结对项目-数独程序扩展

项目地址

https://github.com/si1entic/Sudoku-2.git

需求分析

命令行
合法参数有六种： -c 、 -s 、 -n -m 、 -n -r 、 -n -u 、 -n -r -u (支持多参数的顺序任意)
-c 1~1000000 -n 1~10000 -m 1~3 -r 20~55
GUI程序
难度选择、计时、提示、最佳记录

开发过程

看教科书和其它资料中关于Information Hiding, Interface Design, Loose Coupling的章节，说明你们在结对编程中是如何利用这些方法对接口进行设计的。（5'）
在OO课程中，我们学习面向对象程序的需求分析和设计原则时，提到过5个经典的设计原则检查(SOLID)。其中的SRP(Single Responsibility Principle)要求每个模块都只有一个明确的职责。因为模块职责多，就意味着逻辑难以封闭，容易受到外部因素变化而变化，导致该模块不稳定。在本项目中，我们把涉及到计算数据的生成和求解数独功能提出来，形成一个独立的模块。其他的控制输入、数据可视化等功能也形成各自的模块，再通过接口把它们联系起来，这样各模块间就做到了松耦合（即修改一个模块时不需要更改其他的模块），同时也实现了不同模块间的信息隐藏（即每个模块只访问自己感兴趣的数据来实现自己负责的功能）。
例如本项目中的Core模块，功能就是生成和求解数独，因此提供generate和solve两个接口函数供外部调用。当需求发生变化时（生成符合要求的数独），我们遵从OCP原则，不修改已有实现(close)，而是通过扩展来增加新功能(open)。所以我们重载了generate函数，通过接收不同参数，来满足不同的需求。
计算模块接口的设计与实现过程。设计包括代码如何组织，比如会有几个类，几个函数，他们之间关系如何，关键函数是否需要画出流程图？说明你的算法的关键（不必列出源代码），以及独到之处。（7'）
Core模块主要可分为三部分，一是随机生成终盘，二是按要求挖空，三是求解数独题目。因此主要分为三个类，其中FinalMaker类的make函数采用每行随机填数的方法生成一个终盘（为了可玩性牺牲了绝对不重复性，虽然理论上可能生成等效数独但概率极低），PuzzleSovlver类的求解函数采用效率极高的DLX算法，而Core类通过调用这两类的函数来实现随机生成终盘、求解数独、保证唯一解挖空功能。最后一个功能应该是最难实现的，这里我们采取的办法是：先生成终盘，再随机挖空，然后求解看有没有多解，有则重新挖。流程图如下：

此外，影响数独难度的因素较多，评定起来也比较复杂，比赛一般采取人工求解评定难度，而软件中普遍认可的是SE值(求解该数独用到最难解法难度)。但这对于我们的程序来说显然有些难了，所以采用比较简单的以挖空数来划分：Easy 20~30空 Normal 31~45空 Hard 46~55空。
画出UML图显示计算模块部分各个实体之间的关系(画一个图即可)。（2’）
计算模块接口部分的性能改进。记录在改进计算模块性能上所花费的时间，描述你改进的思路，并展示一张性能分析图（由VS 2015/2017的性能分析工具自动生成），并展示你程序中消耗最大的函数。（3'）
主要分析最复杂的生成唯一解数独的功能。生成数量少时还好，个数大于1000就明显慢到无法接受的地步。分析发现findSolutions()函数耗时极长，于是针对它做了修改，在发现有第二个解时就抛出一个int，在最外面通过try catch来接收这个抛出，从而跳出了多重的递归，大大减少了判断是否有唯一解的时间。下面是在-n 10000 -r 40~50 -u参数下的性能分析图：

消耗最大的函数时Input类的handle函数，负责调用其他函数实现功能。而各功能函数中，耗时较多的是生成随机数独的make()和检查唯一解的checkUnique()。但需要说明的是，当挖空数在50以上时，程序耗时会大大加长，原因在于挖较多空时需要大量地调用checkUnique函数，导致消耗激增，暂时没有更好的解决方法。
看Design by Contract, Code Contract的内容：
http://en.wikipedia.org/wiki/Design_by_contract
http://msdn.microsoft.com/en-us/devlabs/dd491992.aspx
描述这些做法的优缺点, 说明你是如何把它们融入结对作业中的。（5'）
契约式设计(OO老师非常推崇的模式，让我们写了不少)
设计人员为软件组件定义了形式化、精确和可验证的接口规范。使用者和被调用者地位平等，双方必须彼此履行义务，才可以行驶权利。
这样做的优点是提倡程序员对程序设计进行规范化操作，有了语言级别的前置后置条件和不变式的明确定义，程序的结构变得更加便于阅读和交流；各部件职责独立且仅为自己的功能负责，产生错误时定位较容易；保证了调用与被调用双方代码的质量，提高了软件工程的效率和质量。
缺点是对于程序语言有一定的要求，需要断言机制。
我们在Core模块接口的设计中运用了DbC，规定了generate()、solve()传入参数的前置条件(例如0<mode<4)，后置条件(result为合法的数独)，不变式(None)。

