从课堂到实验

课堂上的探险队已经能通过继承扩展角色，通过特殊方法支持 Python 操作。本次实验先用四个小任务练习这些机制，最后复用图形代码，做一个可以独立运行的图形面积报告程序。

使用 Python 3.13 和标准库。下载包中的前四个目录各对应一道题；在相应目录编辑 submission.py，运行 python -m pytest -q test_public.py。如果尚未安装 pytest，使用 python -m pip install pytest。模块工程有独立的三文件目录和打包脚本。

部分	任务	自动分	人工分
A	图形、Rover 子类、Money、Deck	16	8
B	三文件图形报告	8	4
C	环境观察，选做	0	0

第10周合计 24 自动分＋12 人工分。HW4 覆盖第10–12周，截止以提交页和课程校历为准。

各代码题独立提交，保留骨架中提供的辅助函数或基类，不依赖课堂上已经运行的代码。补全方法的类型提示，self 无需注解。评测调用接口，不使用 input()。

A 段 · 类与特殊方法

10-1 图形家族

目标：让同一个 total_area() 处理不同图形。

class Shape:
    def area(self) -> float: ...
    def name(self) -> str: ...
class Circle(Shape):
    def __init__(self, r: float) -> None: ...
    def area(self) -> float: ...
class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, w: float, h: float) -> None: ...
    def area(self) -> float: ...
class Triangle(Shape):
    def __init__(self, a: float, b: float, c: float) -> None: ...
    def area(self) -> float: ...
def total_area(shapes: list[Shape]) -> float: ...

骨架提供 positive_dimensions(*values) 和 triangle_area(a, b, c)：前者检查有限正数，后者检查三角形并计算面积，非法时抛 ValueError。直接调用即可，无需自己推导公式。圆面积用 math.pi。

Shape.area() 抛 NotImplementedError；name() 返回实际类名，例如 Circle。三个图形继承 Shape，各自保存尺寸并重写 area()。
构造时调用提供的辅助函数拒绝非法尺寸，包括不满足严格三角不等式的三角形。
total_area() 逐个调用对象的 area()，空列表返回 0，不修改列表或对象。以后新增其他 Shape 子类也应能直接参与计算，无需按类名分支。

items = [Circle(1), Rectangle(2, 3), Triangle(3, 4, 5)]
# [item.name() for item in items] -> ["Circle", "Rectangle", "Triangle"]
# total_area(items) -> math.pi + 12

入口 w10-shapes，4 自动分。测试维度为适中大小的实数；不要求为其他对象类型提供自动转换。

10-2 Rover 的新角色

目标：复用基类初始化和移动行为，为调查员增加采样记录。

骨架已完整提供 Rover(name, x=0, y=0)：每个实例有 name、x、y 和独立的 bag 列表；move(dx, dy) 改变坐标，collect(item) 向 bag 追加物品，两者返回 None。report() 返回 "Ada @ (3, 4)" 这样的字符串。

保留基类，补全子类的三个方法：

class SurveyRover(Rover):
    def __init__(self, name: str, x: int = 0, y: int = 0) -> None: ...
    def record(self, sample: str) -> None: ...
    def report(self) -> str: ...

__init__() 用 super().__init__() 建立基类状态，再建立每个实例独立的 samples 列表。
record(sample) 向 samples 追加一条字符串记录，允许重复，返回 None。采样记录与背包物品分开。
report() 调用 super().report()，在其后加上 " | samples: N"，N 为记录条数。继承 move() 和 collect()，无需重写。

r = SurveyRover("Ada", 3, 4)
r.move(2, -1)
r.collect("apple")
r.record("rock")
# r.report() -> "Ada @ (5, 3) | samples: 1"
# r.bag -> ["apple"]; r.samples -> ["rock"]

输入保证名字、物品和样本为字符串，坐标和位移为整数，无需添加地图边界或其他游戏规则。公开测试会临时替换基类方法，检查子类确实复用了基类初始化和报告，而非复制其实现。

入口 w10-rover，4 自动分。

10-3 Money

目标：让金额对象支持显示、加减和比较。

骨架提供 to_cents(yuan)，将元转换为整数分并完成校验、舍入。例如 1.005 得到 101，-1.005 得到 -101；接受有限的 int/float 且绝对值不超过 10**9，否则抛 ValueError。本题直接使用此函数，无需实现 Decimal 舍入。

class Money:
    def __init__(self, yuan: float) -> None: ...
    def __repr__(self) -> str: ...
    def __add__(self, other: "Money") -> "Money": ...
    def __sub__(self, other: "Money") -> "Money": ...
    def __eq__(self, other: object) -> bool: ...
    def __lt__(self, other: "Money") -> bool: ...

