1. 实验目标概述

本次实验通过求解三个问题，训练基本 Java 编程技能，能够利用 Java OO 开发基本的功能模块，能够阅读理解已有代码框架并根据功能需求补全代码，能够为所开发的代码编写基本的测试程序并完成测试，初步保证所开发代码的正确性。

另一方面，利用 Git 作为代码配置管理的工具，学会 Git 的基本使用方法。

1. 基本的 Java OO 编程

1. 基于 Eclipse IDE 进行 Java 编程
2. 基于 JUnit 的测试
3. 基于 Git 的代码配置管理

1. 实验环境配置

首先安装JDK，在甲骨文官网找到JDK11的安装程序，登录网页并开始下载。下载成功后，点击程序就可以自动安装，选择自定义安装路径将JDK安装到想要安装的本地目录下。安装成功后可以开始配置环境变量。右击“此电脑”点击属性/高级系统设置/环境变量，增加环境变量JAVA_HOME为Java的安装路径，然后设置JAVA_CLASSPATH。

然后安装Eclipse，在其官网上找到软件包下载地址，点击下载。将下载的压缩包解压至目标目录下，即可正常使用。下载后，需要将Eclipse的Java编译器地址配置到Eclipse并且设置Java编译器版本为11。按照自己的喜好设置软件主题、字体及大小等。配置结果如下图所示。

最后进行Git下载，在官网下载即可。下载完成需要自主学习git的各种命令。在进行GitHub的git版本推送时，由于对git命令的不熟悉，导致无法推送成功，最后通过查看网上教程成功解决。

GitHub Lab1仓库的URL地址：https://github.com/ComputerScienceHIT/HIT-Lab1-120L021603

1. 实验过程
   1. Magic Squares

该任务首先需要编写MagicSquare类，加入方法isLegalMagicSquare来实现判断给定矩阵是否为魔方矩阵，其次要分析并改进实验手册中给出的generateMagicSquare方法。

1. isLegalMagicSquare()

该函数首先要读取文件并将其内容转换为矩阵，然后通过判断该矩阵的每一行、每一列、每一个对角线的元素和是否相同判断矩阵是否为魔方矩阵。在此过程中，要注意判断读取的矩阵是否符合标准，若不符合，直接退出程序。程序流程图如下所示。

将实验提供的五个txt作为输入，判断其是否为魔方矩阵，结果1、2为魔方矩阵，3不是魔方矩阵，4存在负数和小数为违法输入，5存在数字之间并未用\t分割，为违法输入。下图为程序结果截图。

1. generateMagicSquare()

该方法可以产生一个行数列数都为n的魔方矩阵，其主要算法为将1放在第一行中间一列，从而开始一直到n*n每一个数存放的行比前一个数减一，列数加一，如果行数或列数达到矩阵边界，则将行数重置为n-1，列数重置为0；如果第i个数 中i为n的倍数，则把下一个数放在上一个数的下面。转换为该方法的程序流程图为下图。

根据上述算法思想我为函数添加了如下中文注释。

1. int magic[][] = new int[n][n];
2. /*初始值行数为零，列数为n的中值*/
3. int row = 0, col = n / 2, i, j, square = n * n;
4. /*进入循环，每进行n次循环为一个周期，一个周期内magic[row][col]沿对角线方向移动，如果row或col越界，则重置*/
5. for (i = 1; i <= square; i++) {
6. magic[row][col] = i;          /*第i次循环时将i赋值给数组的第row行第col列*/
7. if (i % n == 0)
8. row++;                    /*总共循环n*n次，i每增加n的大小，row就要加一*/
9. else {
10. if (row == 0)             /*row到达边界，将row重置为n-1*/
11. row = n - 1;
12. else
13. row--;                /*否则行数减一*/
14. if (col == (n - 1))
15. col = 0;              /*col到达边界，将col重置为0*/
16. else
17. col++;                /*否则列数加一*/
18. }
19. }

