OO第三单元总结
一、架构设计
1.对于社交网络模型的理解
1.1 Person：
person是社交网络模型中最基本的元素，每一个person相当于图中的一个个结点，他们存储了各种相关的信息。person也是我们操作时的基本对象，他们之间的交互、关系的连接、互相发送消息的行为，都是我们用来构成社交网络的基本元素。
1.2 Group：
group相当于是一群person的集合，person可以被加入其中，也可以从中被删去。但Group并非简单的将一群person囊括其中，它可以为person提供新的功能。拿我们平常用的最多的微信举例：用户与用户之间只能够聊天、收发红包、点对点传输文件等，但是我们在微信群中可以发布群通知、发起群收款、共享群文件等，这是group给person带来的行为上的扩展。
对于社交网络来说，群是比person高一级的抽象存在，它由元素形成了集合，并赋予其中的元素更多的性质。另外一点值得注意的是，person可以归属于不同的group，就像我们可以同时存在于OO和OS课程群一样，二者是互不影响的。它很类似于一种性质的概括，person可以有很多不同的性质，比如一个计算机系的同学，既需要上OO课，也需要上OS课，所以他就需要同时加入这两个课程群。
1.3 Network：
Network就是一张图，类似于一个平台，在其中可以存在数量众多的people，不论他们是否属于一个或者几个group，他们都归属于这个Network。继续沿用上述微信的例子，我们定义的Network实际上就类似于微信这个平台本身，他管理着groups和people，并且能从上帝视角来观看整个社交网络本身，我们可以查询某个group中有多少对象、两个person之间究竟能不能通过现有的好友产生联系、整个网络中存在多少个连通图、整个网络的最小连通图是什么等信息。在我们构建Network的时候，实际上站在了一个网站或者平台的构建者角度，来宏观的看我们管理着的一个个元素（person）和集合（group）。
2.图模型及对应的算法分析
2.1 union-find
并查集本质上是个树形结构，但是它比一般的树优越的地方在于其查找根节点的速度要快的多。由于这个优势，它的应用场景主要是：只查询两点间的连通性而不关心两点之间的具体路径。
我的实现方法是先构建一个抽象类，其中定义了并查集的所有方法（find、union、isSame）
public abstract class UnionFind {
private HashMap<Integer, Integer> parents = new HashMap<>(); // key id value parents
public HashMap<Integer, Integer> getParents() {
return parents;
}
public boolean isSame(int v1, int v2) {
return find(v1) == find(v2);
}
//判断
public abstract int find(int v);
//查
public abstract void union(int v1, int v2);
//并
}
然后再建一个类，继承抽象类UnionFind，并且根据选择的算法实现并查集。
在算法选择这个问题上，我一开始使用了quickfind，也就是加边的时候，自动将其所有子节点的父节点全部设为自己的父节点，这种方法看似简单且查找复杂度为O(1)，但是实际执行起来Union的复杂度太高，而且有些不需要查找的结点，根本没必要压缩路径，所以后来我舍弃了这中方法，转而采用路径压缩算法：
public class UnionFindQF extends UnionFind {
在并操作的时候，只是执行正常的加边，也就是把自己的父节点的父节点设为要并入的结点的父节点；在查操作的时候，再通过路径压缩递归地找到自己的根节点，并将其设为父节点。
2.2 Kruskal
Kruskal算法就是很常规的算法，查找一个最小生成树。在具体实现queryLeastConnection的过程中，看那个JML感觉是最难的，知道了它要干什么之后反倒难度就不剩下多少了。我的实现方法是先遍历结点，得到存储了与id关联的所有vertex的ArrayList，然后再读取所有的vertex之间对应的边，放入ArrayList里，传递给用来实现算法的函数。
private int kruskal(ArrayList<Integer> vertex, ArrayList<Edge> edges) {
UnionFindQF unionFindQF = new UnionFindQF();
int result = 0;
int count = 0;
for (Integer integer : vertex) {
unionFindQF.getParents().put(integer, integer);
}
Collections.sort(edges);
for (int i = 0; i < edges.size() && count < vertex.size() - 1; i++) {
int id1 = edges.get(i).getId1();
int id2 = edges.get(i).getId2();
if (!unionFindQF.isSame(id1, id2)) {
unionFindQF.union(id1, id2);
result += edges.get(i).getValue();
count++;
}
}
return result;
}
由于上面实现了并查集，所以在实现kruskal的时候很自然就使用了并查集。kruskal里最复杂的其实就是判断加边后是否会产生圈，而产生圈的条件就是，这两个点在一个连通图中，这就很容易想到要用并查集来判断。向isSame方法传入边的两顶点id，如果说返回true，那么说明加了边会产生圈，因此这条边不能加，反之则可以。
2.3 Dijkstra
这里由于当时完成作业是在仓促，我觉得自己写的方法并不怎么样，是自己看着算法描述随手写的，最后强测的两个点被卡超时1点几秒，可以说是是在不太好。有同学提出可以用tarjan来优化，但是我还没来得及深入研究，之后会尝试去做一下优化。具体代码：
private int dijkstra(int id1, int id2) {
HashMap<Integer, Integer> distance = new HashMap<>();
HashMap<Integer, Boolean> isDetermined = new HashMap<>();
distance.put(id1, 0);
isDetermined.put(id1, true);
HashMap<Integer, Integer> value = ((MyPerson)getPerson(id1)).getValue();
ArrayList<Integer> remain = new ArrayList<>();
for (Integer id : people.keySet()) {
if (id != id1) {
