2022-OO-Unit3

2022-OO-Unit3

mashiroly

1. 概述

又到轻松愉快的博客周了（赫赫，hw13似乎不是很容易呢），回顾一下过去一个月做了什么吧。
本单元的目标是学习基于规格的层次化设计，需求是在JML规格的指导下，实现一个模拟社交关系系统。作业重点是阅读和理解JML规格，掌握异常处理和测试方法，体会设计和实现的分离。

2. 架构设计

2.1 图结构

引入图的划分Partition，可将社交网络如下图建模，基本囊括了所有关联关系。

image

具体而言，自上而下的构建可分为以下几步：

  1. Network中维护三个集合。为方便查找，使用HashMap<id, Class>。

  2. 引入新类Relation（也就是Edge类），维护关联的Person和value。

    在Network中维护id（自增），同样将HashMap<id,Edge> EdgeSet作为属性。

  3. 引入新类Partition，表示以Person通过Relation关联的连通子图（划分）。其保存划分内部的所有Vectex(Person)和Edge(Relation)，方便查询。

    在Network中维护id（并查集更新根结点id），同样将HashMap<id,Partition>PartitionSet作为属性。

  4. 根据JML规格撰写三个类，对于集合能用HashMap<id, Class>尽用。注意Person的MessageSet需要维护队列。

设计与实现分离初步体现于此，我们不需要如JML描述逐个遍历，只要保证符合规格，可以选择合适的数据结构。

2.2 维护策略

不涉及Partition的结构维护：

  • 基本策略:由于大量使用HashMap，几乎只需要使用put()进行添加操作 。有遍历时删除操作的Map可以使用线程安全的ConcurrentHashMap。Arraylist的删除使用removeIf()。
  • 不降复杂度的维护:部分指令复杂度无法优化到O(1)，且随图结构更新改变，如qrm, sim 。维护一个有效位。

三次作业经历的最大“重构”应该是：为提高并查集+kruskal的效率，从hw9到hw10引入Partition,维护也需要更多操作。

  • 并查集:路径压缩。ar指令执行时合并划分，更新划分属性，将划分内所有Person新定义的ParentId属性设为划分内的某个id，这个id更新为Network中该划分在Map中的key。
  • 平均年龄、方差等Group属性: Group自身维护ageSum, ageSquareSum，在atg, dfg时更新，时间复杂度能做到O(1)。

​ 公式$$D(X)=E(X2)-E^2(X)$$计算方差，与JML描述精度不同。

​ 参考讨论区帖子，有以下公式不丢失精度：$$D(X) = \frac{\Sigma X^2 -2\overline{X}}{n}+(\overline{X})^2$$

3. 性能问题和bug修复

3.1 hw9（悲

​ 周六下午，才测出未堆优化的Prim被链式数据+qci打穿了，临时改写不带并查集的kruskal，结果完全写错。强测也寄的很惨。

​ 此次作业未引入并查集和划分，qbs在ar时更新，复杂度O(1)。

3.2 hw10

​ 强测未发现bug。

​ 引入了并查集+kruskal，将qci复杂度优化到O(nlogE) 。

​ 但是qgav复杂度O(n^2)，被hack TLE了。之后将qgvs和qgav均优化到O(1)

3.3 hw11

​ 强测未发现bug。

​ sim使用堆优化的dijkstra，复杂度为O(nlogE)。

​ 互测也没有被卡性能，但是dce规格理解有误，以为是删去所有EmojiMessage，被hack了。感谢仅10条指令让我一眼看出bug的好哥哥！

4. 测试设计

1. Junit实践

使用Junit编写测试方法，个人的操作是通过完全遵守JML规格重新撰写方法，用assertEquals()判断方法实现是否符合不变式。庞大的测试类也需要维护一系列属性（全局变量），也需要面向对象，也需要封装好各种修改图结构的方法。

但实际编写中，不可能完全照搬JML，例如sim,qlc等方法，规格上就有“寻找一个集合（子图，链）”。随着方法更加复杂，测试方法写得越来越像实现的方法。hw10和hw11中，也因此被劝退，没有继续进行Junit编写。

2. 随机数据生成与对拍

最后还是采用python写随机数据生成器，并进行覆盖性测试。为保证数据质量，生成器也要维护好Person、Group、Message集合（使用id），并从集合中取出id生成指令。为保障异常覆盖率，我人为地设置随机数按一定比例生成错误指令。同时手动构造边界数据，如链式图、完全图、1111等。

