OO第三单元总结

Posted 2021-12-02 a458269373

OO第三单元总结

梳理JML语言的理论基础、应用工具链情况

JML（Java Modeling Language）是一种行为规范接口语言，通过使用不会被编译的注释形式，和固定关键字的语法，指定Java模块代码的行为。大体上包括以下三种要求：

前置： @requires 子句定义了需要满足的条件。

过程： @assignment 子句定义了可以改变的成员。

后置： @ensure 子句定义了方法要达到的效果。

此外，还有一些比较常用的的语法如下：

@pure 子句表明该方法无副作用，即仅具有查询功能

@constraint 子句定义了状态变化约束

@invariant 子句定义了全过程中的不变式

\\nothing 关键词表明该方法对类成员属性不进行修改

\\result 关键词代表该方法的返回值

\\forall表达式：全称量词修饰的表达式，表示对于给定范围内的元素，每个元素都满足相应的约束。

\\exists表达式： 存在量词修饰的表达式，表示对于给定范围内的元素，存在某个元素满足相应的约束。

\\sum表达式：返回给定范围内的表达式的和。

\\product表达式：返回给定范围内的表达式的连乘结果。

\\max表达式：返回给定范围内的表达式的最大值。

\\min表达式：返回给定范围内的表达式的最小值。

\\num_of表达式：返回指定变量中满足相应条件的取值个数。

JML的应用工具链：

OpenJML：OpenJML可以对含有JML的代码进行编译 ，并提供不同类型的选项进行检查。-esc可以静态检查可能出现的隐藏bug，-rac是运行时检查，-check则可以检查代码是否符合JML规格要求。

JMLUnitNG：可以根据代码中所写JML规范自动生成测试框架进行自动化测试。

部署JMLUnitNG/JMLUnit，针对Graph接口的实现自动生成测试用例

测试结果如下：

三次作业架构设计

第一次作业架构设计

本次作业完全根据规格要求进行设计，为了减少查询的时间，采用了hashmap存放path与pathid。在distinctnode方面也采用了一个hashmap存储不同的node，在方法getDistinctNodeCount()中，只需返回该hashmap的size即可，大大节省了查询的时间。两个map设计如下：

private HashMap<Integer, Path> map = new HashMap<>();

map的key为pathid，value为Path，这样可以节省查找时的时间。在removePath()方法中，需要对map进行遍历，根据重写的equals方法找到相应path即可。

private HashMap<Integer, Integer> dismap = new HashMap<>();

dismap的key为nodeid，value为该node出现的次数，这样在删除一条path时，可以将该path所有出现的点的次数减一，当次数为零时，从dismap中移除该点即可。

类图如下：

复杂度分析：

第二次作业架构设计

本次作业按照规格设计时遇到了许多困惑，在对最短路径求解时查询了许多算法，最后使用了florid算法。本次作业并未重构，在第一次作业进行简单修改就满足了题目要求。

设计如下：

private HashMap<Integer, Path> map = new HashMap<>();
private HashMap<Integer, Integer> dismap = new HashMap<>();

这两个map沿用第一次的设计，功能也相同。

private int[][] graph = new int[250][250];
private HashMap<Integer, Integer> castmap = new HashMap<>();
private int[] nodecount = new int[250];
private int flag = 0;
private Floyd floyd;

• graph是一个二维数组，该数组是为了存储任意两点之间是否存在一条边，用于floyd算法。
• castmap是考虑到nodeid的数量不会超过250，但是nodeid本身是一个int范围的数，所以采用了一个castmap，key为该点的nodeid，value为映射的值，value的范围为[0,250)
• nodecount数组用来记录，在[0,250)之间的哪些值已经被映射，下标为映射的目标值，数组内存放标志位。在remove时要遍历dismap，如果该点出现的次数已经为0，就要删除这一映射，这样可以按照要求将nodeid个数严格控制在250以内。
• flag为标志位，每次调用remove或是add方法都需要将flag置一，这样在每次计算新的floyd最短路径时，判断路径是否有添加或删除（即flag是否为1），如果flag为1则计算新最短路径，并将flag置0；如果flag为0，则不计算，采用上一次计算的最短路径。
• floyd为存放Floyd算法的最终结果的一个对象。只有当flag置一时，才会调用他的构造方法，重新计算新的最短路径。

类图设计：

复杂度分析：

第三次作业架构设计

本次作业有点类似曾经学过数据结构课程的最后一次地铁作业，在最短路径的求解上依旧采用floyd算法。在讨论区学习到了一种算法，根据这种算法结合floyd进行了计算。本次作业最终思路是将问题转化为图内边的权值问题，然后进行求解。本次作业并未重构，大部分内容沿用第二次作业的代码，部分内容从MyRailwaySystem类中移入了Floyd类。

算法内容如下：将每条path都变成完全无向图，每条path内的每个点都有直接到达该path内任意一点的距离，同时path内的每条边都要加上切换path时的额外权值。最终求出的值再减去一次换乘的额外权值，即为所求。

MyRailwaySystem设计如下：

private HashMap<Integer, Path> map = new HashMap<>();
private int flag = 0;
private int blockNumber;

以上三个数据成员和前两次作业一直，blocknumber为连通块数量，根据并查集求解即可。

private Floyd leastOFtransfer = new Floyd(1);
private Floyd leastOFfear = new Floyd(2);
private Floyd leastOFunpleasant = new Floyd(3);

这三个数据成员即为本次作业的核心，构造函数传入构造模式（一个int型变量），以便区分额外权值。

Floyd设计如下：

private static int row = 120;
private int[][] length = new int[row][row];// 任意两点之间路径长度
private int addweight;//额外权值
private static HashMap<Path, int[][]> pathHashMap = new HashMap<>();//存储每条path的完全无向图
private static HashMap<Path, int[][]> unpleasantHashMap = new HashMap<>();//单独存储unpleasant的完全无向图
private static HashMap<Integer, Integer> castmap = new HashMap<>();//映射map
private static int[] nodecount = new int[row];//标记数组
private static HashMap<Integer, Integer> dismap = new HashMap<>();//计算distinctnode点的map
private static int[][] graph = new int[row][row];//存入floyd计算结果
private static int[][] shortestLength = new int[row][row];//最短路径数组

类图设计：

复杂度分析：

代码bug分析

第一次作业：本次作业强测只得到了80分，原因是没考虑到课程组会利用时间卡数据，在不该进行计算的地方反复进行了计算，所以事件被拖慢了，但是综合设计是没有问题的。已经成功合并修复。

第二次作业：本次作业强测45分，因为没有吸取第一次的教训，导致本次作业依然犯了不该犯的错误，查询时反复计算，导致许多点都time_limited。已经成功合并修复。

第三次作业：本次作业强测95分，bug在于数据太大时，我所设定的无限大出现在了数据里，导致数据错误。已经成功合并修复。

规格撰写和理解的心得体会

规格撰写本质上体现了从上而下的设计思路，设计好大框架然后一点一点的去构建细节。在学习了JML之后，能够通过已给出的规格实现函数或者类所要求的功能，这是一种很棒的体验。但是规格本身的学习是较为困难的，有许多语法上的规定需要记忆，以后还是要多多练习先写规格，再写代码，这样不会忘记自己设计的原始意图，别人读代码也会轻松很多。