OO第三单元总结

OO第三单元总结

一、架构设计

1. 第一次作业

1.1 图模型构建和维护策略：

• 构建：
  • Network是图：每个Person是图上的一个结点，保存在在people列表中；每个Relation是图上的一条边，边的权值和此边两顶点的Person分别保存在此边两顶点Person的value列表中。
  • Group是群：类似微信群，本质上是一群人的一个容器。将群里每个人加入group的people列表中即可（Group和Network中的图没有直接联系，并不是说一个group是图中的一个连通分支）。
• 维护：
  • NetWork：
    • 动态增加结点、边：
      • addPerson时将人加入people哈希图中。
      • addRelation时，假设边为连接的Person为A、B，则把边的权值、B加入A的value列表中，把边的权值、A加入B的value列表中。
    • 判断两人之间有无通路、查询连通分支个数：
      • 采用【并查集算法】，对整个NetWork中所有的结点维护一个【查询某节点的“祖宗节点”的HashMap】，即HashMap的key值为某节点id、value值为该节点的祖宗节点的id。每次addRelation时，都将此边两顶点的Person进行union。
      • 每次查询两结点间是否有通路（isCircle方法）时，都更新两人的祖宗节点，若祖宗节点一样则两人处于同一连通分支、两人之间有通路；若祖宗节点不一样则两人不处于同一连通分支、两人之间没有通路。
      • 每次查询连通分支个数（queryBlockSum）时，都更新所有结点的祖宗节点，只需数有几个祖宗节点就可以。
  • Group：
    • 动态增加人：addPerson时将人加入group的people列表中。

1.2 UML图：

2. 第二次作业

2.1 图模型构建和维护策略：

• 构建（比上次作业增加的）：
  • Network：比上次作业多了massage列表。
• 维护（比上次作业增加的）：
  • Network：
    • 动态增加message：
      • addMessage时将message加入。相应地增加了单人对单人发消息和单人群发消息的方法。
    • 维护一个记录所有边的EdgeManagement容器：
      • 新增了一个Edge类记录一条边的两顶点、权值。
      • addRelation时还要new出这条边并加入EdgeManagement容器。
      • 此容器用于记录所有边，方便kruskal算法以O(n)的时间复杂度遍历所有边。
    • 求最小生成树：
      • 采用【并查集+Kruskal算法】：先找到出发结点所在的连通分支的所有边；再将连通分支所有边按权值排序；再用kruskal算法遍历已排序的连通分支所有边来求最小生成树，通过维护一个新的并查集记录最小生成树已有结点和边、每遍历到一条边用并查集判断此边的两端点是否已经连通（即第一次作业中isCircle方法），若已经连通则加上此边会形成环，应舍弃；若未联通则加上此边不会形成环，应当加入。
  • Group：
    • 动态维护ageSum、agePowerSum保证查询的时间复杂度为O(1)：
      • 如果不维护ageSum、agePowerSum，查询年龄平均数、年龄方差平均数都需要双循环遍历计算一遍，时间复杂度为O(n^2)，在当前指令条数和CPU时间限制下会超时。因此必须维护ageSum、agePowerSum，这样查询年龄平均数、年龄方差平均数只需要进行一个时间复杂度为O(1)的计算就可以了。

2.2 UML图：

3. 第三次作业

3.1 图模型构建和维护策略：

• 构建（比上次作业增加的）：
  • Network：比上次作业多了RedEnvelopMessage、NoticeMessag、 EmojiMessage三种Message的子类消息类型，每种message的send方法和add方法都要进行额外的处理。对于EmojiMessage需要创建一个HasMap记录emoji出现的次数（即题意中热度）。
• 维护（比上次作业增加的）：
  • Network：
    • 求最短路径：
      • 采用【堆优化的Dijkstra算法】：给每个人增加一个Path属性用于记录他当前的路劲长度；维护一个根据每个结点的Path值从小到大排列的PriorityQueue，这样Dijkstra每次循环直接取队头元素就为最小值（时间复杂度为O(1)），不用再遍历队列找最小值（时间复杂度为O(n)）；维护一个已访问节点的HashSet、一个正在访问结点的HashSet。
      • 每次循环遍历当前结点的所有直接相邻的边，如果另一端结点已经访问过（即存在于“正在访问结点的HashSet”和PriorityQueue中）就更新它的当前Path值，如果另一端结点未被访问过就将它加入“正在访问结点的HashSet”并设置它的当前Path值、加入PriorityQueue；然后取队头元素，当前结点-队头元素即为从当前结点出发的最短路径；将当前结点加入已访问节点的HashSet，更新当前结点为取出来的队头元素结点；进行下一次循环。

