BUAA OO 第一单元总结
一、第一次作业
（1）类结构设计
第一次题目架构比较简单，具体结构设计如下（图1）：
- 基本数据类型：
Polynomial：用Hashmap<int(指数), BigInteger(系数)>将表达式/项/因子数据内容统一形式- 运算方法：加法
add、乘法mul、乘方pow - 格式化输出：
toString方法将其内容输出（含正项提前处理），addPowerFunc负责将每个项转化为字符串形式。
- 运算方法：加法
- 表达式解析：
Lexer：使用正则表达式(?<num>(?<=[^\\dx)]|^)[+-]?\\d+|x)|(?<opt>\\*\\*|[)(+\\-*])匹配每个有效字符串，得到形如{"-","-","-2","*","(","x",")"}的字符串序列parser：使用递归下降法对得到的字符串序列进行解析，得到表达式/项/因子实例对象。
- 表达式储存
Expr：表达式- 运算方法：
update将terms中的Polynomial相乘后，在乘power次幂并记录到res中；negate将res取负。 - 更新方法：
addTerm增加新的项 - 输出方法：
toString调用res.toString
- 运算方法：
Term：项- 运算方法：
update将factors中的Polynomial相加并记录到res中，negate将res取负。 - 更新方法：
addFactor增加新的因子
- 运算方法：
Factor(接口)：包含Expr和ValueFactor- 运算方法：
negate将res取负 - 取值方法：
getRes获得Factor中数据值 - 接口实现类：
Expr：表达式ValueFactor：常数（幂次为0）以及幂函数
- 运算方法：
（2）度量分析
从图中可以看出Polynomial和Parser类OCavg较高，高复杂度在于递归调用（Parser）和双重循环（Polynomial）。
（3）Hack情况
- 己方bug分析：本次作业个人在强测和弱侧中均未出现bug
- 对方bug分析：
- 解析
- -时出错
- 解析
二、第二次作业
（1）类结构设计
第二次作业增加了三角函数、自定义函数、求和函数，代码量相较于第一次有明显增长，不过整体架构上没有太大变化。值得一提的是在处理自定义函数/求和函数时，个人的处理方法是先把原表达式以字符串形式储存下来再用类似Parser的方法解析，由于这样Function和Parser的方法有相似之处（也为了后续嵌套表达式处理），因此将Parser和Function进行了合并（由于耦合过高，第三次作业将Function类进行了解耦）
- 基本数据类型：
Polynomial：用Hashmap<Hashmap<Factor, int(指数)>, BigInteger(系数)>将表达式/项/因子数据内容统一形式。其中Factor有且仅有三角函数、幂函数、常数。****- 运算方法：加法
add、乘法mul、乘方pow - 格式化输出：
toString方法将其内容输出（含正项提前处理），addPowerFunc负责将每个项转化为字符串形式。 - 判断相等方法：
hashCode和equal - 化简方法:
replaceSinX2/replaceCosX2：负责形如 \(asin(x)^2+bcos(x)^2+c\) 平方和（其中\(a\)、\(b\)、\(c\)、\(x\)）均为任意因子/项。replaceSinX4：负责形如 \(a(sin(x)^4-cos(x)^4)\)的化简。buildSinXnPowers/buildCosXnPowers/buildConstXnPowers：在化简过程中构造含 \(sin(x)^n\) / \(cos(x)^n\) / 去掉对应三角函数的项
- 运算方法：加法
- 表达式解析：
Lexer：使用正则表达式((?<=[^\w)]|^)[+-]?\d+)|(\*\*|[)(+\-*])|(sin|cos|sum)|([a-z,])匹配每个有效字符串，得到形如{"-","-","-2","*","(","x",")"}的字符串序列（New!）Function：- 解析方法：
parseXXX：使用递归下降法对得到的字符串序列进行解析，得到表达式/项/因子实例对象或者对幂次解析。accessSign：对表达式/项首项符号的解析
- 计算方法：
calculate：调用后传入参数，得到自定义函数的值（Expr）。
- 解析方法：