计算模块部分单元测试展示。展示出项目部分单元测试代码，并说明测试的函数，构造测试数据的思路。并将单元测试得到的测试覆盖率截图，发表在博客中。要求总体覆盖率到90%以上，否则单元测试部分视作无效。（6'）
Core单元的功能为生成和求解数独，对于生成的测试主要分三个方面：一是生成的题目是否合法（比如某行是否会出现两个"1"之类的），二是挖空数是否在规定范围之内。可通过下面的函数检测：

bool checkValid(int final[9][9], int row, int col, int& blanks)
{
	int value = final[row][col];
	if (value == 0)
	{
		blanks++;
		return true;
	}
	for (int i = row / 3 * 3; i < row / 3 * 3 + 3; i++) // 检测该块是否已有该数字
		for (int j = col / 3 * 3; j < col / 3 * 3 + 3; j++)
			if (final[i][j] == value)
				if (!(i == row&&j == col))
					return false;
	for (int i = 0; i < 9; i++) // 检测该行该列是否已有该数字
		if ((i != col&&final[row][i] == value) || (final[i][col] == value&&i != row))
			return false;
	return true;
}

三是判断是否有唯一解，这里直接调用PuzzleSolve::checkUnique()进行检查。
测试代码：
```
[TestMethod]
void TestGenerate1()
{
srand((unsigned)time(NULL));
Core c;
const int number = 100;
for (int mode = 1; mode <= 3; mode++) // 遍历三个难度
{
int result[number][81];
c.generate(number, mode, result);
int game[9][9];
int blanks;
for (int i = 0; i < number; i++) // 遍历生成的题目
{
memcpy(game, result[i], sizeof(game));
blanks = 0;
for (int j = 0; j < 81; j++)
Assert::IsTrue(checkValid(game, j / 9, j % 9, blanks), L"合法性出错");
switch (mode)
{
case 1:
Assert::IsTrue(blanks >= 20 && blanks <= 30, L"难度1挖空范围出错");
break;
case 2:
Assert::IsTrue(blanks >= 31 && blanks <= 45, L"难度2挖空范围出错");
break;
case 3:
Assert::IsTrue(blanks >= 46 && blanks <= 55, L"难度3挖空范围出错");
break;
default:
break;
}
}
}
};

[TestMethod]
void TestGenerate2()
{
	Core c;
	const int number = 100, lower = 20, upper = 30;
	int result[number][81];
	c.generate(number, lower, upper, false, result);
	int game[9][9];
	int blanks;
	for (int i = 0; i < number; i++)    // 遍历生成的题目
	{
		memcpy(game, result[i], sizeof(game));
		blanks = 0;
		for (int j = 0; j < 81; j++)
			Assert::IsTrue(checkValid(game, j / 9, j % 9, blanks), L"合法性出错");
		Assert::IsTrue(blanks >= lower && blanks <= upper, L"挖空范围出错");
	}
};

[TestMethod]
void TestGenerate3()
{
	Core c;
	PuzzleSovlver ps;
	const int number = 100, lower = 40, upper = 55;
	int result[number][81];
	c.generate(number, lower, upper, true, result);
	int game[9][9];
	int blanks;
	for (int i = 0; i < number; i++)    // 遍历生成的题目
	{
		memcpy(game, result[i], sizeof(game));
		blanks = 0;
		for (int j = 0; j < 81; j++)
			Assert::IsTrue(checkValid(game, j / 9, j % 9, blanks), L"合法性出错");
		Assert::IsTrue(blanks >= lower && blanks <= upper, L"挖空范围出错");
		Assert::IsTrue(ps.checkUnique(game), L"唯一性出错");
	}
};

[TestMethod]
void TestSolve()
{
	Core c;
	int puzzle[1][81];
	int final[9][9];
	int blanks = 0;

	c.generate(1, 1, puzzle);
	Assert::IsTrue(c.solve(puzzle[0], puzzle[0]), L"求解失败");
	memcpy(final, puzzle, sizeof(final));
	for (int j = 0; j < 81; j++)
		Assert::IsTrue(checkValid(final, j / 9, j % 9, blanks), L"合法性出错");

	c.generate(1, 2, puzzle);
	Assert::IsTrue(c.solve(puzzle[0], puzzle[0]), L"求解失败");
	memcpy(final, puzzle, sizeof(final));
	for (int j = 0; j < 81; j++)
		Assert::IsTrue(checkValid(final, j / 9, j % 9, blanks), L"合法性出错");

	c.generate(1, 3, puzzle);
	Assert::IsTrue(c.solve(puzzle[0], puzzle[0]), L"求解失败");
	memcpy(final, puzzle, sizeof(final));
	for (int j = 0; j < 81; j++)
		Assert::IsTrue(checkValid(final, j / 9, j % 9, blanks), L"合法性出错");

	c.generate(1, 20, 55, false, puzzle);
	Assert::IsTrue(c.solve(puzzle[0], puzzle[0]), L"求解失败");
	memcpy(final, puzzle, sizeof(final));
	for (int j = 0; j < 81; j++)
		Assert::IsTrue(checkValid(final, j / 9, j % 9, blanks), L"合法性出错");

	c.generate(1, 50, 55, true, puzzle);
	Assert::IsTrue(c.solve(puzzle[0], puzzle[0]), L"求解失败");
	memcpy(final, puzzle, sizeof(final));
	for (int j = 0; j < 81; j++)
		Assert::IsTrue(checkValid(final, j / 9, j % 9, blanks), L"合法性出错");

	puzzle[0][0] = puzzle[0][1] = 1;
    Assert::IsFalse(c.solve(puzzle[0], puzzle[0]), L"解出非法数独");
};
```

