兩次pta題目總結

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兩次pta題目總結 寫在前面 這兩次pta是新題目,上次那個答題判題的沒有繼續迭代了,根據這兩次題目我也學到了一些東西,主要是面向對象設計模式的運用,介面的使用,以及遞歸演算法的使用等等 第一題題目內容: 智能家居是在當下家庭中越來越流行的一種配置方案,它通過物聯網技術將家中的各種設備(如音視頻設備、 ...


兩次pta題目總結

寫在前面

這兩次pta是新題目,上次那個答題判題的沒有繼續迭代了,根據這兩次題目我也學到了一些東西,主要是面向對象設計模式的運用,介面的使用,以及遞歸演算法的使用等等

第一題題目內容:

智能家居是在當下家庭中越來越流行的一種配置方案,它通過物聯網技術將家中的各種設備(如音視頻設備、照明系統、窗帘控制、空調控制、安防系統、數字影院系統、影音伺服器、影櫃系統、網路家電等)連接到一起,提供家電控制、照明控制、電話遠程式控制制、室內外遙控、防盜報警、環境監測、暖通控制、紅外轉發以及可編程定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比,智能家居不僅具有傳統的居住功能,兼備建築、網路通信、信息家電、設備自動化,提供全方位的信息交互功能。請根據如下要去設計一個智能家居強電電路模擬系統。

1、控制設備模擬

本題模擬的控制設備包括:開關、分檔調速器、連續調速器。

開關:包括0和1兩種狀態。

開關有兩個引腳,任意一個引腳都可以是輸入引腳,而另一個則是輸出引腳。開關狀態為0時,無論輸入電位是多少,輸出引腳電位為0。當開關狀態為1時,輸出引腳電位等於輸入電位。
分檔調速器

按檔位調整,常見的有3檔、4檔、5檔調速器,檔位值從0檔-2(3/4)檔變化。本次迭代模擬4檔調速器,每個檔位的輸出電位分別為0、0.3、0.6、0.9倍的輸入電壓。
連續調速器

沒有固定檔位,按位置比例得到檔位參數,數值範圍在[0.00-1.00]之間,含兩位小數。輸出電位為檔位參數乘以輸入電壓。
所有調速器都有兩個引腳,一個固定的輸入(引腳編號為1)、一個輸出引腳(引腳編號為2)。當輸入電位為0時,輸出引腳輸出的電位固定為0,不受各類開關調節的影響。

所有控制設備的初始狀態/檔位為0。

控制設備的輸入引腳編號為1,輸出引腳編號為2。

2、受控設備模擬

本題模擬的受控設備包括:燈、風扇。兩種設備都有兩根引腳,通過兩根引腳電壓的電壓差驅動設備工作。

燈有兩種工作狀態:亮、滅。在亮的狀態下,有的燈會因引腳電位差的不同亮度會有區別。
風扇在接電後有兩種工作狀態:停止、轉動。風扇的轉速會因引腳的電位差的不同而有區別。
本次迭代模擬兩種燈具。

白熾燈:

亮度在0~200lux(流明)之間。
電位差為0-9V時亮度為0,其他電位差按比例,電位差10V對應50ux,220V對應200lux,其他電位差與對應亮度值成正比。白熾燈超過220V。
日光燈:

亮度為180lux。
只有兩種狀態,電位差為0時,亮度為0,電位差不為0,亮度為180。
本次迭代模擬一種弔扇。

工作電壓區間為80V-150V,對應轉速區間為80-360轉/分鐘。80V對應轉速為80轉/分鐘,150V對應轉速為360轉/分鐘,超過150V轉速為360轉/分鐘(本次迭代暫不考慮電壓超標的異常情況)。其他電壓值與轉速成正比,輸入輸出電位差小於80V時轉速為0。
輸入信息:

1、設備信息

分別用設備標識符K、F、L、B、R、D分別表示開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈、弔扇。

設備標識用標識符+編號表示,如K1、F3、L2等。
引腳格式:設備標識-引腳編號,例如:K1-1標識編號為1的開關的輸入引腳。

三種控制開關的輸入引腳編號為1,輸出引腳編號為2。
受控設備的兩個引腳編號分別為1、2。
約束條件:

不同設備的編號可以相同。
同種設備的編號可以不連續。
設備信息不單獨輸入,包含在連接信息中。

2、連接信息

一條連接信息占一行,用[]表示一組連接在一起的設備引腳,引腳與引腳之間用英文空格" "分隔。

格式:"["+引腳號+" "+...+" "+引腳號+"]"
例如:[K1-1 K3-2 D5-1]表示K1的輸入引腳,K3的輸出引腳,D5的1號引腳連接在一起。
約束條件:

本次迭代不考慮兩個輸出引腳短接的情況
考慮調速器輸出串聯到其他控制設備(開關)的情況
不考慮調速器串聯到其他調速器的情況。
不考慮各類控制設備的並聯接入或反饋接入。例如,K1的輸出接到L2的輸入,L2的輸出再接其他設備屬於串聯接線。K1的輸出接到L2的輸出,同時K1的輸入接到L2的輸入,這種情況屬於並聯。K1的輸出接到L2的輸入,K1的輸入接到L2的輸出,屬於反饋接線。

3、控制設備調節信息

開關調節信息格式:

(#+設備標識K+設備編號,例如:#K2,代表切換K2開關的狀態。)
分檔調速器的調節信息格式:

(#+設備標識F+設備編號+"+" 代表加一檔,例如:#F3+,代表F3輸出加一檔。)
(#+設備標識F+設備編號+"-" 代表減一檔,例如:#F1-,代表F1輸出減一檔。)
連續調速器的調節信息格式:

(#+設備標識L+設備編號+":" +數值 代表將連續調速器的檔位設置到對應數值,例如:#L3:0.6,代表L3輸出檔位參數0.6。)

4、電源接地標識:

VCC,電壓220V,GND,電壓0V。沒有接線的引腳預設接地,電壓為0V。

輸入信息以end為結束標誌,忽略end之後的輸入信息。

輸出信息:

按開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈、弔扇的順序依次輸出所有設備的狀態或參數。每個設備一行。同類設備按編號順序從小到大輸出。

輸出格式:@設備標識+設備編號+":" +設備參數值(控制開關的檔位或狀態、燈的亮度、風扇的轉速,只輸出值,不輸出單位)
連續調速器的檔位信息保留兩位小數,即使小數為0,依然顯示兩位小數.00。
開關狀態為0(打開)時顯示turned on,狀態為1(合上)時顯示closed
如:
@K1:turned on
@B1:190
@L1:0.60
本題不考慮輸入電壓或電壓差超過220V的情況。

本題只考慮串聯的形式,所以所有測試用例的所有連接信息都只包含兩個引腳

本題電路中除了開關可能出現多個,其他電路設備均只出現一次。
電源VCC一定是第一個連接的第一項,接地GND一定是最後一個連接的後一項。

家居電路模擬系列所有題目的預設規則:

1、當計算電壓值等數值的過程中,最終結果出現小數時,用截尾規則去掉小數部分,只保留整數部分。為避免精度的誤差,所有有可能出現小數的數值用double類型保存並計算,不要作下轉型數據類型轉換,例如電壓、轉速、亮度等,只有在最後輸出時再把計算結果按截尾規則,捨棄尾數,保留整數輸出。

2、所有連接信息按電路從電源到接地的順序依次輸入,不會出現錯位的情況。

3、連接信息如果只包含兩個引腳,靠電源端的引腳在前,靠接地端的在後。

4、對於調速器,其輸入端只會直連VCC,不會接其他設備。整個電路中最多只有一個調速器,且連接在電源上。

家居電路模擬系列1-4題目後續迭代設計:

1、電路結構變化:

迭代1:只有一條線路,所有元件串聯
迭代2:線路中包含一個並聯電路
迭代3:線路中包含多個串聯起來的並聯電路
迭代4:並聯電路之間可能出現包含關係

電路結構變化示意圖見圖1。

2、輸入信息的變化

串聯線路信息:用於記錄一段串聯電路的元件與連接信息。

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]
並聯線路信息:用於記錄一段並聯電路所包含的所有串聯電路信息。

