作业攻略
先来讲讲 Assignment 1 是个怎么样的形式：首先会有三个小 subtask 需要你做，但是这三个小的 subtask 不计入成绩当中去，最重要的还是以最后的 task 为主。这导致有些人可能想说我能否直接跳过前面三个 subtask，直接去做最后的 task 呢？答案是不能的，因为最后的 task 是需要调用前面三个 subtask 的函数的，所以你必须把前面三个 subtask 都做完才能去做最后的 task。也就是说前面的 subtask 是和后面的相关联的。
总结下 Assignment 1 的核心是把 Python 基础语法写稳。这一阶段不要急着追求复杂写法，重点是把 input()、print()、变量、类型转换、四则运算、取整除、取余、if/elif/else、字符串切分、列表循环、字典和函数签名写准确。题目通常会给很明确的输入输出格式，最重要的是逐字对齐 expected output，并且函数题不要在函数内部乱用 input() 或 print()。
举个例子吧：现在有个摩托的价格需要算出来，题目如下：
Welcome to the motor line item test script.
Motor price: $22.99
How many motors would you like to buy: 10
Total price: $229.90
那么 numerically 就需要把这个题目拆成几个小步骤：
- 先把第一句话进行 print 输出，打印出来就是
Welcome to the motor line item test script.
- 再把第二句话进行 print 输出，打印出来就是
Motor price: $22.99
- 然后你需要获取用户输入的数量，使用
input() 函数来获取用户输入的数量，如果最后输出的是 float 就得 input 给转换成 float。
- 最后算出总价
22.99 * 10
subtask 1.2 同理 例子为：
| Product Name |
Price |
| motor |
$22.99 |
| sensor |
$65.75 |
| frame |
$70.10 |
| cpu |
$95.50 |
进行拆分：
- 先定义数据，比如
products = ['motor', 'sensor', 'frame', 'cpu']，以及 prices = [22.99, 65.75, 70.10, 95.50]。
- 通过
print() 函数打印 '-' 和字符串 "products name | price"，最后再打印一段 '-'，搭建好基础框架。
- 遍历
products 和 prices 列表：使用 len(products) 获取列表长度（4），用 range(4) 生成序列 0, 1, 2, 3，利用 for i in ... 让循环变量 i 作为索引访问列表元素。
- 根据当前索引
i，分别从 products 和 prices 中取出值，赋值给 current_products 和 current_prices。
- 使用 f-string 进行格式化输出：
print(f"{current_products:<12} | ${current_prices:.2f}")。
{current_products:<12}：产品名称靠左对齐，固定占 12 个字符宽度（不够补空格），确保竖线对齐。|：原样输出竖线分隔符。$：原样输出美元符号。{current_prices:.2f}：价格保留 2 位小数输出（如 120.00）。
subtask 1.3
主要考察的是 if，else 和 elif。
题目为：Your boss wants you to undertake one last exploration... A conditional discount calculator. You are to write a simple program that prompts the user for the end sales price and applies a conditional discount. The discounts are as follows: 30% for orders over $500.00, 15% for orders over $200.00, and 5% for orders over $50.00.
Welcome to the discount calculator.
Enter sales amount(dollars): 10.00 or 51.00 or 201.00 or 501.00
Discounted price: $10.00 or $48.45 or $170.85 or $350.70
解析：
- 先打印欢迎语句
Welcome to the discount calculator.
- 获取用户输入的销售金额，使用
input() 函数获取用户输入的销售金额，并将其转换为浮点数。
- 根据输入的销售金额应用条件折扣：
- 如果销售金额大于 500.00，应用 30% 的折扣。
- 如果销售金额大于 200.00，应用 15% 的折扣。
- 如果销售金额大于 50.00，应用 5% 的折扣。
- 否则，不应用任何折扣。
最后的大作业: TASK 1 Quote Calculator (Assessed)
这里的作业要求你怎么通过 code 计算提供的材料，然后所有的 coding 逻辑都是基于之前所学的。
题目为：Your boss now wants you to take what you have learned and create a functional quote calculator for the Smart Maker Components division. Your boss would like you to formalise what you did in subtask 1.2 by creating two aligned lists product_name, containing a list of product names, and product_price, containing a list of product prices. You should populate this list using the table below.
| Product Name |
Price |
| stepper |
$18.50 |
| display |
$24.99 |
| nozzle |
$8.20 |
| motherboard |
$115.00 |
Welcome to the Smart Maker Quote Calculator.
