电流、亮度、转速等参数、支持电路的串联与并联结构。；最后家居强电电路模拟程序-4则在前一题的基础上增加了并联中包含并联的内容，扩展了系统的功能和适用场景，新增内容如下：电器增加管脚电压的显示、增加电流限制功能，输出超流错误提示、短路检测功能，短路时仅输出“short circuit error”、支持并联电路中包含并联电路的嵌套结构、增加二极管元件，模拟正向导通、反向截止的电路特性。

· 题目集概述

· 家居强电电路模拟程序 - 3

1. 题目核心分析

功能点分解

1. 控制设备：

   • 模拟开关（0/1状态）、互斥开关、分档调速器（固定档位）、连续调速器（范围档位）。
   • 开关和调速器根据状态影响电压传输，互斥开关根据电阻实现双分支。

2. 受控设备：

   • 灯具（白炽灯、日光灯）：根据电压差计算亮度。
   • 风扇（吊扇、落地扇）：根据电压差计算转速。
   • 受控窗帘：根据总光照强度控制窗帘的开合比例。

3. 电路连接与状态计算：

   • 串联电路：按输入到输出顺序连接设备，计算电压分布、电流。
   • 并联电路：实现各分支共享电压，不同支路的电流叠加。
   • 串联和并联电路间嵌套组合。

4. 输入输出格式：

   • 支持控制设备的操作指令。
   • 模拟电路参数输出，包括设备状态、亮度、转速、窗帘开合比例等。

---

2. 流程设计

1. 输入解析：
   • 解析设备、线路、操作指令信息。
   • 建立所有设备的实例并保存设备连接关系。
2. 电路组装：
   • 根据线路信息构建串联和并联电路。
   • 按连接关系计算设备电压、电流分布。
3. 状态更新与计算：
   • 执行控制设备的状态调整。
   • 重新计算受控设备的亮度、转速和窗帘状态。
4. 输出生成：
   • 按设备类型和编号顺序输出最终状态或参数。

---

3. 计算逻辑设计

3.1. 电压与电流计算

1. 串联电路：
   • 总电阻 R_total= R_i求和。
   • 总电流 I = V_cc / R_total。
   • 每个设备的电压 V_i = I * R_i。
2. 并联电路：
   • 总电流 I_total = I_i求和。
   • 每个分支的电流 I_branch = V_branch / R_branch。

3.2. 设备状态计算

• 灯具亮度：按电压差比例线性增长或固定输出。
• 风扇转速：按电压差分段增长或线性增长。
• 窗帘开合：根据光照强度范围设置比例。

运行逻辑分析

1. 系统的运行流程图

1. 输入解析阶段：

   • 解析输入中的设备定义、线路拓扑和指令操作。
   • 构建设备和线路对象实例。

2. 电路组装阶段：

   • 按串联或并联连接设备，组装电路。
   • 初始化输入电压、电阻，并计算初始状态。

3. 状态更新阶段：

   • 执行输入的控制设备指令。
   • 根据指令更新电压分布、电流及设备状态。

4. 输出生成阶段：

   • 输出所有设备的最新状态参数，如开关状态、亮度、转速、窗帘比例等。

---

2. 运行逻辑详细步骤

2.1 输入解析阶段

输入格式：

# [线路定义]
# [设备定义]
# [操作指令]
end

1. 线路定义解析：

   • 以[A-B]格式描述的电路段，每段为一条连接。
     • 示例：[VCC K1-1] [K1-2 F1-1] [F1-2 B1-1] [B1-2 GND]
     • 解析为：从VCC → K1-1 → K1-2 → F1-1 → F1-2 → B1-1 → B1-2 → GND。

2. 设备定义解析：

   • 设备的属性通过编号定义。
     • 示例：K1: Switch，F1: CeilingFan。
     • 解析为设备对象，并保存到设备映射表。

3. 操作指令解析：

   • 控制设备的状态切换。
     • 示例：
       • #F1+：控制风扇F1增加档位。
       • #K1：打开或关闭开关K1。
     • 操作结果更新到设备属性。

