201971010117-刘春丽 实验二《 0/1 背包问题》项目报告
201971010117- 刘春丽 实验二 个人项目 《0/1背包问题》项目报告
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 课程班级博客链接 | 2019级卓越工程师班 |
| 这个作业要求链接 | 实验二 |
| 我的课程学习目标 | 1、掌握软件项目个人开发流程；2、掌握Github发布软件项目的操作方法。 |
| 这个作业在哪些方面帮助我实现学习目标 | 1、对软件项目个人开发流程有了初步的了解；2、熟悉了GitHub的使用。 |
| 项目Github的仓库链接地址 | 仓库地址 |
- 任务一：阅读教师博客内容要求，点评班级博客中本次已提交作业至少3份。
- 任务二：
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总结详细阅读《构建之法》第1章、第2章，掌握PSP流程
通过再一次的阅读《构建之法》第一、二章，我对PSP（个人软件开发流程）有了一定的理解与掌握。首先，PSP是一种可以用于控制、管理和改进个人工作方式的自我持续改进过程，是一个包括软件开发表格、指南和规程的结构化框架。在《构建之法》中，通过三个不同的表格向我们展示了PSP的各个版本以及具体的内容，通过表格可以看到PSP能够帮助软件工程师对某一个软件项目做出一个比较精确的计划以及用时估计。PSP可以帮助一个软件工程师明确一个软件产品为了改进其质量而做出的具体步骤。在软件工程师接到一个项目时，首先将这个项目划分成几个较小的模块，同时可以估计要完成各个模块所花费的时间，然后再将各个模块进行更细致的划分，将每一项任务完成所需的时间估计出来，这样就可以相对较为合理的安排工程师的工作时间以及项目模块的完成。这样不仅可以使软件工程师有较为合理的安排，同时还可以建立一个度量在个人软件开发流程中改善的基准，提高软件工程师的工作能力。
在《构建之法》这本书中，表2-3向我们展示了一个软件工程师在完成一个软件项目时所要完成的任务清单。首先，将项目划分为三个模块，分别是计划、开发和报告。顾名思义，计划就是对这个项目有一个初步的计划，具体就是计算一下完成这个项目所需要的大概时间；开发则是完成这个项目的核心部分，首先要根据实际要求有一个需求分析，然后生成一个设计文档，完成后还要和同事一起对这个设计文档有一个审核过程，完成后为该项目开发制定一个代码规范，接下来就可以进入到项目的具体开发阶段了，对项目有一个初步的设计，然后按照设计展开进行项目的编码工作，完成后需要对代码进行代码复审，这个过程可以帮助工程师及早的发现存在的缺陷，使修复缺陷的代价最小，复审完成后便可开始测试工作，测试通过后整个开发阶段就完成了；开发完成后，剩下的就是报告阶段，首先对完成的工作有一个完成记录的时间计算，接下来就可以完成测试结果的相应报告，完成后就可以对所完成的工作有一个工作量的计算，所有以上工作完成后就可以总结一下此次工作的经验以及不足之处，然后提出对这样一个个人软件开发流程中不足之处的改进计划。这样整个个人软件开发流程就全部完成了。
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- 任务三：项目开发
- 需求分析：
背包问题（Knapsack Problem，KP）是NP Complete问题，也是一个经典的组合优化问题，有着广泛而重要的应用背景。{０-1}背包问题（{0-1 }Knapsack Problem，{0-1}KP）是最基本的KP问题形式，它的一般描述为：从若干具有价值系数与重量系数的物品（或项）中，选择若干个装入一个具有载重限制的背包，如何选择才能使装入物品的重量系数之和在不超过背包载重前提下价值系数之和达到最大？
D{0-1} KP 是经典{ 0-1}背包问题的一个拓展形式，用以对实际商业活动中折扣销售、捆绑销售等现象进行最优化求解，达到获利最大化。D{0-1}KP数据集由一组项集组成，每个项集有3项物品可供背包装入选择，其中第三项价值是前两项之和，第三项的重量小于其他两项之和，算法求解过程中，如果选择了某个项集，则需要确定选择项集的哪个物品，每个项集的三个项中至多有一个可以被选择装入背包，D{0-1} KP问题要求计算在不超过背包载重量 的条件下，从给定的一组项集中选择满足要求装入背包的项，使得装入背包所有项的价值系数之和达到最大；D{0-1}KP instances数据集是研究D{0-1}背包问题时，用于评测和观察设计算法性能的标准数据集；动态规划算法、回溯算法是求解D{0-1}背包问题的经典算法。
在这里首先需要用到读取文件的相关操作用以将实验数据导入到程序中，我选择用java来完成数据的读入以及数据的提取工作；其次，题目中提到要用动态规划算法以及回溯法来求解D{0-1}KP，所以还需要再巩固一下之前所学过的动态规划算法、回溯算法和贪心算法以及0-1背包问题的求解过程；最后，根据需要完成的基本功能来看，还需要去学习一下java的相关知识。 - 功能设计：
- 可正确读入实验数据文件的有效{0-1}KP数据；
- 能够绘制任意一组{0-1}KP数据以价值重量为横轴、价值为纵轴的数据散点图；
- 能够对一组{0-1}KP数据按重量比进行非递增排序；
- 户能够自主选择贪心算法、动态规划算法、回溯算法求解指定{0-1} KP数据的最优解和求解时间（以秒为单位）；
- 任意一组{0-1} KP数据的最优解、求解时间和解向量可保存为txt文件或导出EXCEL文件。
- 设计实现：
由于本次实验对我来说比较有难度，所以其中要求的基本功能完成的情况不是很好，散点图部分最初只是在单独的程序中画了出来，后来通过网上查阅资料又重新在完整的程序中完成了这项内容。- 提取数据：在浏览题目的时候，由于看到了有散点图的绘制，所以选择用java作为此次项目的开发语言，但是由于对java的学习还不够，导致整个项目的第一步提取数据就出现了问题，在数据的提取这一部分还不够完善。
- 散点图绘制：在这一部分的完成中，在网上进行大量搜索找到了一个读取数据的方法，虽然不是很完善，但还是可以实现要求的基本功能，然后进行散点图的绘制。
