BUAA-OO2022-UNIT3总结

1. JML基础总结

  1. 变量规格

    静态规格变量：//@public static model non_null int []elements

    实例规格变量： //@public instance model non_null int []elements

  2. 方法规格

    • normal_behavior

      • 前置条件（requires）：行为执行的前提条件，不满足则不做动作
      • 后置条件（ensures）：行为执行的结果。用\result表示结果。
      • 副作用（assignable）：行为执行期间对对象状态的改变。（可以改变哪些对象的状态）

    • exceptional_behavior

      • 前置条件（requires）：通常与正常行为的前置条件互补
      • 后置条件（ensures）：通常没有（也许只是我还没见到过吧，捂脸/.jpg）
      • signals子句：最常用，通过signals子句来抛出异常。

  3. 一些常用“变量”与表示：

    含义 JML
    全称量词 \forall
    存在量词 \exists
    充分 ==>
    必要 <==
    充要 <==>

    除此之外，JML还有很多方便的符号：

    含义 JML
    对给定范围内满足条件的表达式和 \sum
    对给定范围内满足条件的表达式的积 \product
    对给定范围内表达式求最大（最小） \max(\min)
    求给定范围内满足条件的个数 \num_of

    ……

2. 测试数据

对于JML测试而言，首要任务就是仔细阅读规格，在源头上避免方法实现错误。

通常的测试可以采用Junit，其测试方法类似于上学期计组的testbranch，进行assert操作，可以初步验证方法的正确性。

本次没有自己写整体的评测机，主要是手造数据，在针对某些特定指令时利用利用程序随机生成输入。

当考虑测试数据时，主要从以下方面考虑：

  1. normal_behavior和exception_behavior都要覆盖
  2. 随机生成满足前置条件的数据，用函数测试
  3. 手动构造容易超时的数据，如针对图最短路径查找的操作。

3. 架构设计

这三次作业架构都差不多，建立一个社交网络，其中有Message，Person，Group三种“成员”，在Network类中实现相互之间的交互和各种查询。

4. 图模型构建和维护

本次新建了一个Block类进行最小生成树、图、并查集的维护与简化。

Block中保存一个连通块信息：

  1. Hashset——linkedPeople：连通块中所有人
  2. valueSum：最小生成树的value总和
  3. mst：最小生成树的邻接表，同时保存value。

左右在这个连通块内的人都有一个属性指向相同的Block

简化的并查集

第9次作业时助教介绍了并查集，可以对相互认识的人之间进行低复杂度的处理。由于在实际查询时，有不涉及并查集具体树结构的查询操作，可以直接判断两者是否指向同一个联通块即可——linkedBlock属性是否指向同一个Block。

连通块的合并：判断两个结点A、B是否处于同一个连通块，只需要判断A的Map中是否含有B。增加关系事实上等价于连通块的合并，可以先判断两个结点是否位于同一个连通块中（即调用isCircle方法），如果不在的话，就修改数目较少的连通块中结点的引用。

最小生成树维护与简化查询

  1. 最小生成树维护

    在每次建立联系时考虑连通块更新。

    • ！isCircle——不在同一个连通块

      这种情况可以考虑联通块的合并，然后直接将原来的两个最小生成树加上一条新边

    • isCircle——原来就在一个连通块

      这种情况不需要连通块合并，但是需要更新最小生成树。添加了这条边后原来的最小生成树一定会多一条回路，因此直接在原来的最小生成树中dfs遍历建立联系两个结点之间的路径（一定是唯一的），然后寻找这条回路中权值最大的边，从而进行最小生成树的简单更新。

  2. 简化计数。

    在每一次更新最小生成树时会保留各种信息，之后直接取出即可。

图的维护与最短路径

在Block中记录了连通块中的所有Person，而在每个Person中保存了与其直接相连的结点以及对应边的权重。因此通过遍历Block中所有Person可以对图进行遍历。

由于最短路径取决于其实Person，因此在每个Person中维护一个保存最短路径的邻接表dst，每次查询最短路径时先查dst是否已经计算好，若没有则重新计算并把结果保存在dst中；当该Person所在连通块中发生更新是需要清空dst，下一次查询时重新计算最短路径。

