OO Unit3 Summary

OO Unit3 Summary

目录

  • 一、测试方法

  • 二、架构设计及图模型

  • 三、性能问题及修复

  • 四、扩展作业

  • 五、学习体会

一、测试方法

本单元我采用的测试方法分为两种:一是针对某些复杂指令,基于其JML规格的测试,保证单个方法运行的正确性;二是随机数据生成测试,从全局保证程序正确性。

1. 基于JML规格的测试

对于某个特定的方法基于JML规格进行针对性测试,要点在于覆盖方法的所有前置条件,从而对所有相应后置条件情况进行正确性判断。要想覆盖所有前置条件,不仅要根据JML规格进行分类考虑,还要求对该类的状态变化具有全面的把握。对于后置条件的正确性判断,异常行为较容易进行判定,只需要观察相应异常即可。对于常规行为,需要基于数据计算正确结果进行比对(准备难度大但准确率能充分保证),或者采用对拍的方式(准备难度低但准确率只能相对保证)。下面进行举例说明:

/*@ public normal_behavior
 @ requires !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length; messages[i].equals(message)) &&
 @           (message instanceof EmojiMessage) ==> containsEmojiId(((EmojiMessage) message).getEmojiId()) &&
 @           (message.getType() == 0) ==> (message.getPerson1() != message.getPerson2());
 @ 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 (EmojiIdNotFoundException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
 @                                       messages[i].equals(message)) &&
 @                                       (message instanceof EmojiMessage) &&
 @                                       !containsEmojiId(((EmojiMessage) message).getEmojiId());
 @ signals (EqualPersonIdException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;
 @                                     messages[i].equals(message)) &&
 @                                     ((message instanceof EmojiMessage) ==>
 @                                     containsEmojiId(((EmojiMessage) message).getEmojiId())) &&
 @                                     message.getType() == 0 && message.getPerson1() == message.getPerson2();
 @*/
public void addMessage(Message message) throws
       EqualMessageIdException, EmojiIdNotFoundException, EqualPersonIdException;

addMessage指令有四类可能的前置条件,分别是:

  1. 网络中已存在相同messageId的情况

  2. message是EmojiMessage但网络中不包含该Emoji

  3. message是单发消息但发送者和接收者相同的情况

  4. 上述三种情况均非的正常情况。

所以在覆盖这四种情况的时候,首先要构造出相应状态的网络类。

  • 对于情况1,可以先在网络中添加一个Id的message,然后再添加重复Id进行测试。如:

    am 1 100 0 1 2
    am 1 200 1 3 4
  • 对于情况2,可以直接添加一个EmojiMessage(因为初始状态网络中不包含Emoji)

    aem 1 1 0 1 2
  • 对于情况3,可以直接添加一个type为0且两personId相同的message。

    am 1 100 0 1 1
  • 对于情况4,可以先添加一个Emoji,再添加一个type为0且收发人不同的EmojiMessage。

    sei 1
    aem 1 1 0 1 2

观察后置条件时,对于前三种情况,观察对应异常输出即可。对于最后一种情况,可以在输入构造指令前后对message容器遍历输出,观察是否满足条件。

2. 随机数据测试

随机数据生成中,首先在开头生成若干ap、ag、ar、atg、sei、am等指令,为后续指令测试准备的同时测试这些指令的异常情况。之后,再以均等概率生成各类指令进行测试。

def datagenerator(self):
   data = ''
   self.names = copy.deepcopy(names)
   for j in range(self.pre_person):
       pid = self.generatorPerson()
       name = self.rdname()
       age = self.rdage()
       data += ("ap " + str(pid) + " " + name + " " + str(age) + "\n")
   # 生成 ap
   
   for i in range(num):
       instr = self.rdInstr()
       # 随机确定一个instr
   
       if (instr == 'qgps'):
           gid = self.getGroup()
           data += ("qgps " + str(gid) + " " + "\n")
       # 生成一个指令
       
  return data

数据生成以后,再利用数据进行对拍。实现自动化测评。

3. 测试总结

基于JML规格测试从理论上来说,只要保证了前置条件全覆盖,相应后置条件输出全部正确,就能保证单个方法的正确性。但是程序运行不仅是单个方法的问题。方法运行改变类的状态,不同类交互构成了程序。因此我们还需要测试类的状态改变以及不同类之间的交互,此时测试的构建难度加大了很多,由于完成作业时间有限,因此又采取了随机数据生成+对拍的方式进行自动测试。二者互补,相得益彰。

二、架构设计及图模型

1. 架构分析

由于是根据接口实现的各个类,关键方法已经注明且各个类之间的关系较为清晰,此处不再画UML图进行展示分析,只简略介绍各类的设置。

1. 第九次作业

  • MyPerson类:

    • 使用HashMap容器存储acquaintance和value键值对,原因是JML规格中这对数据绑定。

    • 使用HashSet容器存储所处的group。

  • MyGroup类:

    • 使用HashMap容器存储people,原因是方便检索。

    • 设置valueSum维护组value值。

  • MyNetwork类:

    • 使用HashMap容器管理people和groups

    • 包含DisjointSet类方便图管理。

  • DisjointSet类:

    • 方便图管理的类,包含实现并查集的属性和方法。

2. 第十次作业

  • MyPerson类:

    • 使用LinkedList容器管理messages,原因是要求messages有序且sendMessage方法为头插操作。

  • MyGroup类:

    • 设置ageSum维护组age值

  • MyNetwork类:

    • 使用HashMap管理messages

    • 新增Graph类方便图管理。

  • Graph类:

    • 方便图管理的类,维护的是person-relation的网络,包含prim方法。

  • Edge类:

    • 实现Graph类所用

  • MyMessage类:

    • 按规格实现。

3. 第十一次作业

  • MyNetwork类:

    • 使用HashMap管理emojiId和heat键值对

  • Graph类:

    • 新增dijkstra方法。

  • 各类Message类:

    • 按规格实现。

2. 图构建和维护策略

社交网络以Network类为整个网络,Group类为簇,Person类为结点,relation为边。对该社交网络定义了一系列方法,可以采用修改网络时维护图的属性的方式,降低查询方法的复杂度。这是图构建维护的整体思路。下面以各查询方法为出发点进行分析:

  • isCircle / qureyBlockSum:用并查集简化操作。具体来说,在addPerson时给并查集增加节点,在addRelation时合并并查集。isCircle时只需要调用并查集判断连通性操作,qureyBlockSum只需要查询并查集有几组。

  • getValueSum / getAgeMean / getAgeVar :给每个组维护一个valueSum和一个ageSum,在给组内增加删减person或在给组内的人增加删减relation时要对这两个变量维护。在查询时只需要以O(1)或O(n)的复杂度执行。

  • sendIndirectMessage / queryLeastConnection : 用Graph类简化操作。具体来说,维护一个简单的person-relation图类,在addPerson时给Graph增加结点,在addRelation时给Graph增加边。在调用sendIndirectMessagequeryLeastConnection时,只需要调用Graph类的dijkstra方法和prim方法。注意在实现这两个方法时要使用堆优化保证性能。

三、性能问题及修复

社交网络中有两个性能提升点:

  1. 管理的对象使用HashMap提高检索速度。

  2. 各个图查询方法按照JML规格实现其时间复杂度将会非常高。具体处理方法参见 二、2. 图构建和维护策略。

由于在架构设计和图维护时考虑了方法性能问题,因此我没有出现性能问题。

四、扩展作业

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)

  • 新增类:

    • Advertiser、Producer、Customer 继承 Person

    • AdvertiseMessage、PurchaseMessage 继承 Message

      • AdvertiseMessage包含属性int productId, int producerId,person1 为 advertiser

      • PurchaseMessage包含属性int productId,person1 为 advertiser,person2 为 producer.

    • 新增异常类

  • 类扩充:

    • Network 新增 int[] productIdList 属性和 int[] productSaleList 属性。

    • Customer新增属性int productId,对应偏好产品。

  • 核心方法扩充:

    1. 发布广告 advertise:

      Advertiser将向所有关联的Customer发送信息。

      /*@ public normal_behavior
       @ requires containsMessage(id) && getMessage(id) instanceof AdvertiseMessage
       @ assignable messages;
       @ assignable getMessage(id).getPerson1().socialValue;
       @ 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 \old(getMessage(id)).getPerson1().getSocialValue() ==
       @         \old(getMessage(id).getPerson1().getSocialValue()) + \old(getMessage(id)).getSocialValue() &&
       @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < people.length; (\old(getMessage(id)).getPerson1().isLinked(people[i]) && people[i] instanceof Customer) ===> (\forall int j; 0 <= j && j < \old(people[i].getMessages().size());
       @         people[i].getMessages().get(j+1) == people[i].getMessages().get(j)));
       @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < people.length; (\old(getMessage(id)).getPerson1().isLinked(people[i]) && people[i] instanceof Customer) ===> (people[i].getMessages().get(0).equals(\old(getMessage(id)))));
       @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < people.length; (\old(getMessage(id)).getPerson1().isLinked(people[i]) && people[i] instanceof Customer) ===> (people[i].getMessages().size() == \old(people[i].getMessages().size()) + 1));
       @ also
       @ public exceptional_behavior
       @ signals (MessageIdNotFoundException e) !containsMessage(id);
       @ signals (NotAdvertiseMessageException e) containsMessage(id) && !(getMessage(id) instanceof AdvertiseMessage);
       @*/
      public void advertise(int id) throws MessageIdNotFoundException, NotAdvertiseMessageException;
    2. 购买产品 purchase

