OO第三单元总结

OO第三单元总结

一、自测策略

​ 本次实验最开始是想使用第九次ppt上的openjml来进行测试，但是这个方法实在是太“先进”了，网上几乎找不到他相关的任何资料（除了我们学校大佬写的博客😭），不是我这种人能够掌握的。所以我的目光移向了第二种方法，即课程组介绍的工具Junit，但是这个方法的数据与答案都需要自己构造，（我觉得这个方法检测bug的前提是已经找到了bug），而且无法支持大规模的测试，最后还是利用数据生产器与对拍器来检测错误。在数据生成器中，在每次都会生产大量必要数据的前提下，支持对于不同指令的泛式或集中式测量。

while i < 10000:
        number = random.randint(0, 14)
        #number = 8
        if i < 50:
            number = 8
        else:
            number = 14
        if number == 0:
            f.write("qci " + str(random.randint(0, numof_person)) + " " +
                    str(random.randint(0, numof_person)) + "\n")
            i += 1
        elif number == 1:
            f.write("qbs\n")
            i += 1
        ..........

​ 通过与同学的代码进行对拍来检测错误，并返回此次总共运行的时间，方便进行代码的优化。

import os
import time

if __name__ == "__main__":
    for i in range(1):
        os.system("python testDijkstra.py")
        now = time.time()
        os.system("java -jar jar1.jar < testPoints.txt > output1.txt")
        print(time.time() - now)
        now = time.time()
        os.system("java -jar jar2.jar < testPoints.txt > output2.txt")
        print(time.time() - now)
        os.system("fc  output1.txt output2.txt > result.txt")

二、图模型构建和维护策略

​ 图模型的构建：本次作业中是把Person当作点，Person与Person之间的value当作权重来构建带权无向图。

​ 维护策略：由于在互测时，通常会构建复杂度高的数据来卡爆时间，所以在写算法是应该尽量使用维护发而不是计算法。在本单元作业中需要用维护的指令有：

qbs：

​ 这一条指令要着重了解指令的真正含义：按照JML的描述复杂度是O(n^2)，但实际的含义是一共有多少个"Block"，通过维护可以将复杂度降至O(1)。

qlc：

​ 求最小生成树，可以通过维护来降低复杂度，但是这条指令被限制在了20条以内，不会产生太大的影响。

qgvs:

​ 平平无奇的指令，但是按照JML的描述复杂度是O(n^2)，需要用维护的方法将复杂度降至O(n)。

维护的方法：

​ 是否处于同一连通图：加入（删除）Person（value）时，利用并查集对队列信息进行更新，在调用时，直接从队列中取出。

​ 最小生成树：先将该连通图中的边按照从大到小的顺寻排列，然后利用Kruskal算法，值得一提的时类的创建与删除是一个很费时间的操作，如果可以应该尽量重复利用，来减少cpu运行花费的总时间。

​ 单源最短路径：利用Dijkstra算法，但使得注意的是，利用java内置的PriorityQueue来实现对元素的大小排序（在不知道这个容器时，自己写了一个功能类似的容器，但因为有太多的创建与删除，性能上远不及java内置的容器），将复杂度从O(n^2)降到O(n)。

三、性能问题和修复情况

1）第九次次作业

​ 在本次作业中，我的强测用于初心大意wa掉了一个点，并且在queryBlockSum与并查集的性能上没有做的优化。优化方案：1）在queryBlockSum中，我原本是按照JM规格的要求，写了O(n^2)复杂度的表达式，我改良其为维护一个常数，即只需判断此时的并查集中根节点的数量（fa[i]==i），就能获得此时block的数量。在并查集上，我也是用压缩路径来减少了访问的次数。

原路径：

graph TD A[节点A]-->B[节点B] B-->C[节点C] C-->D[节点D] D-->E[节点E] E-->F[节点F]

转化为：

graph TD A[节点A]-->F[节点F] B[节点B]-->F C[节点C]-->F D[节点D]-->F E[节点E]-->F

2）第十次作业

​ 本次作业在强测与互测中均为被检测处bug，但在自己测试时却出现了一个令人哭笑不得的bug，对我就有教育意义，bug始于上一次作业（由于第九次作业并未测试所有的指令）。JML的规格描述如下：

/*@ ensures \result == (\sum int i; 0 <= i && i < people.length; 
      @          (\sum int j; 0 <= j && j < people.length && 
      @           people[i].isLinked(people[j]); people[i].queryValue(people[j])));
      @*/
    public /*@ pure @*/ int getValueSum();

我的写法是：

@Override
    public int getValueSum() {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < people.size(); i++) {
            for (int j = 0; j < people.size() && people.get(i).isLinked(people.get(j)); j++) {
                sum += people.get(i).queryValue(people.get(j));
            }
        }
        return sum;
    }

看是何描述一模一样，实际上意义却完全不同。这告诉我，写的时候要动脑子。同时，这样O(n^2)的指令并不能满足互测的需求，最后改为维护一个常数来将指令的复杂度降为O(1)。

3）第十一次作业

​ 本次作业在强测与互测中均为被检测处bug，但我着重于性能上的优化，对于我的程序而言，有两个指令的耗时远远超过其他两个指令，第一个便是qlc，这个指令时所有指令中耗时最大的一条指令，但幸运的是，本条指令的次数被限定为20条，无论是否进行优化都不会产生致命的影响。第二个就是sim，这个指令关乎着此次是否会超时，首先，按照常规的写法，很容易就会被卡爆。最开始，我是使用自己定义的容器去优化，但后来发现java自带的PriorityQueue可以实现自动排序，拥有比自己容器更高的效率。