---

2.2 电路组装阶段

基于线路定义，构建电路的逻辑连接关系。

1. 按电路段连接设备：

   • 按解析结果，连接每个设备的输入、输出引脚。
   • 构建串联电路或并联电路对象。

2. 电路初始化：

   • 电阻计算：
     • 串联：总电阻$R_{total} = \sum R_i$。
     • 并联：总电阻$1 / R_{total} = \sum (1 / R_i)$。
   • 电压、电流分布：
     • 根据电源电压，初始化设备的电压、电流分布。

---

2.3 状态更新阶段

当收到控制指令后，更新设备和电路状态。

1. 更新控制设备状态：

   • 开关类设备：
     • 如Switch的状态切换on/off。
   • 调速器类设备：
     • 如StepRegulator的档位调整。
   • 状态变化会影响后续设备的输入电压。

2. 重新计算电压与电流分布：

   • 串联电路：
     • 计算总电流 $I = V_{total} / R_{total}$。
     • 逐设备分配电压 $V_i = I \cdot R_i$。
   • 并联电路：
     • 各分支共享相同电压 $V_{branch}$。
     • 逐分支计算电流 $I_{branch} = V_{branch} / R_{branch}$。

3. 更新受控设备状态：

   • 灯具：
     • 根据电压差，计算亮度（白炽灯线性，日光灯恒亮）。
   • 风扇：
     • 根据电压差，计算转速或档位（线性或分段增长）。
   • 窗帘：
     • 根据总光强计算开合比例（光强与电压相关）。

---

2.4 输出生成阶段

生成格式化的输出结果，包括设备最新状态。

1. 输出格式：

   • 按设备编号顺序输出状态参数。
     • 开关：@K1: turned on/off。
     • 风扇：@F1: 1（表示当前档位）。
     • 窗帘：@B1: 50（表示当前开合比例）。
   • 示例：

     @K1: turned on
     @F1: 2
     @B1: 80
     

2. 结果排序：

   • 按设备编号进行排序，确保输出顺序与输入一致。

---

3. 模块间交互逻辑

以下是系统主要模块的交互关系：

1. 输入模块：

   • 解析设备和线路信息。
   • 解析操作指令并传递给电路模块。

2. 电路模块：

   • 根据设备连接构建电路。
   • 计算电流、电压分布并传递给设备模块。

3. 设备模块：

   • 接收电压、电流信息更新状态。
   • 根据控制设备的指令调整受控设备参数。

4. 输出模块：

   • 格式化设备状态，生成最终输出。

---

4. 逻辑实现细节

4.1. 核心算法

• 电路电流与电压分布计算：

  • 串联：

    R_total = sum([R1, R2, ...])
    I = V_total / R_total
    V_i = I * R_i
    

  • 并联：

    R_total = 1 / sum([1/R1, 1/R2, ...])
    V_branch = V_total
    I_branch = V_branch / R_branch
    

• 灯具亮度计算：

  Brightness = (V_input / V_max) * 100   # 线性比例
  

• 风扇转速计算：

  Speed = (V_input / V_max) * Max_Speed   # 分段或线性
  

• 窗帘开合比例：

  Open_Rate = (Light_Intensity / Max_Intensity) * 100
  

4.2. 输入指令处理

• 示例指令：#K1
  • 查找设备编号为K1的设备对象。
  • 切换状态on/off，并通知相关电路重新计算状态。

---

5. 总结与优化点

1. 分层设计：

   • 输入解析 → 电路组装 → 状态更新 → 输出生成，清晰解耦各个模块职责。

2. 高内聚低耦合：

   • 设备和电路模块独立，状态变化通过接口通信，方便扩展。

3. 高效计算：

   • 串联与并联计算逻辑清晰，高效分配电压和电流。

4. 兼容性：

   • 输入支持多样化控制指令，输出支持按需扩展格式。

知识点总结

1. 面向对象编程 (OOP)

核心思想：

1. 抽象与封装：

   • 根据设备功能，将电路中的开关、调速器、灯具、风扇等抽象为不同类，提取通用特性至基类CircuitDevice。
   • 封装每个设备的属性（如电压、电阻、状态）和方法（如calculate_output）。

2. 继承与多态：

   • 子类（如Switch、Lamp）继承基类，通过多态实现特定设备的行为，例如：
     • 白炽灯和日光灯的亮度计算逻辑不同，但均通过Lamp类的接口调用。
   • 调速器的分档调速和连续调速通过多态接口set_level()实现。