remain.add(id);
}
}
int curPersonId = id1;
int min = 0;
while (isDetermined.get(id2) == null) {
for (int id : remain) {
if (value.get(id) != null) {
if (distance.get(id) == null ||
distance.get(id) > value.get(id) + distance.get(curPersonId)) {
distance.put(id, value.get(id) + distance.get(curPersonId));
}
}
}
min = 0;
for (int id : remain) {
if (distance.get(id) != null) {
if (min == 0) {
min = distance.get(id);
curPersonId = id;
} else if (distance.get(id) < min) {
min = distance.get(id);
curPersonId = id;
}
}
}
remain.remove((Integer) curPersonId);
isDetermined.put(curPersonId, true);
value = ((MyPerson)getPerson(curPersonId)).getValue();
}
return distance.get(id2);
}
二、遇到的问题与修复情况
1.图算法相关问题
1.1 union-find
第一次作业的bug出在union-find上，因为是后来改用的路径压缩算法，最后写的有点仓促，在合并操作的时候出了bug。
int p1 = find(v1);
int p2 = find(v2);
if (p1 == p2) {
return;
}
getParents().put(p1, p2);
应该是先用find操作找到v1，v2的根结点，然后把其中一个挂到另一个结点上面。但是我当时手残写成了：
getParents().put(v1,v2);
1.2 dijkstra
本次的bug是算法的效率问题，强测有两个点超时了，算法本身应该没出bug。
2.关于JML理解上出现的问题
2.1 getAgeMean & getAgeVar
对于getAgeMean的JML
/*@ ensures \result == (people.length == 0? 0:
@ ((\sum int i; 0 <= i && i < people.length; people[i].getAge()) / people.length));
@*/
漏看了一个括号，我一开始的理解是把每一个person的age先除length，然后再求和。
如果按照这样理解的话，JML规格就变成了：
(\sum int i; 0 <= i && i < people.length; people[i].getAge() / people.length)
而getAgeMean的错误也就导致了getAgeVar的连锁错误。
3.修复情况
3.1 union-find
由于bug很简单，所以看了一下样例后，简单分析了一下，很快就修复了。
3.2 dijkstra
未修复这两个点，暂时没去研究更好的算法，尝试了在本身的基础上改了改，过了几个点，但是最后两个始终过不去。
3.3 getAgeMean & getAgeVar
修复的过程中，我一开始以为是精度的问题，就用了math等等方法，但是始终不行，到最后才想起来看JML，然后发现是自己对于规格的理解出了问题。这次悲催的debug经历也告诉了我规格的重要性，一旦出锅，只要看看JML，再对照JML看自己的设计，只要都正确，那就不会出问题，自己盯着自己的代码死想是很难分析出问题的。JML相当于帮我们翻译了题意，只有按照题意来设计，才能够得到符合要求的程序。
三、测试思路
我的基本测试思路是大量随机数据加少量构造的边界数据。
通过编写程序自动生成随机测试数据，只要代码量够大，指令覆盖够全，对于程序测试就有价值。一般的bug，比如对JML的理解有问题导致程序行为和正确的不符，这样的bug在大量测试数据下是很难逃过去的。正确行为的判断，我选择用对拍的方法，多找几个同学，大家的代码一起跑一跑测试，然后用程序进行对比，如果出现不同结果，就要小心检查对应部分的代码了，肯定是有人有bug的。
构造测试数据针对的是JML规定的边界情况以及题目中预设的一些边界条件。
比如Group中计算平均年龄的时候，出现了Group中没有人的情况。再比如Group添加超过规定了人数上限的情况。
四、额外架构扩展
1. 要求
假设出现了几种不同的Person
-
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
如此Network可以支持市场营销，并能查询某种商品的销售额和销售路径等 请讨论如何对Network扩展，给出相关接口方法，并选择3个核心业务功能的接口方法撰写JML规格（借鉴所总结的JML规格模式）
2. JML设计
发广告： Advertiser->Customer 传递的对象是包含产品信息的广告
生产产品：Producer->product 每个生产者产出产品
消费产品：Customer->Advertiser->product 消费者经由Advertiser购买product
每个Producer都拥有一个List，其中存放的元素是Advertiser，表示为其打广告的Advertiser。
相关接口方法
//添加销售员
void addAdvertiser(Person advertiser) throws EqualPersonIdException;
//添加生产商
void addProducer(Person producer) throws EqualPersonIdException;
//添加消费者
void addCustomer(Person customer) throws EqualPersonIdException;
//Advertiser为产品打广告
void advertise(int cusId, int proId) throws PersonIdNotFoundException;
//顾客从Advertiser地方购买产品
void purchase(int cusId, int adId, int toSell) throws PersonIdNotFoundException;
//查询生产商的产品对应的销售额
int querySalesOfProduct(int proId) throws PersonIdNotFoundException;
//查询某生产商的销售路径
List<Advertiser> querySellingPath(int proId) throws PersonIdNotFoundException;
核心业务功能
//Advertiser为产品打广告
/*@public normal_behavior