BUAA_OO_2022 第三单元总结
BUAA_OO_2022 第三单元总结
(1) 分析在本单元自测过程中如何利用JML规格来准备测试数据
第三单元的一个特征就是指令的条数非常多，并且指令之间的联系与最后显示结果有很密切的关系，为了支持较多的指令，类的种类和属性以及具有的方法也达到了一个新的高度，因此相比于以往一二单元的手动构造数据就可以较好地评测，第三单元需要使用新的测试方法，又因为有JML的约束，必须要严格实现，否则会出现不等价的情况，并且凭主观臆想很难找到问题的所在，因此我一般采取以下步骤进行测试：
单元测试，利用Junit工具对方法单独编写程序进行测试，在测试中其实关键在于构造具有强度的数据，举一个很典型的例子，比如sendMessage方法对于红包的发送中就需要严格实现红包金额的正确分配，群发红包100，1人发红包到三人群，按照JML必须是先100/3后取整33，分配给收红包每个人33，最后余下的34，给发红包的人，反之如果实现的过程中认为就是平均分配，一个人发出来三人抢，自己收回1/3就会出现错误，没有严格按照JML实现代码，这一点其实是可以通过单元测试来检查的，还有一些比较低级的错误也是可以通过单元测试发现的，比如deleteColdEmoji方法最后需要更改表情列表，可能会出现忘记刷新的情况，这时单元测试就很容易测出问题。同时也必须认识到，单元测试比较适合作为功能明确且较为单一的方法测试，如果需要更复杂的，需要多方法来测试的，就会显得不再简洁，不再单元化，因此还需要其他的测试。
压力测试，对于较为复杂的方法，往往是实现的核心和难点，在基础的方法通过单元测试进行了检验的情况下，对于复杂的方法可以进行压力测试，本次实验中复杂度较高的方法主要为对于连通集确认，求最小生成树、单源最短路径方法，因此对于这样的方法我们需要助python等其它工具进行数据的投喂以及编写同样能实现该功能的代码，最后进行输出对拍。
当然最后要注意复杂度的优化，否则很容易超时
(2) 梳理本单元的架构设计，分析自己的图模型构建和维护策略
本单元三次作业迭代开发，并且已有接口已经较为充分，因此新增加的类较少，分别是异常计数器类，Edge类，Path类。
对于连通集合的维护主要使用HashMap容器，将父节点作为Value，本身作为Key，可以建立起并查集，降低复杂度。初始时addPerson时加入map，父节点为自身，在addRelation时进行节点的合并，保持一个连通分量只有一个父节点，在查询两者是否在一个连通分量时，查询他们的父节点是否相同即可。
对于最小生成树问题，可以采用并查集优化的克鲁斯卡尔算法，建立并查集的方法类似连通集的建立，主要有优化了查找是否在形成环的步骤，同时在这个过程中，要使用edge类。
对于最短路径的问题，使用了队列优化的迪杰斯特拉算法，使用到了path类存储出发点到当前点的距离，因此在迭代更新最短距离时可以方便操作。
(3) 按照作业分析代码实现出现的性能问题和修复情况
第一次作业出现了对于计数器异常次数统计上的理解错误，导致强测很不理想，修改后强测全部通过，但是遇到了互测中对于连通集的压力测试，当时使用的是BFS算法，导致测试的结果不理想，加入并查集优化以后降低了复杂度，完成了修复。
第二次作业中主要出现了对于qlc指令的rtle和对于求平均指令的JML实现不严格造成了错误，严格实现后再对于qlc指令采取了并查集优化，至此完成了修复。
第三次作业同样出现了实现不严格的问题（发红包问题），并且由于没有做充分的压力测试导致了sim指令出现了RE，这是个很严重的bug，针对这个指令重新进行了代码的编写采取队列优化进行了修复。
(4) 请针对下列内容对Network进行扩展，并给出相应的JML规格
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）
就像查询社交值一样，新增的商品也要新建类，属性至少要包括价格销售额等信息
需要添加几种新的消息类型，用于表示购买或推销某种产品，其中包含推销消息和购买消息等。这些消息可以继承Message有关的方法。
Producer向Advertiser发送推销message。可以考虑是向推销群的Advertiser 发送消息，然后会加入到推销者的messages中，之后再由推销者发送到他们的推销群或者熟人中。
在这里我们考虑书写的方法为：
查询某个商品的销售总量（金额）方法queryProductSales(int id)，返回产品的销售额。
在这里可以考虑沿用Person的JML规格
/*@ public normal_behavior
@ requires containsProduct(id);
@ ensures \result == getProduct(id).getSales();
@ also
@ public exceptional_behavior
@ signals (ProductIdNotFoundException e) !containsProduct(id);
@*/
public /*@ pure @*/ int queryProductSales(int id) throws ProductIdNotFoundException;
推销者向其组员推销产品（发送广告）的方法，沿用sendMessage的方法（考虑其type为2）
/*@ public normal_behavior
@ requires containsMessage(id) && getMessage(id).getType() == 2 &&
@ getMessage(id).getGroup().hasPerson(getMessage(id).getAdvertiser());
@ assignable people[*].products, 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 Person p; \old(getMessage(id)).getGroup().hasPerson(p); \old(p.products.length) == p.products.length-1;