这是10w条+5k人的数据，可以看到覆盖率还是有保证的。未覆盖的方法几乎都是规格有定义、但实现上没有使用的方法。

image

image

正确结果唯一就是好啊，不用写正确性判断，和小伙伴对拍就好了。（

5. Network拓展

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）

  1. 新增Advertiser, Producer, Customer类继承Person类；
  2. 新增Product类；
  3. 新增PurchaseMeassage，Advertisement类继承Message类；

Network中应该新增方法：添加产品，发送广告，购买商品，查询商品销售额，查询商品销售路径等。

public interface Network {
	/*@ public instance model non_null Produce[] produces;
	  @ ...
	  @*/
}
  1. 添加产品addProducer
/*@ public normal_behavior 
  @ requires (\exists int i;0 <= i && i < people.length;people[i].getId() == id && people[i] instance of Procuder);
  @ requires !(\exists int i;0 <= i && i < produces.length;     	produces[i].equals(produce));
  @ assignable people;
  @ ensures produce.length == \old(produce.length) + 1;
  @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < \old(produces.length);
  @          (\exists int j; 0 <= j && j < produces.length; produces[j] == (\old(produces[i]))));
  @ ensures (\exists int i; 0 <= i && i < people.length; people[i] == person);
  @ also
  @ public exceptional_behavior
  @ signals (PersonIdNotFoundException e) (\forall int i; 0 <= i && i < people.length);
  @			people[i].getId() != id 
  @			|| (people[i].getId() == id && !(people[i] instance of Producer));
  @ public exceptional_behavior
  @ signals (EqualProduceIdException e) (\exists int i; 0 <= i 
  @ 		&& i < produces.length;produces[i].equals(person));
  @*/
public void addProduce(/*@ non_null @*/int id, Produce produce) 
    throws PersonIdNotFoundException, EqualProduceIdException;
  1. 发送广告sendAdvertisement
/*@ public normal_behavior
  @ requires getMessage(id).getPerson1().isLinked(getMessage(id).getPerson2()) &&
getMessage(id).getPerson1() != getMessage(id).getPerson2();
  @ requires containsMessage(id) && getMessage(id) instanceof Advertisement getMessage(id).getType() == 0 &&; 
  @ assignable messages;
  @ assignalbe getMessage(id).getPerson2().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).getPerson2().getMessages().size());\old(getMessage(id)).getPerson2().getMessages().get(i+1) == \old(getMessage(id).getPerson2().getMessages().get(i)));
  @ also
  @ public exceptional_behavior
  @ requires containsMessage(id) && getMessage(id).getType() == 1 && getMessage(id) instanceof Advertisement
  @ requires getMessage(id).getGroup().hasPerson(getMessage(id).getPerson1());
  @ assignable people[*].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);(\forall int i; 0 <= i && i < \old(p.getMessages().size());\old(p.getMessages().get(i+1) == \old(p.getMessages().get(i))));
  @ signals (MessageIdNotFoundException e) !containsMessage(id);
  @ signals (MessageIdNotFoundException e) containsMessage(id) && !(getMessage(id) instanceof Advertisement); 
  @ signals (RelationNotFoundException e) containsMessage(id) && getMessage(id) instanceof Advertisement && getMessage(id).getType() == 0 &&!(getMessage(id).getPerson1().isLinked(getMessage(id).getPerson2()));
  @ signals (PersonIdNotFoundException e) containsMessage(id) && getMessage(id) instanceof Advertisement && getMessage(id).getType() == 1 && !(getMessage(id).getGroup().hasPerson(getMessage(id).getPerson1()));
  @ */


public void sendAdvertisement(int id) throws MessageIdNotFoundException,PersonIdNotFoundException,RelationNotFoundException;
  1. 查询产品销售额queryPrice
/*@ public normal_behavior 
  @ requires (\exists int i; 0 <= i && i < produces.length);produces[i].getId() == id);
  @ assignalbe none;
  @ ensures (\exists int i; 0 <= i && i < produces.length);produces[i].getId() == id && \result == produces[i].getPrice()); 
  @ public exceptional_behavior
  @ signals (ProduceIdNotFoundException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < produces.length);produces[i].getId() == id);
  @ */

public void queryPrice(/*@ non_null @*/int id) throws ProduceIdNotFoundException
posted @ 2022-06-06 15:21  mashiroly  阅读(30)  评论(0)  编辑  收藏  举报