3.2 UML图：

二、自测策略

本单元三次作业中，主要的自测方式是三个：一是重读JML规格并肉眼检查自己的方法，二是生成测试数据然后和同学对拍，三是和同学的测试数据互通有无。

• 重读JML规格肉眼检查自己的方法：虽然繁琐、无聊，但是很重要且很有用。重读时由于我写过一遍完整的代码后设计更完整了，能够找出以前设计不够完整和大删大改时埋下的bug。同时，还能及时发现一些可以优化性能的地方。
• 生成测试数据然后和同学对拍：我自己生成了一些随机、极端情况下数据和同学对拍。
• 和同学的测试数据互通有无：感谢我的好姐妹和好梦拓以及好姐妹的好姐妹和好梦拓，让我们拥有了一些有用的往届数据。
• 关于JUnit：因为JUnit需要自己编写单元测试，如果自己对JML理解错了那肯定测不出自己代码的问题，所以感觉在正确性的判断上不如和同学对拍来的方便准确，所以直接采取了和同学对拍，并没有用JUnit。

三、Bug分析

3.1 出现的性能问题

概括一下说其实就是O(n^2)查询。

第一次作业：

• 虽然isCircle用了并查集但是queryBlockSum还是用的JML中的土办法O(n^2)查询了…所以说还是要理解算法…

第二次作业：

• 虽然queryAgeMean和queryAgeVar记得动态维护一个变量进行O(1)查询了，但是queryGoupValue还是O(n^2)查询…倒也不是说优化的丢三落四，其实就是抱着“不会10sCPU时间还能超时吧”的侥幸心理所以没在意优化这件事。

第三次作业：

• 无性能问题。

3.2 出现的正确性问题

第三次作业因为没去了解PriorityQueue的原理就直接用了，导致我以为改变了Path值pq就自动更新顺序了、而实际上pq只在新加进来元素的时候才更新顺序，导致我没有及时更新pq队列，导致我计算最短路径有时会出现错误。

四、扩展如下内容的Network

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）

• Network：

  • 属性规格：

    /*@ public instance model non_null Advertiser[] advertisers;
      @ public instance model non_null Producer[] producers;
      @ public instance model non_null Customer[] customers;
      @ public instance model non_null Person[] persons;
      @ public instance model non_null Advertise[] advertises;
      @*/
    

  • 方法规格：

    • sendAdvertise：广告商向指定消费者发送广告

      /*@ public normal_behavior
        @ requires containsAdvertise(advertiseId) &&
        @          getAdvertise(advertiseId).getAdvertiser().
        @          isLinked(getAdvertise(advertiseId).getCustomer());
        @ assignable advertises;
        @ assignable getAdvertise(advertiseId).getCustomer().advertises
        @ ensures !containsAdvertise(advertiseId) && advertises.length == \old(advertises.length) - 1 &&
        @         (\forall int i; 0 <= i && i < \old(advertises.length) && 
        @         \old(advertises[i].getId()) != advertiseId;
        @         (\exists int j; 0 <= j && j < advertises.length; 
        @         advertises[j].equals(\old(advertises[i]))));
        @ ensures (\forall int i; 0 <= i && 
        @         i < \old(getAdvertise(advertiseId).getCustomer().getAdvertise().size());
        @         \old(getAdvertise(advertiseId)).getCustomer().getAdvertise().get(i+1) == 
        @         \old(getAdvertise(advertiseId).getCustomer().getAdvertise().get(i)));
        @ ensures \old(getAdvertise(advertiseId)).getCustomer().getAdvertises().get(0).equals(
        @         \old(getAdvertise(advertiseId)));
        @ ensures \old(getAdvertise(advertiseId)).getCustomer().getAdvertises().size() == 
        @         \old(getAdvertise(advertiseId).getCustomer().getAdvertises().size()) + 1;
        @ also
        @ public exceptional_behavior
        @ signals (AdvertiseIdNotFoundException e) !containsAdvertise(advertiseId);
        @ signals (RelationNotFoundException e) containsMessage(id) &&
        @         !getAdvertise(advertiseId).getAdvertiser().isLinked(getAdvertise(advertiseId).getCustomer());
      public void sendAdvertise(int advertiseId, Customer customer) throws 
      AdvertiseIdNotFoundException, RelationNotFoundException
      