@ ensures (\forall Person p; \old(getMessage(id)).getGroup().hasPerson(p);
@ (\exists int i; 0 <= i && i < p.products.length; products[i].equals(\old(((AdvertiseMessage)getMessage(id))).getProduct()));
@ ensures (\forall Person p; \old(getMessage(id)).getGroup().hasPerson(p); (\forall int i; 0 <= i && i < \old(p.products.length);
@ (\exists int j; 0 <= j && j <= p.products.length;\old(p.products[i]).equals(p.products[j]) ));
@ ensures (\forall Person p; !\old(getMessage(id)).getGroup().hasPerson(p); \old(p.products.length) == p.products.length;
@ ensures (\forall Person p; !\old(getMessage(id)).getGroup().hasPerson(p);
@ (\forall int i; 0 <= i && i < \old(p.products.length);(\exists int j; 0 <= j && j <= p.products.length;\old(p.products[i]).equals(p.products[j]) ));
@ also
@ public exceptional_behavior
@ signals (MessageIdNotFoundException e) !containsMessage(id);
@ signals (PersonIdNotFoundException e) containsMessage(id) && getMessage(id).getType() == 2 &&
@ !(getMessage(id).getGroup().hasPerson(getMessage(id).getAdvertiser()));
@*/
public void sendAdvertiseMessage(int id) throws
MessageIdNotFoundException, PersonIdNotFoundException;
生产者向其推销员发布任务的方法，沿用sendMessage的方法（考虑其type为3）
/*@ public normal_behavior
@ requires !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length; messages[i].equals(message)) &&
@ (message instanceof AdvertiseMessage) ==>containsProductId(((AdvertiseMessage)message).getProductId()) &&
@ (message.getType() == 3) ==> (message.getProducer() != message.getAdvertiser());
@ 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 (ProductIdNotFoundException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
@ messages[i].equals(message)) &&
@ (message instanceof AdvertiseMessage) &&
@ !containsEmojiId(((AdvertiseMessage) message).getProductId());
@ signals (EqualPersonIdException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
@ messages[i].equals(message)) &&
@ ((message instanceof AdvertiseMessage) ==>
@ containsProductId(((AdvertiseMessage) message).getProductId())) &&
@ message.getType() == 3 && message.getProducer() == message.getAdvertiser();
@*/
public void addAdvertiseMessage(Message message) throws
EqualMessageIdException, ProductIdNotFoundException, EqualPersonIdException;
(5) 本单元学习体会
本单元绝大部分实现的要求与内容由JML给出，乍一看很轻松，甚至有的代码可以复制JML中的文字，然而却是我最不顺利的一个单元。怠惰会招致惨剧，一是因为JML的代码并不能表达和java完全相同的意思，有的逻辑判断会有出入，另一个是透彻理解JML有一定难度，稍有出入就会存在难以发现bug，对于前置条件还比较容易书写，但对于后置条件的理解和正确实现就具有难度了，如果尝试将后置条件翻译成中文，虽然让人可以短时间大致理解含义但也只是大致，没有办法确保没有二义性，这就要求阅读JML时要有耐心，仔细思考，保证实现的步骤符合规格，此外本单元对于算法的考察较高，相比于第一单元不考察时间复杂度，第二单元调度策略较为简单不易因为算法而超时，第三单元的优化问题非常需要考量，不论是正确性还是性能需求都提出了较高的要求。
JML规格是方便沟通和正确实现的工具，因此充分理解和掌握对于学习OO和以后的学习来说非常有意义。