3. 耦合与解耦：

   • 通过电路类（SeriesCircuit、ParallelCircuit）管理设备的连接与电压计算，减少设备类之间的直接依赖，降低耦合度。

---

2. 电路知识与模拟

电路模拟原理

1. 电压、电流分布：

   • 串联电路中逐设备分配电压。
   • 并联电路中各分支共享电压，分别计算电流。

2. 动态调整：

   • 当开关状态或调速器档位发生变化时：
     • 重新计算总电路的电阻。
     • 更新电压分布，改变受控设备的亮度、转速等状态。

---

3. 软件设计方法

系统模块划分

1. 设备模块：

   • 每种设备为一个类，封装特定行为：
     • 开关控制：切断/接通电路。
     • 灯具亮度：根据输入电压计算亮度。
     • 风扇转速：根据电压分配计算档位或转速。
     • 窗帘比例：根据光强控制开合。
   • 设备类的接口设计：
     • 例如，update_voltage(input_voltage)用于传递设备输入电压。

2. 电路模块：

   • 包括串联和并联电路：
     • 串联电路：
       • 计算总电阻 $R_{total}$。
       • 按设备分配电压。
     • 并联电路：
       • 计算等效电阻。
       • 分支共享电压，独立计算电流。
   • 电路的接口设计：
     • calculate_circuit()：执行电流、电压分布的计算。
     • add_device()：支持动态添加设备。

3. 输入/输出模块：

   • 输入：
     • 解析设备定义（如设备类型、编号）。
     • 解析连接关系（串联/并联拓扑）。
     • 解析控制指令（如开关切换、档位调整）。
   • 输出：
     • 格式化设备状态，包括开关状态、亮度、转速等。

---

6. 知识点总结关键表

知识点分类	涉及内容
面向对象编程	抽象类、继承、多态、接口设计
电路物理原理	串联与并联电路、电压电流分布、电功率公式
软件模块设计	分层设计、设备模块与电路模块的解耦、输入输出解析

---

源码结构分析

---

1. 源码功能概述

该程序实现了一个模拟电路系统，支持各种电气设备（如开关、灯、风扇、窗帘等）的控制、连接、状态切换以及计算相关的电路参数（如电阻、电压、亮度等）。程序核心部分包括电路模型定义、设备的抽象及其具体实现、电路分析和操作命令解析。

---

2. 程序核心结构

主要组成部分：

1. 设备类层次结构：

   • Device：设备基类。
   • ControlDevice 和 ControlledDevice：分别表示控制设备和被控制设备。
   • 具体设备类型继承自这两个抽象类，包括开关、灯、风扇等。

2. 电路模型：

   • Circuit：电路类，包含设备管理、连接信息管理、电路分析和状态计算的逻辑。
   • SimulationCircuit：用于模拟复杂的子电路和并联电路。

3. 命令解析：

   • 主程序 Main 解析输入的命令，调用相关类处理设备的状态和电路的分析。

---

3. 核心方法解析

3.1 calculateResistance 方法

功能：计算整个电路的总电阻，包括串联和并联部分。

• 实现原理：
  1. 遍历电路中的每条连接（从 connections 获取）。
  2. 判断该连接是否属于并联电路。
  3. 对于串联电路，直接累加电阻；对于并联电路，计算其等效电阻。
• 作用： 提供电阻总值以进一步计算电压分配。

3.2 calculateVoltages 方法

功能：分配电路中各设备的电压。

• 实现原理：
  1. 通过总电阻计算电路中主电压分布。
  2. 根据设备电阻占总电阻的比例分配电压。
  3. 特殊逻辑处理调速器、灯、窗帘等设备的状态。

3.3 parseDevices 方法

功能：将输入的电路设备信息解析并实例化设备对象。

• 实现原理：
  1. 遍历电路定义（Circuits）的设备清单。
  2. 根据设备类型（通过前缀识别）实例化具体的设备对象。
  3. 将设备对象添加到 Circuit.devices 中，供后续操作使用。