      customer根据已经收到的广告和偏好购买产品。具体行为是customer找到对应广告信息,然后advertiser向producer发送信息。其中getAdvertisement()方法是根据productId返回person.messages中首个关于该产品的广告信息,hasAdvertisement()则是根据productId判断是否有该产品的广告信息。

      /*@ public normal_behavior
       @ requires contains(pid) && getPerson(pid) instanceof Customer
       @ requires containsMessage(mid) && getMessage(mid) instanceof PurchaseMessage
       @ requires getPerson(pid).hasAdvertisement(getPerson(pid).productId) && getPerson(pid).getAdvertisement(getPerson(pid).productId).getPerson1().equals(getMessage(mid).getPerson1())
       @ assignable messages;
       @ assignable getMessage(mid).getPerson1().socialValue;
       @ assignable getMessage(mid).getPerson2().socialValue;
       @ assignable productSaleList;
       @ ensures !containsMessage(mid) && 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 \old(getMessage(mid)).getPerson1().getSocialValue() ==
       @         \old(getMessage(mid).getPerson1().getSocialValue()) + \old(getMessage(mid)).getSocialValue() &&
       @         \old(getMessage(mid)).getPerson2().getSocialValue() ==
       @         \old(getMessage(mid).getPerson2().getSocialValue()) + \old(getMessage(mid)).getSocialValue();
       @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < \old(getMessage(id).getPerson2().getMessages().size());
       @         \old(getMessage(mid)).getPerson2().getMessages().get(i+1) == \old(getMessage(mid).getPerson2().getMessages().get(i)));
       @ ensures \old(getMessage(mid)).getPerson2().getMessages().get(0).equals(\old(getMessage(mid)));
       @ ensures \old(getMessage(mid)).getPerson2().getMessages().size() == \old(getMessage(mid).getPerson2().getMessages().size()) + 1;
       @ ensures (\exist int i; 0 <= i && i < productIdList && productIdList[i] == getPerson(pid).productId; productSaleList[i] == \old(productSaleList[i]) + 1)
       
       @ also
       @ public exceptional_behavior
       @ signals (PersonIdNotFoundException e) !contains(pid);
       @ signals (NotCustomerException e) contains(pid) && !(getPerson(pid) instanceof Customer)
       @ signals (MessageIdNotFoundException e) !containsMessage(mid);
       @ signals (NotPurchaseMessageException e) containsMessage(mid) && !(getMessage(mid) instanceof PurchaseMessage);
       @ signals (NoAdvertisementException) !(getPerson(pid).hasAdvertisement(getPerson(pid).productId) && getPerson(pid).getAdvertisement(getPerson(pid).productId).getPerson1().equals(getMessage(mid).getPerson1()))
       @*/
      public void purchase(int pid, int mid) throws MessageIdNotFoundException, NotPurchaseMessageException, PersonIdNotFoundException, NotCustomerException, NoAdvertisementException;
    3. 查询商品销售额 searchProductSale
      具体行为是根据某productId查询其销售额。

      /*@ public normal_behavior
       @ requires containsProduct(id)
       @ ensures (\exists int i; 0 <= i && i < productIdList.length && productIdList[i] == id; \result == productSaleList[i]);
       @ also
       @ public exceptional_behavior
       @ signals (ProductIdNotFoundException e) !containsProduct(id);
       @*/
      public /*pure*/ int searchProductSale(int id) throws ProductIdNotFoundException;

五、学习体会

  • 第三单元作业难度相对下降,因为不需要对类的交互过程进行复杂的构思设计,只需要在保证性能的前提下实现接口提供的方法即可。因此写作业的过程还是比较顺利的。

  • 第三单元我投入了更多的精力在测试上,包括构造数据基于JML规格测试(可惜之处是课程组推荐的Junit只是浅尝辄止),以及三次作业开发迭代测评机。通过较为完备的测试,我对第三单元作业的正确性还是很有信心的。

  • 第三单元最大的收获个人认为是理论课传授的知识,学习了JML规格,了解了契约式编程的思想。这将是日后学习、工作的重要基石之一。

posted @ 2022-06-05 13:36  SleepEarlyGuy  阅读(31)  评论(1编辑  收藏  举报