__init__() 将 to_cents(yuan) 存为 self._cents。repr() 固定两位小数，例如 Money(12.50)、Money(-1.01)、Money(0.00)。
加减返回新 Money 对象，原操作数不变。结果仍保存整数分，允许超过构造入参的范围；可先创建 Money(0) 再设置结果的 _cents，避免经过浮点转换。
相等与排序按分比较。四个二元特殊方法收到非 Money 对象时均返回 NotImplemented，交给 Python 处理后续协议。

# Money(0.1) + Money(0.2) == Money(0.3) -> True
# repr(Money(10.5) - Money(0.25)) -> "Money(10.25)"
# Money(1) == object() -> False
# Money(1) + 1 -> TypeError

入口 w10-money，4 自动分。

10-4 Deck

目标：让自定义牌组像容器一样使用。

骨架已提供 __init__() 和 shuffle()，保留即可。初始牌组为52张独立牌面，点数 A/2/…/10/J/Q/K，按花色 C/D/H/S 排列，存放在每个实例自己的 self._cards 列表中。

class Deck:
    def __init__(self) -> None: ...       # 已提供
    def __len__(self) -> int: ...
    def __getitem__(self, i: int) -> str: ...
    def __contains__(self, card: str) -> bool: ...
    def shuffle(self) -> None: ...        # 已提供
    def deal(self, n: int) -> list[str]: ...

len(deck) 返回剩余张数；下标支持正负整数，越界抛 IndexError。card in deck 返回是否仍有这张牌。
deal(n) 从开头取走 n 张，返回独立的新列表。n 须为非负整数且不超过余量，非法时抛 ValueError，牌组保持原样；deal(0) 返回空列表。
两个牌组互不影响。__getitem__ 在越界时抛异常后，Python 也能通过序列协议执行 list(deck)；无需另写 __iter__()。

# deck = Deck(): len(deck) -> 52; deck[0] -> "AC"; deck[-1] -> "KS"
# deck.deal(2) -> ["AC", "2C"]; len(deck) -> 50; "AC" in deck -> False

洗牌调用骨架中的 random.shuffle(self._cards)，原地改变顺序并返回 None。测试会用一个已知排列替换随机函数，核对提供的委托行为；不考随机算法，不要求每次洗牌都改变顺序。

入口 w10-deck，4 自动分。

A 机制与验证记录

入口 w10-a-notes，只回答两问，各4人工分：

结合自己的 SurveyRover，说明 super().__init__() 建立哪些属性，report() 如何扩展基类行为；给出两个实例的操作及实际结果，检查列表是否共享。
从 Money 或 Deck 选一个表达式，解释对应的特殊方法；给出一次非正常输入或状态变化的预期、实际结果，说明原对象是否变化。

每问写清机制和一个小例子即可，无需逐题复述接口。

B 段 · 三文件图形报告

10-5 拆分与导入

目标：复用第一题，让一个真正的多文件程序生成报告。

下载包的 module-project/ 包含三个业务文件和工具脚本：

shapes.py             # 复用第一题完成的图形定义和 total_area
report.py             # 将图形对象整理为报告文本
main.py               # 创建示例，打印报告
pack_submission.py    # 已提供，生成平台提交文件