对于这个算法要求输入的n必须为正奇数，当输入的n为偶数时，程序运行后会在控制台报错，根据我对该程序的分析，当n为偶数时，经过有限次循环就会使当row=n-1时，恰好i为n的倍数，此时在上述代码的第九行会使row加一，此后进入下一次循环时magic数组的访问就会溢出。

而当我输入的n为负数时，程序在上述代码的第7行声明数组时就会报错，因为数组的长度不能为负数。

因此为了解决这一问题，需要在进入函数最开始的地方先判断输入n是否合法，若不合法则立刻退出程序，返回false。以下是代码实现部分。

1. if(n % 2 == 0) {
2. System.out.println(n+"是偶数");
3. return false;
4. }
5. if(n < 0) {
6. System.out.println(n+"是负数");
7. return false;
8. }

对函数进行的另外一个扩展是将产生的魔方矩阵输出到6.txt中去，该操作只需要加入写文件操作即可。

将该函数生成的6.txt输入到之前写的函数isLegalMagicSquare，可得到正确结果。以下为结果截图。

1. Turtle Graphics

该任务主要是通过获得GitHub下的代码，进行一些修改在上传到GitHub，主要是需要一些git操作。

1. Problem 1: Clone and import

代码获取：点击实验手册的链接地址，进入GitHub页面，点击下图中的“Down ZIP”，即可下载代码压缩包，解压至想要的本地目录即可。

如需在本地建立git仓库，只需在Git Bash里输入git init，就可创建本地仓库，通过一些git命令可以管理本地开发，如git status查看本地版本状态；git add将本地文件添加到本地git存储库中；git commit将本地git存储库中的文件提交到git库中等等。

1. Problem 3: Turtle graphics and drawSquare

该任务需要通过调用代码中已有的forward、turn方法来编写方法drawSquare。只需要让海龟前进n步，再转向90度，上述操作循环四次即可。实验结果如下图所示。

1. Problem 5: Drawing polygons

绘画正多边形，首先要先完成方法calculateRegularPolygonAngle，计算正多边形的内角度数，根据公式（n-2）*180/n得出结果。然后通过一个循环即可画出正多边形。代码如下所示。

1. public static void drawRegularPolygon(Turtle turtle, int sides, int sideLength) {
2. double angle = calculateRegularPolygonAngle(sides);
3. for(int i = 0;i<sides;i++) {
4. turtle.forward(sideLength);
5. turtle.turn(180 - angle);
6. }
7. }

经过调用，可以得到tutle绘画出的正多边形，下图为正五边形和正八边形的运行结果。

1. Problem 6: Calculating Bearings

首先完成calculateBearingToPoint的编写，在该函数中获得源点与目标点连接的向量与y轴的夹角，与turtle在源点的初始角度做差，就是turtle从源点运动到目标点所需转动的角度。然后在calculateBearings中建立一个循环将每个点与其相邻的点传到calculateBearingToPoint计算，第一次的初始角度为0，其他次角度为前几次角度的累加值与360取模。最后获得所有需要的角度。

1. Problem 7: Convex Hulls

该方法用来求一个点集的凸包，主要算法参考礼品包装算法。其主要思想为先选择这个点集的左下角的点，计算从该点到点集中的其他点所需旋转的角度，选择角度最小的点作为下一个初始点，循环进行上述步骤，直至初始点回到左下角的点。那么循环中用作初始点的所有点的集合就是该点集的凸包。

1. Problem 8: Personal art

该方法要求我们进行自我创造，秉持着抽象艺术的想法，我写了一个十层循环，每个循环画一个正方形，每次迭代正方形的边长变为原来的0.707倍，turtle运动角度偏移45度，画笔换一个颜色。最后产生的图形如下图所示。