单元测试覆盖率：

计算模块部分异常处理说明。在博客中详细介绍每种异常的设计目标。每种异常都要选择一个单元测试样例发布在博客中，并指明错误对应的场景。（5'）
针对generate和solve接口的参数，异常可分为以下四类。

NumberException：-n/-c参数的number范围出错

[TestMethod]
void TestNumberException()
{
    Core c;
    int result[1][81];
    try
    {
        c.generate(-1, 1, result);  // 	number传入-1        
        Assert::Fail(L"number范围出错");
    }
    catch (NumberException& e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
    try
    {
        c.generate(INT_MAX, 20, 30, true, result); // 	number传入最大int值
        Assert::Fail(L"number范围出错");
    }
    catch (NumberException& e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
};

ModeException ：-m参数的mode范围出错

[TestMethod]
void TestModeException()
{
    Core c;
    int result[1][81];
    try
    {
        c.generate(1, 0, result); // 	mode传入0
        Assert::Fail(L"mode范围出错");
    }
    catch (ModeException& e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
    try
    {
        c.generate(1, 4, result); // 	mode传入4
        Assert::Fail(L"mode范围出错");
    }
    catch (ModeException& e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
};

RangeException ：-r参数的range范围出错

[TestMethod]
void TestRangeException()
{
    Core c;
    int result[1][81];
    try
    {
        c.generate(1, -1, 20, false, result); // 	lower传入-1
        Assert::Fail(L"range范围出错");
    }
    catch (RangeException& e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
    try
    {
        c.generate(1, 50, 40, false, result); // 传入的lower比upper大
        Assert::Fail(L"range范围出错");
    }
    catch (RangeException& e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
    try
    {
        c.generate(1, 20, 56, false, result); // upper传入56
        Assert::Fail(L"range范围出错");
    }
    catch (RangeException& e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
};

ValidException ：传入非法数独报错

[TestMethod]
void TestValidException()
{
    Core c;
    int result[1][81];
    c.generate(1, 3, result);
    result[0][0] = result[0][1] = 1;
    try
    {
        c.solve(result[0], result[0]); // 传入非法数独
        Assert::Fail(L"解出非法数独");
    }
    catch (ValidException& e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    };
};

界面模块的详细设计过程。在博客中详细介绍界面模块是如何设计的，并写一些必要的代码说明解释实现过程。(5')