- 价值：重量比排序：在前两步基本完成之后，这一步就基本可以完成了，这一部分的完成中，我首先是将价值和重量放在了一个二维数据里面。
- 最优解和求解时间：这一部分内容我用了动态规划算法和回溯法求解背包问题的过程，用贪心算法求解的过程最终没能写出来。
- 保存为txt文件或导出EXCEL文件：这一部分内容是用了文件中的write函数来完成的。
- 需求分析：
- 测试运行：在这一部分中因为始终没有运行成功，所以我在下面放出了我每一部分的代码
1. 可正确读入实验数据文件的有效{0-1}KP数据；
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能够绘制任意一组{0-1}KP数据以价值重量为横轴、价值为纵轴的数据散点图；
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能够对一组{0-1}KP数据按重量比进行非递增排序；
-
户能够自主选择贪心算法、动态规划算法、回溯算法求解指定{0-1} KP数据的最优解和求解时间（以秒为单位）；
5.任意一组{0-1} KP数据的最优解、求解时间和解向量可保存为txt文件或导出EXCEL文件。
- 代码片段
点击查看代码
#能够对一组D{0-1}KP数据按项集第三项的价值:重量比进行非递增排序
//价值：重量比结果：
System.out.println("两个数组【价值】/【重量】的结果：");
for(int i=0;i<rate.length;i++) {
System.out.println(rate[i]);
}
quick(rate, value, weight, 0, rate.length-1); //快速排序
//价值：重量比进行非递增排序：
System.out.println("【价值】/【重量】进行非递增排序:");
for(int i=0;i<rate.length;i++) {
System.out.println(rate[i]);
}
System.out.println("使用数组输出快速排序之后的结果");
System.out.println(Arrays.toString(rate));
点击查看代码
#动态规划实现0-1背包问题的求解
for (int i=1; i <mvaluel.length;i++) {
for (int j=1; j < mvaluel[i].length; j++) {
//如果物品的重量小于当前背包的容量
if (weight4[i - 1] > j) {
mvaluel[i][j] = mvaluel[i - 1][j];
} else {//如果物品的重量大于当前背包的容量
//如果上一次最大价值<当前物品的价值+上一次重量-当前物品重量的价值总和。
if (mvaluel[i - 1][j] < value[i - 1] + mvaluel[i - 1][j - weight4[i - 1]]) {
mvaluel[i][j] = value4[i - 1] + mvaluel[i - 1][j - weight4[i - 1]];
wup[i][j] = 1;//将物品放入背包
} else {
mvaluel[i][j] = mvaluel[i - 1][j];
}
}
}
}
}
}
- 总结
软件设计的“模块化”原则就是用特定的程序段做特定的事，不是将一个项目一股脑的从头写到尾，而是尽量将其划分为多个可分解的模块，使每个模块都可以用函数来实现，自己编写相应的函数来实现这一功能，完成每个模块对应的函数之后就可以直接在main函数中调用其他自定义的函数来解决问题。但在本次实验中，由于没有按照要求完成老师布置的任务，所以在整个实验的过程中并没有实现使用“模块化”的原则来完成本次任务，而是直接将各个任务划分开来，单独的写成了一个程序。 - 展示PSP如下
| PSP | 任务计划 | 计划完成所需时间 | 实际完成所需时间 |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 60 | 80 |
| Estimate | 估计这个任务所需要的时间，并大致规划时间步骤 | 60 | 80 |
| Development | 开发 | 1560 | 1675 |
| Analysis | 需求分析 | 300 | 240 |
| Design Spec | 生成设计文档 | 180 | 160 |
| Design Review | 设计复审 | 60 | 80 |
| Coding Standard | 代码规范 | 30 | 40 |
| Design | 具体设计 | 180 | 200 |
| Coding | 具体编码 | 500 | 630 |
| Code Review | 代码复审 | 60 | 65 |
| Test | 测试（自我测试，修改代码，提交代码） | 50 | 60 |
| Reporting | 报告 | 120 | 100 |
| Test Report | 测试报告 | 30 | 40 |
| Size Measurement | 计算工作量 | 20 | 25 |
| Postmortem & Process Improvement Plan | 总结，并提出改进计划 | 30 | 35 |
- 实验总结
相比于前一次的实验，这次实验的难度要有很大的难度，也是我自身的原因，在看到这样一个项目之后第一感觉就是无从下手，不只是因为这个项目本身就是一个比较大的工程。虽然现在已经是三年级的计算机专业学生了，但知道我的专业知识能力与我的实际学习时间并不匹配，但是对于落下的东西也不能就此放弃，所以在本次实验中完成了相关要求，但还是学到了一点相关的知识，同时对于之前了解比较浅薄的一点java知识也进行了复习。这只是一个开始，我已经意识到过去的学习存在着很多并且很大的问题，所以在接下来的学习中，需要花费一些时间去加深对相关专业知识的理解与学习，争取在之后类似这样的作业中能有一个比较满意的实验结果。
