两次pta题目总结

写在前面

这两次pta是新题目，上次那个答题判题的没有继续迭代了，根据这两次题目我也学到了一些东西，主要是面向对象设计模式的运用，接口的使用，以及递归算法的使用等等

第一题题目内容：

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。

1、控制设备模拟

本题模拟的控制设备包括：开关、分档调速器、连续调速器。

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，而另一个则是输出引脚。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。

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。

所有控制设备的初始状态/档位为0。

控制设备的输入引脚编号为1，输出引脚编号为2。

2、受控设备模拟

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的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。

本次迭代模拟一种吊扇。

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。

输入信息：

1、设备信息

分别用设备标识符K、F、L、B、R、D分别表示开关、分档调速器、连续调速器、白炽灯、日光灯、吊扇。

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。

三种控制开关的输入引脚编号为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。

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、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 D5-1]表示K1的输入引脚，K3的输出引脚，D5的1号引脚连接在一起。

约束条件：

本次迭代不考虑两个输出引脚短接的情况

考虑调速器输出串联到其他控制设备（开关）的情况

不考虑调速器串联到其他调速器的情况。

不考虑各类控制设备的并联接入或反馈接入。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。K1的输出接到L2的输入，K1的输入接到L2的输出，属于反馈接线。

3、控制设备调节信息

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。)

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。

输入信息以end为结束标志，忽略end之后的输入信息。

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

本题不考虑输入电压或电压差超过220V的情况。

本题只考虑串联的形式，所以所有测试用例的所有连接信息都只包含两个引脚

本题电路中除了开关可能出现多个，其他电路设备均只出现一次。

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。

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。

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、对于调速器，其输入端只会直连VCC，不会接其他设备。整个电路中最多只有一个调速器，且连接在电源上。

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、输入信息的变化

串联线路信息：用于记录一段串联电路的元件与连接信息。

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]

并联线路信息：用于记录一段并联电路所包含的所有串联电路信息。

例如：#M1:[T1 T2 T3]

以上格式仅做参考，格式细节可能会调整，以具体发布的为准。

3、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。

4、电路元件的变化

每次迭代会增加1-2个新的电路元件。

设计建议：

1、电路设备类：描述所有电路设备的公共特征。

2、受控设备类、控制设备类：对应受控、控制设备

3、串联电路类：一条由多个电路设备构成的串联电路，也看成是一个独立的电路设备

其他类以及类的属性、方法自行设计。

类图

运用到的知识

面向对象设计：

代码采用了面向对象的设计思想，将电路组件抽象为 Circuit_Component 接口和抽象类，并实现了具体的电路组件类如 PowerSupply、Ground、Switch 等。

继承与多态：

PowerSupply、Ground、Switch、D 等类继承了 Circuit_Component 类，实现了多态的特性，可以通过父类引用指向子类对象。

接口和实现：

代码中使用了接口 _UserControl 和 _Operation，通过接口实现了控制和操作的功能，使得系统更加灵活可扩展。

工厂模式：

ComponentItemFactory 类实现了工厂模式，根据输入的字符串创建不同的电路组件对象，增加了系统的可维护性和可扩展性。

集合和泛型：

使用了集合类如 Set、LinkedList 等以及泛型来管理和操作电路组件对象，提高了代码的灵活性和可读性。

排序算法：

Sort 类中实现了对电路组件的排序功能，通过自定义比较器对组件进行排序，展示了排序算法的应用。

单例模式

：HomeElectricalSystem 类实现了单例模式，确保系统中只有一个家庭电气系统实例存在，保证了系统的一致性。

第二次题目内容

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-1”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。

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，而另一个则是输出引脚。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。

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。

所有控制设备的初始状态/档位为0。

控制设备的输入引脚编号为1，输出引脚编号为2。

所有开关的电阻为 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。

本次迭代模拟一种吊扇。

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。

本次迭代模拟一种落地扇。

工作电压区间为 [80V,150V]，对应转速区间为 80-360 转/分钟。电压在[80,100)V 区间对应转速为 80 转/分 钟，[100-120)V 区间对应转速为 160 转/分钟，[120-140)V 区间对应转速为 260 转/分钟，超过 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）输入信息：

本次迭代考虑电阻：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

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。

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。

三种控制开关的输入引脚编号为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。

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 D5-1]表示K1的输入引脚，K3的输出引脚，D5的1号引脚连接在一起。

约束条件：

不考虑调速器串联到其他调速器的情况。

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。)

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，也不考虑多个并联电路串联的情况。

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。

电路中的短路如果不会在电路中产生无穷大的电流烧坏电路，都是合理情况，在本题测试点的考虑范围之内。

本题不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\T2两条串联电路实际是T3的一个部分，本题不考虑这种类型的输入，而是当将T1\T2的所有连接信息直接包含在T3中定义。

下次迭代中需要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、落地扇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

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。

类图

运用到的知识

Bank类：

负责管理电路组件，包括T（电路中的连接点）和M（电动机）。它能够添加新的电路组件，并提供查找特定组件的功能。

Operate类：

处理操作指令，包括对电路组件的操作和调节。

HomeElectricalSystem类：

是整个系统的核心，负责模拟电路的运行。它管理着Bank和Operate，可以设置电路的输入电压，并模拟电路的输出情况。

Circuit_Component类及其子类：

表示电路组件，如开关、电源、电阻等。每个组件都有自己的特性和行为，如计算输出电压、调节功能等。

这个设计体现了面向对象编程的思想，将不同类型的组件抽象为类，通过多态实现了各种组件的统一管理和操作。通过这个代码，我们学到了如何设计一个简单的电路模拟器，以及如何利用面向对象的思想进行模块化设计和代码组织。

在代码中，递归被用来查找特定的电路组件。例如，looker方法中使用了递归来查找与给定组件连接的其他组件，以及在其中递归调用自身来查找目标组件。递归的精妙之处在于它能够简洁而优雅地处理复杂的结构，通过不断地迭代查找，实现了对整个电路结构的全面搜索。