3.4 executeCommands 方法

功能：根据输入命令，操作设备的状态。

• 实现原理：
  1. 区分命令类型（如开关、调速器等）。
  2. 调用设备的特定方法执行相应的状态切换。
  3. 更新设备状态后触发电路重新计算。

3.5 printStatus 方法

功能：输出当前电路中所有设备的状态。

• 实现原理：
  1. 遍历 Circuit.devices。
  2. 按设备类型分类打印状态（如亮度、转速等）。
  3. 格式化输出，按设备编号排序。

---

4. 类图设计

关键类说明：

1. Device：设备基类，包含设备通用属性和方法（如电压、电阻等）。
2. ControlDevice：控制设备（如开关、调速器），负责影响被控设备。
3. ControlledDevice：被控设备（如灯、风扇等），根据控制信号调整自身状态。
4. Circuit：管理所有设备及连接，负责电路的分析、计算和操作。
5. SimulationCircuit：模拟子电路，用于处理并联电路的特殊逻辑。

---

5. 顺序图设计

以下展示了程序在解析输入命令并计算电路状态的执行过程：

用户输入 -> Main.main() -> parseDevices()
                                 |
                                 v
                        Circuit.addDevice()
                                 |
                                 v
                         Circuit.calculateResistance()
                                 |
                                 v
                        Circuit.calculateVoltages()
                                 |
                                 v
                          Circuit.printStatus()

关键步骤：

1. 用户输入设备和电路连接信息。
2. parseDevices 方法解析并实例化设备对象。
3. calculateResistance 方法计算电路的总电阻。
4. calculateVoltages 方法分配电压并更新设备状态。
5. printStatus 方法输出设备的最终状态。

---

6. 踩坑心得

1. 输入解析：

   • 设备类型和电路连接格式多样，容易解析出错。
   • 需注意命令格式的边界条件，如空行或非法字符。

2. 设备连接：

   • 并联电路的等效电阻计算较复杂，需考虑短路和开路的情况。
   • 开关与多状态开关（ExclusiveSwitch）的连接状态判断较为繁琐。

3. 电压分配：

   • 需准确区分串联和并联设备的电阻占比。
   • 灯光亮度和风扇转速等非线性关系需单独处理。

4. 状态更新：

   • 设备状态更新需保证实时性，不能遗漏对其他设备的影响。

5. 命令执行：

   • 设备状态切换的命令执行顺序对最终输出有重要影响。

---

· 家居强电电路模拟程序 - 4

1. 题目分析

核心任务：
设计并实现一个能够模拟智能家居强电电路的系统，支持控制设备、受控设备的状态变化、电路电压和电流计算、短路检测、电流限制、管脚电压显示等功能。本次迭代重点增加以下功能：