例如:#M1:[T1 T2 T3]
以上格式僅做參考,格式細節可能會調整,以具體發佈的為準。

3、計算方式的變化

迭代1只包含1個受控元件,不用計算電流,之後的電路計算要包含電流、電阻等電路參數。

4、電路元件的變化

每次迭代會增加1-2個新的電路元件。

設計建議:

1、電路設備類:描述所有電路設備的公共特征。

2、受控設備類、控制設備類:對應受控、控制設備

3、串聯電路類:一條由多個電路設備構成的串聯電路,也看成是一個獨立的電路設備

其他類以及類的屬性、方法自行設計。

類圖

運用到的知識

面向對象設計:

代碼採用了面向對象的設計思想,將電路組件抽象為 Circuit_Component 介面和抽象類,並實現了具體的電路組件類如 PowerSupply、Ground、Switch 等。

繼承與多態:

PowerSupply、Ground、Switch、D 等類繼承了 Circuit_Component 類,實現了多態的特性,可以通過父類引用指向子類對象。

介面和實現:

代碼中使用了介面 _UserControl 和 _Operation,通過介面實現了控制和操作的功能,使得系統更加靈活可擴展。

工廠模式:

ComponentItemFactory 類實現了工廠模式,根據輸入的字元串創建不同的電路組件對象,增加了系統的可維護性和可擴展性。

集合和泛型:

使用了集合類如 Set、LinkedList 等以及泛型來管理和操作電路組件對象,提高了代碼的靈活性和可讀性。

排序演算法:

Sort 類中實現了對電路組件的排序功能,通過自定義比較器對組件進行排序,展示了排序演算法的應用。

單例模式

:HomeElectricalSystem 類實現了單例模式,確保系統中只有一個家庭電氣系統實例存在,保證了系統的一致性。

第二次題目內容

智能家居是在當下家庭中越來越流行的一種配置方案,它通過物聯網技術將家中的各種設備(如音視頻設備、照明系統、窗帘控制、空調控制、安防系統、數字影院系統、影音伺服器、影櫃系統、網路家電等)連接到一起,提供家電控制、照明控制、電話遠程式控制制、室內外遙控、防盜報警、環境監測、暖通控制、紅外轉發以及可編程定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比,智能家居不僅具有傳統的居住功能,兼備建築、網路通信、信息家電、設備自動化,提供全方位的信息交互功能。請根據如下要去設計一個智能家居強電電路模擬系統。以下題目介紹中加粗的部分為本次迭代在“家居強電電路模擬程式-1”的基礎上增加的功能要求。

1、控制設備

本題模擬的控制設備包括:開關、分檔調速器、連續調速器。

開關:包括0和1兩種狀態。

開關有兩個引腳,任意一個引腳都可以是輸入引腳,而另一個則是輸出引腳。開關狀態為0時,無論輸入電位是多少,輸出引腳電位為0。當開關狀態為1時,輸出引腳電位等於輸入電位。
分檔調速器

按檔位調整,常見的有3檔、4檔、5檔調速器,檔位值從0檔-2(3/4)檔變化。本次迭代模擬4檔調速器,每個檔位的輸出電位分別為0、0.3、0.6、0.9倍的輸入電壓。
連續調速器

沒有固定檔位,按位置比例得到檔位參數,數值範圍在[0.00-1.00]之間,含兩位小數。輸出電位為檔位參數乘以輸入電壓。
所有調速器都有兩個引腳,一個固定的輸入(引腳編號為1)、一個輸出引腳(引腳編號為2)。當輸入電位為0時,輸出引腳輸出的電位固定為0,不受各類開關調節的影響。

所有控制設備的初始狀態/檔位為0。

控制設備的輸入引腳編號為1,輸出引腳編號為2。
所有開關的電阻為 0。

2、受控設備

本題模擬的受控設備包括:燈、風扇。兩種設備都有兩根引腳,通過兩根引腳電壓的電壓差驅動設備工作。

燈有兩種工作狀態:亮、滅。在亮的狀態下,有的燈會因引腳電位差的不同亮度會有區別。
風扇在接電後有兩種工作狀態:停止、轉動。風扇的轉速會因引腳間電位差的不同而有區別。
本次迭代模擬兩種燈具。

白熾燈:

亮度在0~200lux(流明)之間。
電位差為0-9V時亮度為0,其他電位差按比例,電位差10V對應50ux,220V對應200lux,其他電位差與對應亮度值成正比。白熾燈超過220V。
日光燈:

亮度為180lux。
只有兩種狀態,電位差為0時,亮度為0,電位差不為0,亮度為180。
本次迭代模擬一種弔扇。

工作電壓區間為80V-150V,對應轉速區間為80-360轉/分鐘。80V對應轉速為80轉/分鐘,150V對應轉速為360轉/分鐘,超過150V轉速為360轉/分鐘(本次迭代暫不考慮電壓超標的異常情況)。其他電壓值與轉速成正比,輸入輸出電位差小於80V時轉速為0。
本次迭代模擬一種落地扇。

工作電壓區間為 [80V,150V],對應轉速區間為 80-360 轉/分鐘。電壓在[80,100)V 區間對應轉速為 80 轉/分 鐘,[100-120)V 區間對應轉速為 160 轉/分鐘,[120-140)V 區間對應轉速為 260 轉/分鐘,超過 140V 轉速 為 360 轉/分鐘(本次迭代暫不考慮電壓超標的異常情況)輸入信息:
本次迭代考慮電阻:白熾燈的電阻為 10,日光燈的電阻為 5,弔扇的電阻為 20,落 地扇的電阻為 20

3、輸入信息

1)輸入設備信息

分別用設備標識符K、F、L、B、R、D、A分別表示開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈、弔扇、落地扇。

設備標識用標識符+編號表示,如K1、F3、L2等。
引腳格式:設備標識-引腳編號,例如:K1-1標識編號為1的開關的輸入引腳。

三種控制開關的輸入引腳編號為1,輸出引腳編號為2。
受控設備的兩個引腳編號分別為1、2。
約束條件:

不同設備的編號可以相同。
同種設備的編號可以不連續。
設備信息不單獨輸入,包含在連接信息中。

2)輸入連接信息

一條連接信息占一行,用[]表示一組連接在一起的設備引腳,引腳與引腳之間用英文空格" "分隔。

格式:"["+引腳號+" "+...+" "+引腳號+"]"
例如:[K1-1 K3-2 D5-1]表示K1的輸入引腳,K3的輸出引腳,D5的1號引腳連接在一起。
約束條件:

不考慮調速器串聯到其他調速器的情況。
不考慮調速器串聯到其他調速器的情況。
考慮各類設備的並聯接入。例如,K1 的輸出接到 L2 的輸入,L2 的輸出再接其他設備屬於串聯接線。K1 的輸出接到 L2 的輸出,同時 K1 的輸入接到 L2 的輸入,這種情況屬於並聯。
本次迭代的連接信息不單獨輸入,包含線上路信息中。

3)輸入控制設備調節信息

開關調節信息格式:

(#+設備標識K+設備編號,例如:#K2,代表切換K2開關的狀態。)
分檔調速器的調節信息格式:

(#+設備標識F+設備編號+"+" 代表加一檔,例如:#F3+,代表F3輸出加一檔。)
(#+設備標識F+設備編號+"-" 代表減一檔,例如:#F1-,代表F1輸出減一檔。)
連續調速器的調節信息格式:

(#+設備標識L+設備編號+":" +數值 代表將連續調速器的檔位設置到對應數值,例如:#L3:0.6,代表L3輸出檔位參數0.6。)
4)電源接地標識:

VCC,電壓220V,GND,電壓0V。沒有接線的引腳預設接地,電壓為0V。

5)輸入串聯電路信息

一條串聯電路占一行,串聯電路由按從靠電源端到接地端順序依次輸入的 n 個連接 信息組成,連接信息之間用英文空格" "分隔。

串聯電路信息格式:

"#T"+電路編號+":"+連接信息+" "+連接信息+...+" "+連接信息
例如:#T1:[IN K1-1] [K1-2 D2-1] [D2-2 OUT] 一個串聯電路的第一個引腳是 IN,代表起始端,靠電源。最後一個引腳是 OUT,代表結尾端, 靠接地。
約束條件:

不同的串聯電路信息編號不同。
輸入的最後一條電路信息必定是總電路信息,總電路信息的起始引腳是 VCC,結束引腳是 GND。
連接信息中的引腳可能是一條串聯或並聯電路的 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)輸入並聯電路信息