四、扩展Network，撰写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）

显然Advertiser，Producer，Customer都是继承自Person的子类。

同时，商品时一种特殊的消息，经由Advertiser转发给Customer

查询销售额:

/*@ public normal_behavior
  @ requires (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;  messages[i].getId() == id  && messages[i] instanceof Product)&&
  @          (\exists int j; 0 <= j && j < people.length; people[j] instanceof Producer &&
  @           people[j].getId() == ((Product)messages[i]).getProducer);
  @ assignable \nothing
  @ ensures \result == getMessage(id).getProducer().getSale();
  @ also
  @ signals (MessageIdNotFoundException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;  messages[i].getId() == id  
  @          && messages[i] instanceof Product)
  @ signals (EqualPersonIdException e) (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;  messages[i].getId() == id  
  @          && messages[i] instanceof Product)&&
  @          !(\exists int j; 0 <= j && j < people.length; people[j] instanceof Producer &&
  @          people[j].getId() == ((Product)messages[i]).getProducer);
  @*/
public /*@ pure @*/int queryProductValue(int id);

查询销售路径

/*@ public normal_behavior
  @ requires (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;  messages[i].getId() == id  && messages[i] instanceof Product)&&
  @          (\exists int j; 0 <= j && j < people.length; people[j] instanceof Producer &&
  @           people[j].getId() == ((Product)messages[i]).getProducer);
  @ assignable \nothing
  @ ensures \result == getMessage(id).getProducer().getAdvertisers();
  @ also
  @ public exceptional_behavior
  @ signals (MessageIdNotFoundException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;  messages[i].getId() == id  
  @          && messages[i] instanceof Product)
  @ signals (EqualPersonIdException e) (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;  messages[i].getId() == id  
  @          && messages[i] instanceof Product)&&
  @          !(\exists int j; 0 <= j && j < people.length; people[j] instanceof Producer &&
  @          people[j].getId() == ((Product)messages[i]).getProducer);
  @*/
public /*@ pure @*/List<Advertiser> queryProductPath(int id);

购买商品

/*@ public normal_behavior
  @ requires (\exists int i; 0 <= i && i < \old(messages).length;  \old(messages)[i].getId() == id1  
  			  && \old(messages)[i] instanceof Product)&&
  @          (\exists int j; 0 <= j && j < people.length; people[j] instanceof Producer &&
  @           people[j].getId() == ((Product)messages[i]).getProducer)&&
  @          (\exists int k; 0 <= k && k < people.length;  people[k].getId() == id2  && people[k] instanceof Customer);
  @ assignable people, messages
  @ ensures getPerson(id2).money == \old(getPerson(id2).money)-\((Product)old(getmessage(id1))).getMoney;
  @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < \old(people.length) && people[i].getId != id2;
  @         (\exists int j; 0 <= j && j < people.length; people[j] == (\old(people[i]))));
  @ ensures getMessage(id).getProducer() = \old(getMessage(id).getProducer()) + \((Product)old(getmessage(id1))).getMoney;
  @ ensures (\forall int i; 0 <= i && i < \old(messages.length) && messages[i].getId != id1;
  @         (\exists int j; 0 <= j && j < messages.length; messages[j] == (\old(messages[i]))));
  @ public exceptional_behavior
  @ signals (MessageIdNotFoundException e) !(\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;  messages[i].getId() == id1  
  @          && messages[i] instanceof Product)
  @ signals (EqualPersonIdException e) (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;  messages[i].getId() == id  
  @          && messages[i] instanceof Product)&&
  @          !(\exists int j; 0 <= j && j < people.length; people[j] instanceof Producer &&
  @          people[j].getId() == ((Product)messages[i]).getProducer);
  @ signals (EqualPersonIdException e) (\exists int i; 0 <= i && i < messages.length;  messages[i].getId() == id  
  @          && messages[i] instanceof Product)&&
  @          (\exists int j; 0 <= j && j < people.length; people[j] instanceof Producer &&
  @          people[j].getId() == ((Product)messages[i]).getProducer)&&
  @          !(\exists int k; 0 <= k && k < people.length;  people[k].getId() == id2  && people[k] instanceof Customer);
  @*/
public void buyProduct(int id1, int id2);

五、学习体会

​ 经过本单元的学习，我学会了使用JML规格来描述代码实现的基本要求。总的来说，JML语言与java语言有着明显的相同之处，总所周知，JML适用于描述程序实现的要求的，即在开始编程前用JML先表述一次要求。其实在本单元刚开始时，我不是很理解JML的作用，我当时认为，既然你都开始用语言规范化描述了，还不如直接用java写，但在后来的编程练习中，我渐渐的感受到了JML语言的好处，举个简单的例子，JML语言不需要考虑方法的复杂度，只需要描述时保障正确性即可，具体实现方法交给实现的人去做，在多人合作编程时，先用JML语言描述一遍功能，无疑可以减少协作的难度，总的来看，是一门很有用的技术。

posted on 2022-06-03 20:11  计组战力单位  阅读(21)  评论(0)  编辑  收藏  举报