• 管脚电压显示。
• 电流限制与超限检测。
• 短路检测。
• 并联电路中包含并联的支持。
• 二极管的特性实现。

---

2. 源码结构分析

模块划分：

1. 设备类：

   • 所有设备（如开关、调速器、灯、风扇等）的基类和子类。
   • 新增二极管 Diode 类，模拟正向导通、反向截止特性。

2. 电路类：

   • 串联电路类 SerialCircuit。
   • 并联电路类 ParallelCircuit。
   • 支持嵌套并联和串联电路的处理。

3. 电路模拟核心：

   • 电阻计算：考虑串联和并联规则。
   • 电压分配：基于设备的电阻比例。
   • 短路检测与处理。
   • 电流限制和超限检测。

4. 输入输出模块：

   • 输入解析：设备、连接信息和控制命令。
   • 输出状态：支持按要求格式输出设备状态及管脚电压。

类图设计如下：

2.功能与实现的新增难点

---

1. 管脚电压显示

难点分析：

1. 精度要求严格：

   • 管脚电压需保留整数部分，截尾处理可能引入精度误差。
   • 各设备引脚电压显示需按编号排序。

2. 嵌套电路的管脚电压传递：

   • 串联和并联电路的管脚电压需要逐级计算和传递。
   • 并联电路中包含子电路时，需确定每条子电路输入输出电压。

解决方案：

• 在设备类中新增 getPinVoltages 方法，每个设备计算并返回引脚电压。
• 对于并联和串联电路，通过递归调用获取所有子电路的管脚电压。

---

2. 电流限制与超限检测

难点分析：

1. 设备电流计算复杂：

   • 电流由设备两端电压差和设备电阻决定。
   • 并联电路中，各分支电流需要单独计算。

2. 多设备电流检测逻辑：

   • 每个设备有不同的最大电流限制。
   • 需在输出状态时动态检测并标记超限设备。

解决方案：

• 在 Device 类中增加 checkCurrentLimit 方法，根据实时电流与限制值比较。
• 在电路计算后统一检测所有设备是否超限，并标记输出信息。

---

3. 短路检测

难点分析：

1. 短路的多样性：

   • 串联电路中直接短接。
   • 并联电路中某分支短接导致整体短路。

2. 短路对电路计算的影响：

   • 短路后电路电阻为0，可能导致无法分配电压和电流。

解决方案：

• 在电阻计算阶段，若总电阻为0，立即标记短路。
• 在状态输出阶段，优先检测短路并终止其他输出，显示 "short circuit error"。

---

4. 并联电路中包含并联

难点分析：

1. 多层嵌套解析复杂度：

   • 并联电路中包含子并联电路，可能无限递归。
   • 各子电路需独立解析并返回等效电阻和电压。

2. 电流分配复杂性：

   • 嵌套并联电路中，每层电路电流需按等效电阻分配。

解决方案：

• 在 ParallelCircuit 类中，递归处理嵌套的子并联电路，逐级计算等效电阻。
• 在电压分配阶段，按各分支电阻比例分配电压和电流。

---

5. 二极管的特性实现

难点分析：

1. 正向导通与反向截止逻辑复杂：

   • 二极管需实时判断电流方向。
   • 若两端电压相等，需根据连接方向决定导通或截止状态。

2. 影响电路整体计算：

   • 二极管导通时电阻为0，影响电路总电阻。
   • 二极管截止时电阻为无穷大，影响电路的连接有效性。

解决方案：

• 在 Diode 类中实现 updateState 方法，判断电流方向并设置电阻。
• 在电路解析时，单独处理二极管的正反向连接，确保电阻计算准确。

---

6. 输出格式的要求

难点分析：

1. 格式化输出：

   • 设备状态和参数需要按类型和编号排序输出。
   • 管脚电压需严格按照要求显示整数值。

2. 异常信息的插入：

   • 超限和短路信息需动态插入，不破坏整体输出结构。

解决方案：

• 在 outputStatus 方法中，按设备类型分组并排序。
• 检测异常后，动态修改输出格式，插入错误信息。

---

3.核心方法讲解及源码分析

以下是代码中的几个核心方法，它们是整个电路模拟逻辑实现的关键部分：

---

1. calculateCircuitVoltage 方法

功能：

• 负责整个电路的电压分配和电流计算。
• 短路检测、电压分配和设备特性更新均在此实现。

源码分析：

public void calculateCircuitVoltage() {
    SeriesCircuit maincircuit = (SeriesCircuit)devices.get(Main.Maincircuit);
    if (maincircuit.isDuanlu) {
        System.out.println("short circuit error");
        return;
    }
    if (maincircuit.isSeriesOpen()) {
        maincircuit.setInputVoltage(220.0); // 设置主电路电压
        return;
    }
    maincircuit.setInputVoltage(220.0);  // 设置主电路输入电压
    maincircuit.setDianshicha(220.0);    // 设置主电路电位差

    // 遍历设备，更新每个设备的状态
    for (String deviceName : devices.keySet()) {
        Device device = devices.get(deviceName);
        if (device instanceof Curtain) {
            Curtain curtain = (Curtain) device;
            curtain.setLightIntensity(maincircuit.getLightIntensity()); // 设置光强影响窗帘状态
        }
    }
}