这样可以减少一部分每次查询都重新计算最短路径的时间花销。

5. 性能问题和修复

部分性能优化已在“图模型构建和维护”中提到，其余的部分：

  1. 第一次作业很匆忙，queryGroupAgeVar的时候采用的是遍历方法，结果互测时超时严重。之后改成在group里建立维护一个ageSum（年龄和）和ageSumSquare（年龄平方和），之后在查询时就不用再遍历。
  2. 最开始算最短路径时是有的是直接遍历，怀疑会超时，之后进行了优化，改成了小顶堆优化的Dijkstra，时间复杂度为O(|E|log|V|)。

6. Network扩展

  • Advertiser：持续向外发送产品广告
  • Producer：产品生产商，通过Advertiser来销售产品
  • Customer：消费者，会关注广告并选择和自己偏好匹配的产品来购买 -- 所谓购买，就是直接通过Advertiser给相应Producer发一个购买消息
  • Person：吃瓜群众，不发广告，不买东西，不卖东西
  • Network：支持市场营销，并能查询某种商品的销售额和销售路径等

基本架构

  1. 建立一个Message类用来表示相互之间传递的消息，用type属性来表示消息类别——广告或购买。

  2. Advertiser、Producer、Customer都继承Person，作为其子类

    • Advertiser：与Producer建立关联，记录其发送的广告对应的产品
    • Producer：与Advertiser建立关联，记录发送其广告的对应广告者
    • Customer：与Advertiser建立关联，记录关注的广告者

  3. Network中维护一系列当前的Advertiser、Producer、Customer、Message的数据结构

  4. 其余部分于本单元的社交网络可以以相似的模式构建，比如如下的基本操作：

    	public /*@ pure @*/ boolean containsAdvertiser(int id);

    public /*@ pure @*/ boolean containsProducer(int id);

    public /*@ pure @*/ boolean containsCustomer(int id);

    public /*@ pure @*/ boolean containsMessage(int id);

    public /*@ pure @*/ Person getPerson(int id);

    public void addPerson(/*@ non_null @*/Person person, int type)
            throws EqualPersonIdException; //type表示是哪一种人

    //添加消费者关注的广告商
    public void addAttention(int id1, int id2, int value) throws
            PersonIdNotFoundException, EqualRelationException;

    //添加广告商要投放广告的生产商
    public void addCorporation(int id1, int id2, int value) throws
            PersonIdNotFoundException, EqualRelationException;
	
	//查询id制造商制造的商品的销售额
	public /*@ pure @*/ int queryPrice(int id) throws ProducerIdNotFoundException;

	//查询id商品的销售路径（代理广告商）
	public /*@ pure @*/ Advertiser queryAgent(int id) throws ProducerIdNotFoundException;

核心功能及接口方法

  1. 添加广告

    把message加入到消息队列中

     /*@ public normal_behavior
      @ requires !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length; messages[i].equals(message)) &&
      @ message.getType() == 2 && (message.getPerson1() instanceof Advertiser);
      @ assignable messages;
      @ ensures messages.length == \old(messages.length) + 1;
      @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < \old(messages.length);
      @          (\exists int j; 0 <= j && j < messages.length; messages[j].equals(\old(messages[i]))));
      @ ensures (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length; messages[i].equals(message));
      @ also
      @ public exceptional_behavior
      @ signals (EqualMessageIdException e) (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
      @                                     messages[i].equals(message));
      @ signals (noAdvertiserException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
      @                                     messages[i].equals(message)) && !(messages[i].getPerson1() 			  @										instanceof Advertiser);
      @*/
public void addAdvertisement(Message message) throws EqualMessageIdException, noAdvertiserException;