For each product below, please specify your required quantity.
stepper: 1
display: 2
nozzle: 5
motherboard: 1
Please see your quote below.
stepper: 1 x $18.50 = $18.50
display: 2 x $24.99 = $49.98
nozzle: 5 x $8.20 = $41.00
motherboard: 1 x $115.00 = $115.00
Subtotal: $224.48
Discount: $11.22
Total: $213.26
Welcome to the Smart Maker Quote Calculator.
For each product below, please specify your required quantity.
stepper: 8
display: 10
nozzle: 20
motherboard: 5
Please see your quote below.
stepper: 8 x $18.50 = $148.00
display: 10 x $24.99 = $249.90
nozzle: 20 x $8.20 = $164.00
motherboard: 5 x $115.00 = $575.00
Subtotal: $1136.90
Discount: $170.54
Total: $966.36
解析：
- 首先准备数据结构，比如创建两个位置对应列表
product_name 和 product_price。
- 打印欢迎语句
Welcome to the Smart Maker Quote Calculator. 还有 For each product below, please specify your required quantity.；接着创建一个空列表专门用来存放数量，再通过循环遍历所有产品名称，使用 input() 动态获取输入。关键点：使用 int() 转成整数后通过 .append() 追加到列表中。
- 遍历用户输入的数量，计算每个产品的总价。初始化
subtotal = 0.0 累加总价，使用 for i in range(len(product_name)): 提取名称、单价和数量，计算单项总价后通过 subtotal += line_total 进行累加。
- 根据阶梯规则计算折扣。使用
if-elif-else 结构实现条件判断，按从大到小的顺序（>1500 -> >1000 -> >300）进行梯级判定，避免条件覆盖。
- 打印报价单。输出详细报价，包括数量、单价、单项总价以及最终的小计、折扣和折后总价，统一使用 f-string 格式化为保留 2 位小数。
Assignment 2 - Task 1 核心攻略与解析
题目背景与要求：
RoboWorks 正在开发一套机器人调度系统。Task 1 的目标是实现系统的数据加载、基础校验、任务可行性检查与评估报告生成。整个任务分为四个步骤，你需要根据以下规格说明实现相应的处理逻辑。
Task 1 规格与功能要求（Specification）：
Step 1 & Step 2: Data Loading and Validation
Each function should:
- Read data from the corresponding CSV file
- Store the data using aligned lists in a type that is consistent with the data being stored.
- Ensure that corresponding indices refer to the same record
- Print a warning message to standard error when encountering invalid records, e.g.:
Warning: Package P6 has invalid weight (-4).
Step 3: Task Feasibility Check
To determine if a task is executable, create a function named is_task_executable. This task should take the following parameters, in this order:
- task_id
- package_ids
- package_weights
- robot_ids
- max_loads
- robot_zones
- destination_ids
- destination_zones
- task_ids
- source_ids
- target_ids
- task_package_ids
You should infer the types of the input variables from the name of the parameters.