- 表达式储存
Expr：表达式- 运算方法：
updatePower将res乘power次幂并记录到res中；update将terms中的Polynomial相乘后记录到res中；negate将res取负。 - 更新方法：
addTerm增加新的项 - 输出方法：
toString调用res.toString - 化简方法：
simplyfy将调用res.simplyfy - 判断相同方法：
hashCode和equal - 复制方法：
deeplClone创造一个新的Expr
- 运算方法：
Term：项- 运算方法：
update将factors中的Polynomial相加并记录到res中，negate将res取负。 - 更新方法：
addFactor增加新的因子 - 判断相等方法：
hashCode和equal
- 运算方法：
Factor(接口)：negate：将res取负getRes：获得Factor中数据值deepClone：深拷贝setPower：设置Factor的幂次- 接口实现类
Expr：表达式- 判断相等方法：
hashCode和equal - 输出方法：
toString
- 判断相等方法：
Var：幂函数- 判断相等方法：
hashCode和equal - 输出方法：
toString
- 判断相等方法：
Constant：常数- 判断相等方法：
hashCode和equal - 输出方法：
toString
- 判断相等方法：
TtrigonometricFactor：三角函数- 判断相等方法：
hashCode和equal - 输出方法：
toString - 子类：
Sin：正弦函数Cos：余弦函数
- 判断相等方法：
（2）度量分析
从图中可以看出Poly类的OCavg和WMC较高，Function类（原Parser类）的WMC较高，原因同第一次作业。
（3）Hack情况
- 己方bug分析：本次作业个人在强测未出现bug，互测出现两个bug
sin(0)**0解析出错：原因是如果检查到sin(0)时直接返回常数0，未考虑幂次- 化简含
cos(x)**2的表达式时出错：原因是构建时把含cos的项误写成含sin的项
- 对方bug分析：
sin(0)**0解析出错sin(-1)**2解析出错（底数换成-sin(1)后没有考虑幂次对最终符号的影响）
三、第三次作业
第三次作业允许三角函数/自定义函数的嵌套，相较于第二次作业几乎没有改动，仅仅对Poly类和Function类做了解耦，提取了部分方法，同时改变了一些方法/类名，增加可读性。
（1）类结构设计
- 基本数据类型：
Polynomial：用Hashmap<Hashmap<Factor, int(指数)>, BigInteger(系数)>将表达式/项/因子数据内容统一形式。其中Factor有且仅有三角函数、幂函数、常数。****- 运算方法：加法
add、乘法mul、乘方pow - 格式化输出：
toString方法将其内容输出（含正项提前处理），addPowerFunc负责将每个项转化为字符串形式。 - 判断相等方法：
hashCode和equal - 判断数据类型方法：
equalX2、equalConstant、equalExpr
- 运算方法：加法
- PolySimplyfy：化简方法类
handleSinX2/handleCosX2：负责形如 \(asin(x)^2+bcos(x)^2+c\) 平方和（其中\(a\)、\(b\)、\(c\)、\(x\)）均为任意因子/项。handleSinX4：负责形如 \(a(sin(x)^4-cos(x)^4)\)的化简。buildSinXnPowers/buildCosXnPowers：在化简过程中构造含 \(sin(x)^n\) / \(cos(x)^n\) / 去掉对应三角函数的项replaceFactor：替换项中的FactorhandleSinXCosX：处理Sin二倍角化简handleCos2X：处理Cos二倍角化简
- 表达式解析：
Lexer：使用正则表达式((?<=[^\w)]|^)[+-]?\d+)|(\*\*|[)(+\-*])|(sin|cos|sum)|([a-z,])匹配每个有效字符串，得到形如{"-","-","-2","*","(","x",")"}的字符串序列（New!）Parser：- 解析方法：
parseXXX：使用递归下降法对得到的字符串序列进行解析，得到表达式/项/因子实例对象或者对幂次解析。accessSign：对表达式/项首项符号的解析