分析：

1. 短路检测：

   • 检查主电路 isDuanlu 状态。如果短路（电阻为 0），直接输出错误信息。

2. 断路检测：

   • 如果电路未完全闭合（如某处开关断开），直接设置电压，但不进行进一步计算。

3. 电压分配：

   • 设置主电路输入电压为 220V，同时传递电位差给子电路和设备。

4. 设备状态更新：

   • 对如窗帘等受环境（如光照强度）影响的设备进行状态更新。

---

2. calculateSeriesResistance 方法

功能：

• 递归计算串联电路的总电阻，考虑设备断路和短路的情况。

源码分析：

public void calculateSeriesResistance() {
    for (Map.Entry<String, Device> entry : SmCircuit.entrySet()) {
        if (isSeriesOpen()) { // 检查断路
            this.resistance = 0.0;
            return;
        } else {
            Device device = entry.getValue();
            if (device instanceof ExclusiveSwitch) {
                ExclusiveSwitch exclusiveSwitch = (ExclusiveSwitch) device;
                if (exclusiveSwitch.isConnectedToCircuit(name)) {
                    this.resistance += exclusiveSwitch.getResistance(name);
                }
            } else if (device instanceof ControlledDevice) {
                ControlledDevice controlledDevice = (ControlledDevice) device;
                if (controlledDevice.inputPin.equals("1")) {
                    this.resistance += controlledDevice.getResistance();
                }
            } else if (device instanceof SimulationCircuit) {
                if (device instanceof SeriesCircuit) {
                    SeriesCircuit serialCircuit = (SeriesCircuit) device;
                    serialCircuit.calculateSeriesResistance();
                    this.resistance += serialCircuit.getresistance();
                } else if (device instanceof ParallelCircuit) {
                    ParallelCircuit parallelCircuit = (ParallelCircuit) device;
                    parallelCircuit.calculateParallelResistance();
                    this.resistance += parallelCircuit.getresistance();
                }
            }
        }
    }
}

分析：

1. 断路检测：

   • 如果电路中任何设备断开（开关未闭合、灯泡断路等），总电阻直接设为 0。

2. 逐个设备电阻计算：

   • 对电路中每个设备，根据其类型（如开关、受控设备、子电路）分别计算电阻，并累加到总电阻。

3. 递归处理嵌套子电路：

   • 对于子电路（串联或并联），递归调用其对应的电阻计算方法，完成多层嵌套电路的处理。

---

3. calculateParallelResistance 方法

功能：

• 计算并联电路的等效电阻，考虑短路和断路情况。

源码分析：

public void calculateParallelResistance() {
    double totalResistance = 0;
    this.isDuanlu = false;

    if (isParallelOpen()) { // 并联电路断路检测
        return;
    }
    for (Map.Entry<String, List<SeriesCircuit>> entry : parallelList.entrySet()) {
        List<SeriesCircuit> subCircuits = entry.getValue();
        for (SeriesCircuit subCircuit : subCircuits) {
            subCircuit.calculateSeriesResistance();
            double subResistance = subCircuit.getresistance();
            if (subCircuit.isDuanlu) { // 如果某支路短路
                this.isDuanlu = true;
            }
            if (subResistance != 0) {
                totalResistance += 1.0 / subResistance; // 并联电阻计算公式
            }
        }
    }

    if (this.isDuanlu) {
        this.resistance = 0.0; // 短路时总电阻为 0
    } else {
        this.resistance = totalResistance == 0 ? 0 : 1.0 / totalResistance;
    }
}

分析：

1. 断路处理：

   • 如果并联电路所有支路均断开，则不计算总电阻。

2. 支路递归计算：

   • 对每个支路调用其串联电路的电阻计算方法，获取支路电阻。

3. 短路处理：

   • 如果任一支路短路，则并联电路整体短路，总电阻设为 0。

4. 等效电阻计算：

   • 根据并联电路公式 $ \frac{1}{R} = \sum \frac{1}{R_i} $ 计算总电阻。

---

4. setInputVoltage 方法

功能：

• 递归设置电路中各设备的输入电压，并传递电压到下游设备。

源码分析：

public void setInputVoltage(double inputVoltage) {
    this.inputVoltage = inputVoltage;
    if (!isSeriesOpen() && !isDuanlu) { // 只有在电路未断路或短路时传递电压
        return;
    }

    for (Map.Entry<String, List<String[]>> entry : connections.entrySet()) {
        String key1 = entry.getKey();
        List<String[]> values = entry.getValue();
        for (String[] parts : values) {
            String device1 = parts[0].split("-")[0];
            String device2 = parts[1].split("-")[0];
            Device device = SmCircuit.get(device2);
            device.setInputVoltage(inputVoltage);
        }
    }
}