Step 4: Report Generation & Main Integration
Generate a output file named "feasibility_report.txt" with the following format:
Task Feasibility Report
T1: executable
T2: executable
T3: not executable
T4: executable
Executable tasks: 3
Non-executable tasks: 1
Main function signature:
main(robots_path, destinations_path, packages_path, tasks_path, report_path)
作业逻辑与解题拆解：
- 数据读取与验证（Step 1 & 2）： 按顺序从 CSV 中提取数据并存入对齐列表（Aligned Lists）中。需要特别注意读取顺序，先读取
destinations 和 packages，因为后续在读取 tasks 时需要拿到已经校验过的 ID 列表来进行交叉比对（Cross-referencing）。数据校验不合规时，要使用 print(..., file=sys.stderr) 打印 Warning 并使用 continue 跳过当前行。例如校验重量：
if weight < 0:
print(f'Warning: Package {p_id} has invalid weight ({weight}).', file=sys.stderr)
continue
- 任务可行性判定（Step 3）： 核心逻辑是判断是否有任意一台机器人满足条件。利用
.index() 找到当前任务对应的起点、终点和包裹重量，然后遍历所有机器人。匹配条件必须同时包含三点：机器人位置等于起点区域、等于终点区域，且最大载重大于等于包裹重量：
if r_zone == source_zone and r_zone == target_zone and r_load >= pkg_weight:
return True
只要找到一台符合条件的机器人就立即返回 True；如果遍历完毕均不满足则返回 False。
- 报告输出与流程整合（Step 4）： 在
write_feasability_report 中以 'w' 模式打开文件，按照格式依次写入各任务的判定结果，并累加 executable_count 和 non_executable_count 最终输出统计总数。最后在 main() 中按顺序组织调用整个流程。
Task 1 代码深度解析与设计思路（Deep Dive）
整个 Task 1 的核心解题思想可总结为：“校验拦截在前，关联映射在中，逻辑判定在后，格式输出收尾”。下面结合具体的实现考点进行深度拆解：
1. 模块导入与标准错误流输出 (import sys)
题目要求在遇到非法数据记录（Invalid Records）时向标准错误流输出警告，而不是直接报错终止程序。Python 默认的 print() 是输出到标准输出流 (stdout)，因此我们需要导入 sys 模块，并在调用时加上 file=sys.stderr 参数：
import sys
# 示范：将警告信息定向输出到标准错误流，避免打断正常程序执行
print(f'Warning: Package {p_id} has invalid weight ({weight}).', file=sys.stderr)
2. 数据读取与边界校验 (Steps 1 & 2: Reading & Validation)
在数据读取阶段，我们使用了对齐列表（Aligned Lists）的数据结构，即不同属性存放在不同列表中，通过相同的索引 $i$ 互相映射。解题逻辑分为以下关键点：
- 跳过表头与格式化解析： 使用
readlines()[1:] 切片避开 CSV 第一行的列名，并通过 .strip().split(',') 去除换行符并切分成数据数组。同时将字符串正确强转为对应的类型（如 int(battery)、float(load)）。
- 严格的条件校验 (Guards & Skip): 每读取一行数据，都设置多重
if 检查。只要有任意一项校验未通过，立即通过 print(..., file=sys.stderr) 报出 Warning，并配合 continue 跳过当前行，确保只有 100% 合规的数据才能追加（.append()）到列表中：
read_robots：校验电池电量范围 0 <= battery <= 100、载重 load >= 0、区域必须为非空且纯大写字母（zone.isalpha() and zone.isupper()）。read_destinations：校验目的地区域代码是否全大写。read_packages：校验包裹重量是否非负 (weight >= 0)。
- 交叉引用校验 (Cross-referencing): 在
read_tasks 函数中，我们需要额外的参数 destination_ids 和 package_ids。这是因为任务中的起点 s_id、终点 target_id 以及包裹 p_id 必须是前面已经通过校验的合法 ID。如果不在合规列表中（s_id not in destination_ids），则直接判为非法 Task 并跳过。
3. 核心算法：任务可行性判定 (Step 3: is_task_executable)
这个函数是整个 Task 1 的判定大脑，逻辑非常严密，主要分为四大步骤：