Sudoku.cpp/h 界面部分
界面分为菜单栏、主界面，最佳纪录界面和说明界面四部分。
菜单栏中有New和Help两个界面，New中提供选择难度以及最佳纪录查看功能，Help对应于说明界面。通过QAction实现动作的，并用connect进行绑定
例：

Sudoku.cpp

private:
QAction *easyOpenAction;
QMenu *menuNew;
void easyOpen();
…………

menuNew = menuBar()->addMenu(tr("&New"));
menuNew->addAction(easyOpenAction);
easyOpenAction = new QAction(tr("Easy"), this);
connect(easyOpenAction, &QAction::triggered, this, &QtGuiApplication2::easyOpen);

主界面划分为上下两个部分。上部分是一些当前状态及重置按钮的显示，下部分为游戏主界面，其中又分九个小格，通过对Margin参数的设置，实现小九宫格之间的空隙。

QGridLayout *mainLayout;    // 主界面
QGridLayout *topLayout;    // 上部分
QGridLayout *midLayout;    // 游戏部分
QGridLayout *midLayoutIn[3][3];    // 小九宫格
…………

for (int i = 0; i < 3; i++)     // 将小九宫格加入游戏部分
{
	for (int j = 0; j < 3; j++) 
	{
		midLayoutIn[i][j] = new QGridLayout();
		midLayoutIn[i][j]->setMargin(2);        // 空隙
		midLayout->addLayout(midLayoutIn[i][j], i, j, 0);
	}
}
for (int i = 0; i < 81; i++)     // 向小九宫格中加入小格子
{
	midLayoutIn[i / 9 / 3][i % 9 / 3]->addWidget(sudo[i], i / 9, i % 9, 0);
	connect(sudo[i], SIGNAL(tip_clicked()), this, SLOT(tipClick()));
	connect(sudo[i], SIGNAL(textChanged(const QString& )), this, SLOT(sudoTableEdit()));    
	// 如果检测到参数改变，则调用相应方法，方法中会对填入的数进行一个简单判断，并检查该数独是否完全正确
}

最佳纪录界面中为最佳纪录的展示以及重置功能，实现基本同上，使用 recordLayout->show();弹出新窗口
说明界面中则用一个标签对程序进行简单介绍

MineEditLine.cpp/h 重写的单行输入框控件
对于提示功能，由于需要具体确定格子位置，最终选择了在格子上右键，会弹出一个菜单栏，其中有tip选项，点击tip获得该格子的提示的方式。为此，我通过MineEdlitLine继承了QEditLine类，重写了其中的contextMenuEvent方法，并在选中tip时放出一个tip_click()的信号，主窗口通过接收到这个信号，来执行相关操作。

MineEditLine.cpp

void MineLineEdit::contextMenuEvent(QContextMenuEvent *event)
{
//清除原有菜单
pop_menu->clear();
if (this->isReadOnly()) {    // 如果不可填，就不弹出菜单
	return;
}
pop_menu->addAction(tipAction);
pop_menu->exec(QCursor::pos());
event->accept();
}

…………
connect(tipAction, &QAction::triggered, this, &MineLineEdit::tip);

…………
emit tip_clicked();

ps: 由于是文本框模式，需要限制输入，具体实现大致如下
QRegExp rx("[1-9]");
sudo[i]->setMaxLength(1);
sudo[i]->setValidator(new QRegExpValidator(rx, sudo[i]));