- 解析方法：
Function：- 计算方法：
calculate：调用后传入参数，得到自定义函数的值（Expr）
- 计算方法：
- 表达式储存
Expr：表达式- 运算方法：
updatePower将res乘power次幂并记录到res中；update将terms中的Polynomial相乘后记录到res中；negate将res取负。 - 更新方法：
addTerm增加新的项 - 输出方法：
toString调用res.toString - 化简方法：
simplyfy将调用res.simplyfy - 判断相同方法：
hashCode和equal - 复制方法：
deeplClone创造一个新的Expr
- 运算方法：
Term：项- 运算方法：
update将factors中的Polynomial相加并记录到res中，negate将res取负。 - 更新方法：
addFactor增加新的因子 - 判断相等方法：
hashCode和equal
- 运算方法：
Factor(接口)：negate：将res取负getRes：获得Factor中数据值deepClone：深拷贝setPower：设置Factor的幂次- 接口实现类
Expr：表达式- 判断相等方法：
hashCode和equal - 输出方法：
toString
- 判断相等方法：
Var：幂函数- 判断相等方法：
hashCode和equal - 输出方法：
toString
- 判断相等方法：
Constant：常数- 判断相等方法：
hashCode和equal - 输出方法：
toString
- 判断相等方法：
TtrigonometricFactor：三角函数- 判断相等方法：
hashCode和equal - 输出方法：
toString - 子类：
Sin：正弦函数normalize：标准化方法，将Sin中内容转化为统一格式（改变正负）
Cos：余弦函数normalize：标准化方法，将Cos中内容转化为统一格式（改变正负）
- 判断相等方法：
（2）度量分析
从图中可以看出Poly类和PolySimplyfy的OCavg和WMC较高，Parser的WMC较高，Poly和Parser原因同第一次作业，PolySimplyfy原因为每次化简时需要遍历所有键值对，同时一直化简到无法化简为止。
（3）Hack情况
本次强测结果比较惨痛，根本原因在于课下测试不充分。
- 己方bug分析：本次作业个人在强测和互测共出现3个bug
Poly中equalX2方法出错：未考虑x^2前系数-sin(x)**0解析出错：未考虑三角函数本身负号getContentPoly方法复杂度过高，需要多次调用mul等函数，导致三角函数嵌套过多是TLE
- 对方bug分析：
- 用
int类型 解析求和函数的起始或结束常数 sin((-x*x))化简出错sum中出现i**0出错
- 用
四、架构设计体验
在第一次作业时，个人采取的方法为传统的用栈解析表达式，结果中测没过（后来发现是正则表达式的问题）。于是又用递归下降方法重新做了一遍，结果三次作业都没有进行大规模重构。现在想想如果采取用栈解析表达式的方法会导致方法冗长，每加入新的运算符都要对多个函数进行改写，不符合面向对象设计思想
在第二次作业时遇到最大的问题就是如何表示数据（多项式），在分析第一次架构的表示数据方法使用了Hashmap<Hashmap<Factor, int>, BigInteger>对数据进行存储。同时，完成基本代码编写花费了近乎一天半的时间对代码进行小范围重构（例如提取函数、分解函数、提取父类、重命名等等）（这一过程中《重构：改善既有代码设计》一书对我启发颇深）
在第三次作业时由于第二次作业的代码基本上已经能满足需求，所以在简单对部分类进行解耦后，花费了更多时间在提高性能上，但是却疏于对更改后的代码进行测试，导致出现了细微但较为严重的BUG，应当进行深刻反省。
五、感想&小结
Unit1说实话个人做起来还是比较艰难的，主要原因有以下几点：
- 对文法分析的不熟悉，花费了6～7个小时理解并实现了递归下降法
- 对面向对象的思想不熟悉，导致一部分代码在一开始不符合面向对象的思想，花费了较多时间阅读《重构：改善既有代码设计》并进行重构
- 对测试方法不熟悉，导致第三次作业出现了严重BUG
虽然艰难，不过在完成本单元的学习后还是收获满满：）
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