- 定位任务索引 (Task Lookup)： 确认输入的
task_id 是否存在。若存在，通过 task_ids.index(task_id) 获取当前任务在列表中的索引 t_idx，并顺藤摸瓜提取出该任务的起点 ID (s_id)、终点 ID (t_id) 和包裹 ID (p_id)。
- 获取区域与重量属性 (Attribute Mapping)： 利用
destination_ids.index(s_id) 和 .index(t_id) 查出起点与终点所在的区域名称 (source_zone 和 target_zone)；利用 package_ids.index(p_id) 查出当前包裹的实际重量 (pkg_weight)。
- 机器人能力匹配遍历 (Robot Matching)： 使用
for i in range(len(robot_ids)) 逐个检查可用的机器人。要成功执行任务，必须同时满足以下三个硬性条件：
# 条件 1: 机器人当前区域必须与任务起点区域一致
# 条件 2: 机器人当前区域必须与任务终点区域一致（即起点终点需在同一区域）
# 条件 3: 机器人的最大载重量必须大于或等于包裹重量
if r_zone == source_zone and r_zone == target_zone and r_load >= pkg_weight:
return True # 只要找到任意一台符合条件的机器人，立刻返回 True 终止循环
- 默认失败返回： 如果循环遍历完所有机器人都无法满足上述条件，说明没有机器人能胜任，最终返回
False。
4. 报告生成与主函数整合 (Step 4: Report & main)
- 写入报告 (
write_feasability_report): 使用 open(file_path, 'w') 以覆盖写入模式打开文件。使用 for 循环同时读取任务 ID 和对应的布尔值结果，根据布尔值累加 executable_count 与 non_executable_count 计数器，格式化写入每行状态（如 T1: executable），最后在文件末尾输出统计汇总，并调用 .close() 释放资源。
- 主入口依赖顺序 (
main Execution Order): 在 main() 函数中，执行顺序至关重要：必须先调用 read_destinations 和 read_packages 获取合规 ID 列表，然后再调用 read_tasks 进行交叉验证。拿到所有清洗后的数据后，遍历任务列表收集判定结果，最后统一传给 write_feasability_report 输出文件。
- 程序入口保护 (
if __name__ == "__main__":): 将测试调用的 main(...) 放在脚本入口保护块中，这样既方便我们自己本地运行测试，又能保证提交给自动评分脚本 (Auto-grader) 导入时不会触发意外执行。
Assignment 3 - Task 1 核心攻略与解析（k-gram 语言模型构建）
题目背景与核心目标：
数字诗歌工作室（Digital Poetry Studio）希望开发一个简易的诗歌生成器。Task 1 的目标是实现系统的文本读取清洗、诗歌切分、Token 化以及 k-gram N-gram 频率模型的统计构建，为后续 Task 2 的生成奠定数据基础。
Task 1 规格与功能要求（Specification）：
Step 1: Text Preprocessing & Cleaning
- read_text(file_path):
读取文本文件。需拦截 FileNotFoundError；若去除空格后文本为空，抛出 ValueError。
- clean_text(text):
将文本转为小写，并清除除逗号 (,) 和句号 (.) 之外的所有标点符号。若输入非字符串，抛出 TypeError。
Step 2: Build k-gram Model
- build_kgram_model(text, k):
1. 校验输入合法性（k 为正整数且非 bool，text 为字符串）。
2. 清洗文本并将逗号与句号替换为前后带空格的形式 (如 " , " 和 " . ")。
3. 识别数字行（如 "1", "2"）作为诗歌边界，在每首诗结尾追加 "" 标识符。
4. 遍历所有 Token，使用长度为 k 的滑动窗口统计每个 (Context) -> Next_Word 的频次，返回嵌套字典。
5. 若无法生成任何 k-gram，抛出 ValueError。
Step 3: Query Options
- get_next_token_options(kgram, model):
查询特定 k-gram 元组在模型中的下一个 Token 频次字典。若不存在则安全返回空字典 {}。
Step 5: Unit Testing
- 编写 unittest 单元测试，涵盖逻辑清洗、模型频次统计、诗歌边界切割、异常输入拦截以及文件读取异常。
待完成的核心任务（Implementation Tasks）：
read_text(file_path)：实现文本加载与文件边界防护。clean_text(text)：实现保留指定标点（逗号、句号）的文本清洗。build_kgram_model(text, k)：实现诗歌边界标记 <END> 追加、Token 拆分与滑动窗口建模。get_next_token_options(kgram, model)：实现模型 Key 的安全检索。TestKgramModel(unittest.TestCase)：实现完整的自动化单元测试集。