分析：

1. 递归电压传递：

   • 将主电路的输入电压递归分配到子设备和子电路。

2. 断路/短路跳过：

   • 如果电路短路或断路，不再继续传递电压。

3. 子设备电压更新：

   • 对于下游设备或子电路，递归调用其 setInputVoltage 方法完成更新。

---

5. isSeriesOpen 和 isParallelOpen 方法

功能：

• 检测串联或并联电路是否断路。

源码分析：

串联电路

public boolean isSeriesOpen() {
    if (SmCircuit.isEmpty()) {
        this.isDuanlu = true; // 电路为空，标记短路
    }
    for (Map.Entry<String, Device> entry : SmCircuit.entrySet()) {
        Device device = entry.getValue();
        if (device instanceof Switch && !((Switch) device).status) {
            lineOpen = true; // 开关断开
            break;
        }
    }
    return lineOpen;
}

并联电路

public boolean isParallelOpen() {
    for (Map.Entry<String, List<SeriesCircuit>> entry : parallelList.entrySet()) {
        List<SeriesCircuit> subCircuits = entry.getValue();
        for (SeriesCircuit subCircuit : subCircuits) {
            if (!subCircuit.isSeriesOpen()) {
                this.parallelOpen = false; // 只要有一条支路闭合，则并联电路有效
                return false;
            }
        }
    }
    this.parallelOpen = true; // 所有支路均断开
    return true;
}

分析：

1. 串联电路断路检测：

   • 检查是否有开关断开或其他设备状态导致电路不闭合。

2. 并联电路断路检测：

   • 检查是否所有支路均断开。

---

总结

• 核心方法实现了电路模拟的电压、电流分配，以及短路、断路的动态检测。
• 通过递归调用，支持嵌套的复杂电路模型。
• 各类设备的状态更新（如灯亮度、风扇转速）与电路行为紧密关联，形成完整的模拟流程。

---

4. 踩坑心得

1. 嵌套电路解析：

   • 复杂嵌套并联和串联电路容易导致解析错误。
   • 解决：采用递归解析，确保层次清晰。

2. 短路检测：

   • 电路中存在短路情况，可能导致总电阻为0。
   • 解决：在电阻计算过程中实时检查是否存在短路。

3. 电流限制：

   • 需要动态计算设备电流并与限制值比较。
   • 解决：在状态更新时统一检查。

4. 二极管实现：

   • 需要考虑两端电压相等时的特殊状态。
   • 解决：根据接入方向和电压差处理。

5. 管脚电压显示：

   • 精度和格式要求严格（舍去小数部分）。
   • 解决：统一在输出时截尾，避免误差。

---

总结

这两次题目集的完成让我收获很多，尤其是在面对复杂问题时的分析和解决能力有了很大的提升。刚开始觉得题目有点挑战，但一步步做下来，发现其实关键在于理清思路，把复杂的逻辑拆分成小模块，再逐一解决。比如在电路题目里，开始总想着直接套公式，但后来慢慢意识到，电路的动态特性需要通过抽象建模去处理，状态管理和逻辑设计比单纯的计算更重要。

这次作业让我真正体会到模块化设计的好处。通过将设备的状态和功能分开，不仅让代码更清晰，也方便调试和扩展。尤其是在电阻、电压、电流计算这些环节，学会了用统一的逻辑去处理动态变化，比最开始那种“写完再改”的混乱方式高效多了。同时，我对递归、动态更新这些算法也有了更深的理解，但也发现自己在算法优化和性能分析上还需要继续加强，尤其是在遇到更复杂的场景时，效率问题会变得很明显。

课程方面，老师的讲解内容其实挺扎实，但有些地方如果能配合更多实际案例，比如把一个复杂的电路设计从头到尾剖析清楚，可能会更有帮助。另外，作业如果能提供一些基础测试用例，就能让我们快速验证自己的逻辑对不对，少花点时间在调试最基本的错误上。

总体来说，这次题目集的设计还是非常有价值的，让我对编程和物理模型结合的能力有了很大提升。但在未来的学习中，我觉得还可以多关注一些图结构和复杂系统的模拟，这部分内容对提升解决问题的深度会更有帮助。最后一点建议是，希望课程里能有更多交流机会，比如课下组队或者案例分享，大家一起讨论其实会碰撞出不少新思路。

标签：总结性,计算,电阻,PTA,Blog,电路,并联,电压,设备
From： https://www.cnblogs.com/353882Q/p/18637515/QRTblog