界面模块与计算模块的对接。详细地描述UI模块的设计与两个模块的对接，并在博客中截图实现的功能。(4')
由于对Core模块接口作了明确的规定，所以在双方都遵守这一契约进行编码的情况下，对接起来没有什么难度，花时间最多的反而是在VS上安装Qt以及一些配置问题。
- 计算模块实例
```
Sudoku.cpp
private:    // Core中对应的模块
    Core sudoku;
```
- UI模块设计与对接
  UI中在数独生成、提示生成的部分使用到了计算模块。
- 数独生成
  点击start/restart按钮后，通过 sudoku.generate(1, model, result); 调用计算模块中的数独生成，再通过一一将数以对应方式呈现到界面上，实现初始游戏界面的生成。
- 提示生成
  在检查到tip_click()信号后，调用相关方法，通过数独求解方法生成tip，并以蓝色显示在对应位置上。如果当前数独不合法或不可解，则弹出对应提示。
```
void Sudoku::tipClick() 
{
	MineLineEdit *mle = qobject_cast<MineLineEdit*>(sender());
	int i = mle->accessibleName().toInt();
	int solution[81];
	bool f = false;
	try {
		f = sudoku.solve(result[0], solution);
	}
	catch (const std::exception&) {
		QMessageBox::information(this, tr("tip"), tr("Already Wrong"));
		return;
	}
	if (f) 
	{
		mle->setText(QString::number(solution[i]));
		result[0][i] = solution[i];
		sudoTable[i / 9][i % 9] = solution[i];
		mle->setStyleSheet("color: blue;");
	}
	else 
		QMessageBox::information(this, tr("tip"), tr("Already Wrong"));
}
```
功能截图见下面附加题部分。
描述结对的过程，提供非摆拍的两人在讨论的结对照片。（1'）
由于行动得比较慢，当时剩的人已经不多了，于是选了和我同班的女生 😃
考虑到上次个人项目我的算法稍快一些，于是决定我做Core她写GUI。
当然这只是大致分工，很多细节还是一起讨论商量出来的共同成果。
看教科书和其它参考书，网站中关于结对编程的章节，例如：
http://www.cnblogs.com/xinz/archive/2011/08/07/2130332.html
说明结对编程的优点和缺点。结对的每一个人的优点和缺点在哪里 (要列出至少三个优点和一个缺点)。(5')
结对编程
优点：交流更加方便，能更加高效地解决开发问题；可以互相学习，快速提升编程水平(尤其是水平较低一方的)；互相监督能提高工作效率，还可以提高代码质量，减少一些过失性bug。
缺点：有些情况下成员各持己见，加大内耗；老手对于新手可能耐心不够，产生团队矛盾，影响工作气氛。
她
优点：代码注释多，擅长交流，有耐心
缺点：有点拖延症233

PSP表格（0.5'+0.5'）

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	10	5
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	10	5
Development	开发	1360	1780
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	120	180
· Design Spec	· 生成设计文档	30	10
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	10	5
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	10	5
· Design	· 具体设计	60	120
· Coding	· 具体编码	600	800
· Code Review	· 代码复审	30	60
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	500	600
Reporting	报告	70	100
· Test Report	· 测试报告	30	60
· Size Measurement	· 计算工作量	10	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	30	30
Total	总计	1430	1885

附加题

模块的松耦合测试
合作小组：15061132 15061151
遇到的问题
- 他们的Core模块+我们的GUI模块：
  在向solve传入非法数独后，我们的模块希望catch到一个我们定义的异常类型，而他们的模块里显然没有，故编译错误。
  改进办法：由于我们的自定义异常继承自标准库的exception类，故可以改为 catch (const std::exception&)。
- 他们的Core模块+我们的Test模块：
  这部分处理比较麻烦，因为当时为了方便，我们的测试模块里调用了Core模块的非接口函数来进行检测生成的数独是否有唯一解，但他们的模块里显然没有开这个接口。
  改进办法：在测试模块里重新实现检测函数。
  其次，由于我们对于mode的划分不同，因此我们对-m参数的测试不能应用在他们的Core上。
  最后我们有两个测试对方无法通过：一个是generate(100,40,55,true,result)程序抛出异常，另一个是向solve传入错误的数独时没有抛出异常。经确认，第一点的确是对方的代码出了bug，第二点是由于他们对于传入错误数独的处理方式是返回false而不抛异常。
- 我们的Core模块+他们的模块
  根据对方反馈，他们的GUI和TEST都能正常对接我们的Core模块，所以没有发现问题。具体内容请移步他们的博客查看。😃
软件发布
加入了使用说明，并添加了应用图标，软件截图如下：

根据用户反馈，做出了以下改进：
1.玩家A觉得游戏界面太丑。因此我们对界面的设计、配色等进行了一些修改，比初版好了不少。
2.玩家B希望在某格填入不符规则的数字时给予提醒。故我们将不合法数字设为红色，并将提示的数字设为蓝色。
3.玩家C认为提示应该有次数限制。但我们考虑到某些玩家可能在有限的提示里解不出题目，所以仍不做限制。
4.玩家D的评价是界面还是太丑。我们非常感谢这条建议 ~~然后选择了无视~~，并表示等招募到美工再给大爷您做美化吼不吼啊。(面带微笑)

posted @ 2017-10-14 16:58 silentic 阅读(303) 评论(1) 编辑收藏举报

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silentic

岂能尽如人意但求无愧我心

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