补全后，在该目录运行 python main.py，输出应为：

Rectangle: 6.00
Triangle: 6.00
Total: 12.00

具体接口：

shapes.py：放入第一题完成的代码，不依赖 submission.py。
report.py：实现 build_report(items: list[Shape]) -> list[str]。按原顺序输出每个对象的 name() 和 area()，面积保留两位小数；最后一行用从 shapes 导入的 total_area(items) 生成合计。空列表返回 ["Total: 0.00"]。只返回文本，不打印、不修改输入，新增 Shape 子类也应能使用。
main.py：实现 run_demo() -> None。通过 shapes 中的类创建 Rectangle(2, 3) 和 Triangle(3, 4, 5)，调用 report 中的 build_report()，逐行打印其结果。用 if __name__ == "__main__": 保护入口。

导入三个模块均不应输出或启动演示。 可以使用 import module 或 from module import name，依赖方向为 main → report → shapes，main 同时使用 shapes 中的构造器。公开测试会临时替换报告函数，检查主程序真实调用了模块接口；仅打印固定答案无法通过。

提交步骤：

python main.py
python -c "import shapes, report, main"
python pack_submission.py
python -m pytest -q test_public.py

第二条命令应无输出。打包脚本生成 submission.py，其中的 project_files() -> dict[str, str] 返回三个文件名及完整源码；将生成文件的内容粘贴到 w10-module-project 提交。每次修改工程后重新打包，无需手动将源码塞进字符串。单独下载打包脚本。

评测只使用这三个文件，工程仅依赖标准库，不读本机文件、不使用网络、input() 或图形窗口。project_files() 只返回源码，不运行工程。

入口 w10-module-project，8 自动分。文字入口 w10-b-notes 两问各2人工分：三文件职责及新增图形是否要改报告；直接运行与导入的实际命令、输出及原因。

C 段 · 环境观察（选做）

在模块工程目录运行：

python -c "import sys; print(sys.executable)"
python -c "import shapes; print(shapes.__file__)"

观察当前解释器和实际导入文件的路径。愿意记录时填写 w10-c-tools，也可留空，不影响完成与评分。

四、个人作业2启动

本周同时启动个人作业2：素数计数五法。它与 HW4 分开提交，截止以个人作业提交页和课程校历为准。先了解任务，算法细节在 L11 继续讲解。

查看个人作业2的完整要求（提交页也会显示）

个人作业2覆盖第10/11周，占课程总评5%，具体截止见提交页。

独立五个入口分别定义：

入口	函数	方法
`w10-primes-brute`	`count_primes_brute(n: int) -> int`	每候选从2到候选−1试除
`w10-primes-sqrt`	`count_primes_sqrt(n: int) -> int`	试除界d²≤候选
`w10-primes-6k`	`count_primes_6k(n: int) -> int`	先2/3，再6k±1候选因子
`w10-primes-sieve`	`count_primes_sieve(n: int) -> int`	埃氏筛，按需数组
`w10-primes-mr`	`count_primes_mr(n: int) -> int`	指定小域的Miller–Rabin

统计 0≤p<n，0≤n≤100000，n≤2为0，负数ValueError；范围外不是必须完成输入。例子n=0/2→0、n=3→1、n=10→4。返回整数，不打印。

MR先处理小于2、2/3与其他偶数，对剩余奇数按2和3两底数。已知界小于1,373,653，本题候选小于100000，因而此域可用确定性判断；不声称任意大整数确定。算法的分解/模幂、试除和筛法在L11及任务资料继续讲，本周先建立接口与正确性记录，不要求未教先完成全部算法。

五代码题各16自动原始分，方法/计时/验证报告人工20，总原始100归一化为本份5%。自动测试主要看正确结果/边界，助教从源码与记录核对不同方法，不用另一算法包装五个函数蒙混。每个入口完整定义自己的辅助函数，不依赖另一个入口；MR可用pow(a,d,m)。

文字入口 w10-primes-report：五种方法及源码依据6分、边界与交叉验证6分、公平计时和可复现环境6分、结论/限制2分，使用声明0分。计时先验证正确，再选可完成规模；暴力可只测较小n，不替换算法追求同一最大规模。报告包含实际n、轮次、环境、准备与查询是否分离及正确计数，至少三次测量，不把单次倍数当固定结论。

提交自查

四道类练习和模块工程分别提交，两个文字卡填写简短机制说明和实际结果。
模块工程修改后重新打包，直接运行有报告，导入无输出。
HW4 末尾统一填写 AI 使用说明，下载评测报告提交。