  2. 发送广告

    把id是id的Message发送到对应的人

    /*@ public normal_behavior
      @ requires containsMessage(id) && getMessage(id).getType() == 2 &&
      @          getMessage(id).getPerson1() instancedof Advertiser;
      @ assignable messages;
      @ ensures !containsMessage(id) && messages.length == \old(messages.length) - 1 &&
      @         (\forall int i; 0 <= i && i < \old(messages.length) && \old(messages[i].getId()) != id;
      @         (\exists int j; 0 <= j && j < messages.length; messages[j].equals(\old(messages[i]))));
      @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < \old(getMessage(id).getPerson1().acquaintance[i]);
      @          \old(getMessage(id).getPerson1().acquaintance[i].getMessages().get(i+1) == \old(getMessage(id).getPerson1().acquaintance[i].getMessages().get(i)));
      @ ensures \old(getMessage(id).getPerson1().acquaintance[i].getMessages().get(0).equals(\old(getMessage(id)));
      @ ensures \old(getMessage(id)).getPerson1().acquaintance[i].getMessages().size() == \old(getMessage(id).getPerson1().acquaintance[i].getMessages().size()) + 1;
  	  @ also
      @ public exceptional_behavior
      @ signals (noAdvertisementException e) getMessage(id).getType() != 2;
      @ signals (MessageIdNotFoundException e) !containsMessage(id);
      @ signals (noAdvertiserException e) containsMessage(id) && getMessage(id).getType() == 2 &&
      @          !(getMessage(id).getPerson1() instanceof Advertiser);
      @*/   
public void sendAdvertisement(int id) throws MessageIdNotFoundException, noAdvertisementException, PersonIdNotFoundException, noAdvertiserException;

  3. 添加购买信息

    类似添加广告信息，把购买信息加入消息队列中

     /*@ public normal_behavior
      @ requires !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length; messages[i].equals(message)) &&
      @ message.getType() == 3 && (message.getPerson1() instanceof Advertiser) && (message.getPerson2() 		  @ instanceof Customer) && (message.getPerson3() instanceof Producer);
      @ assignable messages;
      @ ensures messages.length == \old(messages.length) + 1;
      @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < \old(messages.length);
      @          (\exists int j; 0 <= j && j < messages.length; messages[j].equals(\old(messages[i]))));
      @ ensures (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length; messages[i].equals(message));
      @ also
      @ public exceptional_behavior
      @ signals (EqualMessageIdException e) (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
      @                                     messages[i].equals(message));
      @ signals (noAdvertiserException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
      @                                     messages[i].equals(message)) && !(messages[i].getPerson1() 			  @										instanceof Advertiser);
      @ signals (noCustomerException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
      @                                     messages[i].equals(message)) && !(messages[i].getPerson1() 			  @										instanceof noCustomerException);
      @ signals (noProducerException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
      @                                     messages[i].equals(message)) && !(messages[i].getPerson() 			  @										instanceof noProducerException);
      @*/
public void addPurchaseMessage(Message message) throws EqualMessageIdException, noAdvertiserException, noCustomerException, noProducerException; //添加购买消息

  4. 发送购买信息

    类似发送广告信息。

7. 本单元学习体会

本单元从难度上比之前小了不少，主要是根据官方包提供的JML来进行功能的具体实现。相较于之前的单元，本单元不用自己涉及架构，基本架构已经由官方包和JML给出；同时，测试起来也比之前方便，可以根据JML进行针对性测试，也不像多线程输出不可控。

但是本单元还是有许多值得花功夫的点。

  1. JML本身的熟悉与在读JML的时候理解“标准化”的思想，其实以前我们写代码是常出错的不是“实现”过程，而是“设计”过程，漏掉了某个条件，或者可能性没考虑全。那么这次阅读JML的时候则可以体会到一些设计的模式，一些常用的思考问题的角度，有助于我们以后自己的设计。
  2. 图、树算法的复习，很久没有用数据结构了，这次作业中也是对这方面的一个复习。
  3. 规范化测试数据生成的经验。以前的测试要么是瞪眼法，偶尔写了评测机也是随机生成测试样例。而这一单元作业结合Junit尝试去针对性地构造测试数据，对某个函数进行单独测试，而非整个流程拉通测试，这样效率明显更高。

本单元结束后个人还有相对薄弱的点，就是写JML，虽然读别人写好的很轻松，但自己写的时候仍然会出现漏掉边界情况，或者对于一个功能不知道怎样合理地用JML的语言表达出来，之后有时间可以加强。

posted @ 2022-06-06 15:30  火花hhh  阅读(34)  评论(1)  编辑  收藏  举报