    • queryProductValue：查询商品销售额

      /*@ public normal_behavior
        @ requires contains(productId);
        @ ensures \result == getProduct(productId).getValue();
        @ also
        @ public exceptional_behavior
        @ signals (ProductIdNotFoundException e) !contains(productId);
        @*/
       public /*@ pure @*/ int queryProductValue(int productId) throws ProductIdNotFoundException
      

    • queryProductSalePath：查询商品销售路径

      /*@ public normal_behavior
        @ requires containsProduct(productId) && !isCircle(producer.getId(), customer.getId());
        @ ensures \result == -1;
        @ also
        @ public normal_behavior
        @ requires containsProduct(productId) && isCircle(producer.getId(), customer.getId());
        @ ensures !containsProduct(productId) && products.length == \old(products.length) - 1 &&
        @         (\forall int i; 0 <= i && i < \old(products.length) && 
        @         \old(products[i].getId()) != productId;
        @         (\exists int j; 0 <= j && j < products.length; 
        @         products[j].equals(\old(products[i]))));
        @ ensures (\exists Person[] pathM;
        @         pathM.length >= 2 &&
        @         pathM[0].equals(producer) &&
        @         pathM[pathM.length - 1].equals(customer) &&
        @         (\forall int i; 1 <= i && i < pathM.length; pathM[i - 1].isLinked(pathM[i]));
        @         (\forall Person[] path;
        @         path.length >= 2 &&
        @         path[0].equals(producer) &&
        @         path[path.length - 1].equals(customer) &&
        @         (\forall int i; 1 <= i && i < path.length; path[i - 1].isLinked(path[i]));
        @         (\sum int i; 1 <= i && i < path.length; path[i - 1].queryPathValue(path[i])) >=
        @         (\sum int i; 1 <= i && i < pathM.length; pathM[i - 1].queryPathValue(pathM[i]))) &&
        @         \result == (\sum int i; 1 <= i && i < pathM.length; 
        @         pathM[i - 1].queryPathValue(pathM[i])));
        @ also
        @ public exceptional_behavior
        @ signals (ProductIdNotFoundException e) !containsProduct(productId);
        @*/
      public /*@ pure @*/ int queryProductSalePath(int productId, Producer procucer, Customer customer) throws ProductIdNotFoundException;
      

    • buyProduct：消费者直接通过Advertiser给相应Producer发一个购买消息

• Advertiser

  • 属性规格

    /*@ public instance model non_null Advertise[] advertises;
      @ public instance model int money;
      @*/
    

  • 方法规格

    • sendAdvertise：广告商向指定消费者发送广告

• Producer

  • 属性规格

    /*@ public instance model non_null Product[] products;
      @ public instance model int money;
      @*/
    

  • 方法规格

    • sendProduct：生产商向指定消费者发送产品

• Customer

  • 属性规格

    /*@ public instance model non_null Advertise[] advertises;
      @ public instance model non_null Product[] products;
      @ public instance model int money;
      @*/
    

  • 方法规格

    • receiveAdvertise：收到广告
    • buyProduct：买到产品

• Advertise

  • 属性规格

    /*@ public instance model int advertiseId;
      @ public instance model Advertiser advertiser;
      @ public instance model Customer customer;
      @ public instance model int value;
      @*/
    

  • 方法规格

    • getAdvertiser：获取本广告的广告商
    • getCustomer：获取本广告的目标消费者
    • getId：获取本广告Id

• Product

  • 属性规格

    /*@ public instance model int productId;
      @ public instance model Producer producer;
      @ public instance model Customer customer;
      @ public instance model int value;
      @*/
    

  • 方法规格

    • getProducer：获取本产品的生产商
    • getCustomer：获取本产品的目标消费者
    • getId：获取本产品的Id

五、心得体会

第三单元真的很容易阴沟里翻船。第三次作业我和另一个同学对拍了不少数据，由于俩人错的一样硬是没找出来错误，不幸翻车。所以在用一些包装好的容器、方法的时候一定先搞清楚它的原理再用，否则很容易踩坑而不知，比如blockingQueue和Iterator。电梯单元的时候因为iterator导致线程安全问题互测被hack烂了，这次priorityQueue又给我当头一棒。