一條並聯電路占一行,並聯電路由其包含的幾條串聯電路組成,串聯電路標識之間用英文空格" "分隔。

格式:

"#M"+電路編號+":"+”[”+串聯電路信息+" "+....+" "+串聯電路信息+”]”
例如:#M1:[T1 T2 T3]
該例聲明瞭一個並聯電路,由 T1、T2、T3 三條串聯電路並聯而成,三條串聯電路的 IN 短 接在一起構成 M1 的 IN,三條串聯電路的 OUT 短接在一起構成 M1 的 OUT。
約束條件:

本次迭代不考慮並聯電路中包含並聯電路的情況,也不考慮多個並聯電路串聯的情況。
本題不考慮輸入電壓或電壓差超過220V的情況。

輸入信息以end為結束標誌,忽略end之後的輸入信息。

本題中的並聯信息所包含的串聯電路的信息都在並聯信息之前輸入,不考慮亂序輸入的情況。
電路中的短路如果不會在電路中產生無窮大的電流燒壞電路,都是合理情況,在本題測試點的考慮範圍之內。

本題不考慮一條串聯電路中包含其他串聯電路的情況。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\T2兩條串聯電路實際是T3的一個部分,本題不考慮這種類型的輸入,而是當將T1\T2的所有連接信息直接包含在T3中定義。
下次迭代中需要考慮這種類型的輸入。

4、輸出信息:

按開關、分檔調速器、連續調速器、白熾燈、日光燈、弔扇、落地扇的順序依次輸出所有設備的狀態或參數。每個設備一行。同類設備按編號順序從小到大輸出。

輸出格式:@設備標識+設備編號+":" +設備參數值(控制開關的檔位或狀態、燈的亮度、風扇的轉速,只輸出值,不輸出單位)
連續調速器的檔位信息保留兩位小數,即使小數為0,依然顯示兩位小數.00。
開關狀態為0(打開)時顯示turned on,狀態為1(合上)時顯示closed
如:
@K1:turned on
@B1:190
@L1:0.60
5、家居電路模擬系列所有題目的預設規則:

1)當計算電壓值等數值的過程中,最終結果出現小數時,用截尾規則去掉小數部分,只保留整數部分。為避免精度的誤差,所有有可能出現小數的數值用double類型保存並計算,不要作下轉型數據類型轉換,例如電壓、轉速、亮度等,只有在最後輸出時再把計算結果按截尾規則,捨棄尾數,保留整數輸出。

2)所有連接信息按電路從電源到接地的順序依次輸入,不會出現錯位的情況。電源VCC一定是第一個連接的第一項,接地GND一定是最後一個連接的後一項。

3)連接信息如果只包含兩個引腳,靠電源端的引腳在前,靠接地端的在後。

4)調速器的輸入端只會直連VCC,不會接其他設備。整個電路最多只有連接在電源上的一個調速器,且不包含在並聯單路中。

類圖

運用到的知識

Bank類:

負責管理電路組件,包括T(電路中的連接點)和M(電動機)。它能夠添加新的電路組件,並提供查找特定組件的功能。

Operate類:

處理操作指令,包括對電路組件的操作和調節。

HomeElectricalSystem類:

是整個系統的核心,負責模擬電路的運行。它管理著Bank和Operate,可以設置電路的輸入電壓,並模擬電路的輸出情況。

Circuit_Component類及其子類:

表示電路組件,如開關、電源、電阻等。每個組件都有自己的特性和行為,如計算輸出電壓、調節功能等。

這個設計體現了面向對象編程的思想,將不同類型的組件抽象為類,通過多態實現了各種組件的統一管理和操作。通過這個代碼,我們學到瞭如何設計一個簡單的電路模擬器,以及如何利用面向對象的思想進行模塊化設計和代碼組織。

在代碼中,遞歸被用來查找特定的電路組件。例如,looker方法中使用了遞歸來查找與給定組件連接的其他組件,以及在其中遞歸調用自身來查找目標組件。遞歸的精妙之處在於它能夠簡潔而優雅地處理複雜的結構,通過不斷地迭代查找,實現了對整個電路結構的全面搜索。

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