Task 1 代码深度解析与解题思路（Answer Breakdown）
在 Task 1 的实现中，我们的核心思维路径是：“严密校验在前，标点分离在中，边界识别在后，滑动窗口收尾”。下面结合完整实现代码，逐模块拆解解题逻辑：
1. 异常预警与文本预处理 (Step 1: read_text & clean_text)
- 文件读取防御机制 (
read_text): 使用 try...except FileNotFoundError 捕获文件缺失，并抛出自定义提示；利用 content.strip() 校验文件内容，若为空或全为空白字符则主动抛出 ValueError。
- 保留关键标点的清洗策略 (
clean_text):
先通过 isinstance(text, str) 拦截非字符串输入。使用 Python 内置的 string.punctuation 遍历所有标点符号，通过 symbol != ',' and symbol != '.' 显式保留逗号与句号，其余标点全部使用 .replace(symbol, '') 剔除。
# 保留逗号与句号，其余标点剔除
for symbol in string.punctuation:
if symbol != ',' and symbol != '.':
text = text.replace(symbol, '')
2. 核心算法：k-gram 模型构建 (Step 2: build_kgram_model)
这是整个 Task 1 最关键的逻辑部分，细分为以下四个步骤：
- 参数严格校验 (Type & Value Checking):
特别注意 Python 中
bool 是 int 的子类（isinstance(True, int) 为 True），因此判断 $k$ 是否为整数时，必须加上 not isinstance(k, bool)，否则无法通过单元测试拦截：
if not isinstance(k, int) or isinstance(k, bool):
raise TypeError('k must be an integer')
if k <= 0:
raise ValueError('k must be a positive integer')
- 标点符号独立 Token 化 (Punctuation Tokenization):
为了让逗号
',' 和句号 '.' 能够作为独立的 Token 参与建模，在 split 之前调用：
cleaned_text = cleaned_text.replace(',', ' , ').replace('.', ' . ')
这样再按换行和空格切分时，标点便能自然分离开来，与普通单词地位一致。
- 诗歌边界识别与
<END> 标记追加 (Poem Boundaries):
逐行读取切分后的文本。利用 line.isdigit() 识别数字编号行（代表一首新诗的开始）。在遇到新编号或遍历结束时，只要当前 Token 列表中有内容且尾部不是 <END>，就主动追加一个 <END>，精确隔离不同诗篇之间的上下文连贯性。
- 滑动窗口统计频次 (Sliding Window & Nested Dict):
遍历 Token 数组，窗口长度为 $k+1$。前 $k$ 个 Token 转换成可哈希的 **Tuple 元组** 作为字典的键（Context），第 $k+1$ 个 Token 作为预测值（Next Word）。
for i in range(len(tokens) - k):
current_kgram = tuple(tokens[i:i+k])
next_word = tokens[i+k]
if current_kgram not in kgram_model:
kgram_model[current_kgram] = {}
kgram_model[current_kgram][next_word] = kgram_model[current_kgram].get(next_word, 0) + 1
3. 模型安全查询 (Step 3: get_next_token_options)
查询逻辑极为干净简洁：优先检查输入的 kgram 是否存在于字典 model 中。若存在直接返回对应的下一个 Token 频率字典；若查询不到（未匹配的上下文），则安全返回空字典 {}，避免引发 KeyNotFound 报错。
4. 自动化单元测试设计 (Step 5: unittest Suite)
在测试模块 TestKgramModel 中，我们对整个流程进行了全方位的单元测试覆盖：
test_clean_text_logic：验证大写转小写以及特殊标点保留（如 "HELLO! 'World': sings," $\rightarrow$ "hello world sings,"）。test_build_model_basic：测试基础频次累加逻辑（如重复的 "a b c" 能否将 ('a', 'b') 对应的 'c' 频次累加至 2）。test_numbered_poems_and_punctuation：验证数字编号分诗以及 <END> 标记的嵌入位置是否完全准确。test_invalid_inputs：使用 with self.assertRaises(...) 校验传入布尔值 $k$、负数 $k$、非字符串 text 或 Token 长度小于 $k$ 时能否准确引发异常。test_file_errors：结合 tempfile.NamedTemporaryFile 模拟临时空白文件，测试边界异常触发。
