OO——第三次总结

面向对象第三单元博客

本单元的主要内容为根据JML规格实现相应的接口。因为项目的大致框架都已经给出了现成的，不需要自己再去构思算法，所以上手较为简单。但需要着重考虑细节的优化，因此过弱中测较容易，而过强测较难。

一、实现规格采取的设计策略

1.从整体出发，大致把握各类所实现的功能和类与类之间的联系

• 本次作业要求建立一个模拟社交网络，主要的对象是人（Person）和信息（Message），围绕两个对象有Group和Network两个维护关系的类。其中Network类最为重要，负责了绝大多数方法操作。

2.细读各个方法的规格，了解其作用

• 本次作业主要有对象的增加、删除、查询操作，对对象集合进行维护并在适当时机跳转到异常类。
• 对规格所描述的要求进行提炼，了解它要求的“本质”。

3.思考选择合适的容器和实现方法

• 根据操作的频率选择储存的容器。
• 对一些算法做封装。

小技巧：

1. 大多数情况下根据方法的名字就可以猜出方法的内容。如addPerson方法，顾名思义就是进行一个简单的add操作，但JML规格却用了一大段的描述。掌握这个技巧可以有效提高阅读JML规格的效率。

2. JML规格在描述时通常将normal_behavior放在最开头，这样require语句就会很长，而我们在实现时可以先实现exceptional_behavior，最后用else来概括所有的normal情况，这样可以减少错误概率。

二、基于JML规格来设计测试的方法和策略

• 正确性测试

主要用来判断程序的基本功能有没有实现，正确性测试相当重要，我的强测因为正确性扣了不少分。而正确性主要可以通过测试复杂方法（isCirle等）、异常类来进行。
以下是进行正确性测试的一些方法。

1. 对拍
   比较基本的测试手段，通过生成随机数据与别人的程序对比结果来验证程序的正确性。但数据具有随机性，不能完全保证程序的正确。

2. JUnit
   JUnit是一个Java语言的单元测试框架。使用时需要对程序的内部实现有所了解，手动构造样例并判断程序运行的结果与预期是否一致。缺点是需要手动构造样例，数据量较小。

3. OpenJML
   OpenJML能够对JML规格的完整性进行检查。

• 性能测试

本次作业性能相当重要，弱中测对性能几乎没有要求，而强测对性能要求极高。因为经过研讨课后我直接采用了性能较好的方法，所以没有自己进行性能测试的过程。但我想大概可以用随机生成大量数据来检验程序运行的时间，具体可以用python实现。

三、容器选择和使用的经验

1. 容器选择经验

• 数据类型的选择
  本单元作业数据的大小并不苛刻，也不涉及超大数的运算，使用普通的int类型即可

• 数据集合类型的选择
  本单元作业中NetWork类里需要存储Person数据的集合、Group数据的集合、Message数据的集合，需要频繁地进行插入、删除、查询操作，且每个数据都有各自独一无二的id，因此使用<Integer,xxxx>的HashMap来存储数据集合。
  private HashMap<Integer, Person> people = new HashMap<>();
private HashMap<Integer, Group> groups = new HashMap<>();
private HashMap<Integer, Message> messages = new HashMap<>();
private HashMap<Integer, Integer> father = new HashMap<>();
private HashMap<Integer, Integer> rank = new HashMap<>();
private HashMap<Integer, Integer> emojilist = new HashMap<>();
  Person类中的messages集合是有序的，因此用arraylist存储比较方便。
  private ArrayList<Message> messages = new ArrayList<>();
  Person类中acquaintance和value具有一一对应的特性，因此并不完全按照JML规格去定义两个Hashset，而是用一个<Person,Integer>的HashMap来存储。
  private HashMap<Person, Integer> acquaintance = new HashMap<>();

2. 容器使用的经验

• HashMap的containValue方法复杂度为O（n），和arraylist没有区别，尽量不用。
• 注意HashMap中按条件遍历删除不能用for循环，建议使用removeIf方法。

四、性能问题

本次作业的性能问题主要有以下三种情况：

1. 容器选择不当
   我在第一次作业便犯了这个错误（不过因为有其他错误导致强测结果全是wa），使用了复杂度较高的arraylist。如果采用HashMap的话可以将插入、删除、查询操作均降到O（1）复杂度。
2. 中间变量的维护
   作业中有查询年龄平均数和方差的操作，如果严格按照JML规格来需要每次都遍历所有的数据。不如在add、del操作中就顺带维护一个总年龄变量，可以将复杂度降低。单元结束才意识到这个问题orz
3. 算法的选择
   本单元主要需要考虑算法的方法是isCircle和sendIndirectMessage
   isCircle在第一次作业中使用了朴素的DFS算法，第二次开始改为并查集算法。
   sendIndirectMessage选择较多，我使用了dijkstra算法，由于时间原因没有使用堆优化。

五、作业架构设计

• 整体架构
  基本按照JML规格完成，中间少数细节为了性能进行了改进。

• 异常类架构
  用静态变量x存储被访问的总次数，静态变量HashMap记录id与id触发异常的次数。在异常类内进行x和hashmap的计算。基本所有异常类都是同一个架构。
  

• 图模型构建和维护策略

1. isCircle方法中采用了并查集的算法，因此使用了树状结构，每个节点记录其父节点，按照并查集的一般算法进行维护（合并、查找）
2. sendIndirectMessage方法采用了dijkstra算法，因此用邻接表存储点之间的关系。领接表的建立在Person类中由acquaintance-value的hashmap实现，查询由queryValue方法实现。