1. Submitting

打开Git Bash，输入以下命令：

1. git status
2. git add
3. git commit -m
4. git push -u origin master

即可将本地代码推送到GitHub上。

1. Social Network

建立一个社交网络功能，每个人都是一个节点，两个人是朋友就可以在两个人节点间添加一条无向边。

1. 设计/实现FriendshipGraph类

设计一个FriendshipGraph首先建立一个图。这里通过邻接矩阵来表示节点与节点之间的关系。然后添加变量VertexNum、EdgeNum记录图的节点数量、边数量；添加Map存储Person对象与其Id的对应关系。

该类有三个方法，分别为addVertex、addEdge、getDistance。其中addVertex可以向graph中添加节点，addEdge可以向graph中添加边，getDistance可以获得两个节点之间的最短距离，通过广度优先遍历实现。

1. 设计/实现Person类

Person类暂时只存储了人的姓名。

1. 设计/实现客户端代码main()

首先建立一个graph，生成所有需要在图中存储的Person类，并将其插入到graph中，并将所有Person之间的关系以边的关系存储到graph中去。

关于实验手册中的如果将代码中的第10行注释掉的话，第 14-17 行的代码应输出-1，-1，0，-1，因为此时没有从Rachel到其他节点的路径，运行程序后和预想的一致。

\

如果将第 3 行引号中的“Ross”替换为“Rachel”，我的程序会在添加节点时提示图中已存在相同姓名的人，并直接退出。

1. 设计/实现测试用例

分别设计测试用例来测试FriendshipGraph中的三个方法。对于FriendshipGraph中的方法addVertex，面对输入划分等价类，将输入划分为Person在图中存在或不存在；对于addEdge，面对输入划分等价类，将输入划分为Person在图中存在或不存在；对于getDistance，面对输入划分等价类，可划分为按照路径大小划分0、1、2，按照输入划分，在图中、不在图中，按照输入的两个点的关系划分，是同一个点，不是同一个点。

将上述测试用例按照全部覆盖原则进行测试，测试结果为全部通过。下图为测试结果截图。

1. 实验进度记录

日期	时间段	任务	实际完成情况
2022-4-29	19:30-22:00	安装实验环境，学习git的使用	按计划完成
2022-04-30	19:30-22:00	编写问题一的大部分函数	按计划完成
2022-05-01	11:00-12:00 15:20-16:00	结束问题一的全部编写与问题二的全部编程	按计划完成
2022-05-01	19:00-19:30	编写问题三部分程序	按计划完成
2022-05-01	19:00-19:30	编写问题三全部程序	超出预计时间
2022-05-02	15:00-15:30	测试问题三代码	超出预计时间
2022-05-02	15:30-18:00	编写问题二代码	按计划完成
2022-05-02	19:19-22:19	编写问题二代码，填写报告	按计划完成

1. 实验过程中遇到的困难与解决途径

遇到的困难	解决途径
Git 命令不熟，导致无法将代码push到GitHub上	上网百度教程，进行系统学习后解决
在编写问题三的getDistance时不会编写最短路径代码	找到了上学期学习的《数据结构与算法》一书，重新进行了学习
编写问题三的getDistance时,测试代码时发现结果不正确，调了半天	第二天上软件构造课时，老师讲到了immutable和mutable变量之间的区别，发现自己创建mutable变量时直接引用了其他变量的地址，导致多个变量指向同一个地址。就改回来了

1. 实验过程中收获的经验、教训、感想
   1. 实验过程中收获的经验和教训（必答）

经过这次实验，我学会了使用git进行版本管理，以及Java的语言规范并且学会了利用Junit对自己写的程序进行测试。关于这次实验的经验教训，最让我印象深刻的莫过于在编写程序时一定要注意每个变量的性质，是否为mutable变量，如果是，则要尽力避免该变量的不安全性。

1. 1. 针对以下方面的感受（必答）
2. Java编程语言是否对你的口味？与你熟悉的其他编程语言相比，Java有何优势和不足？

是，和我熟悉的其他语言相比，Java的优点是面向对象编程，使程序的每个部分都更加清晰，更加模块化，因此每个模块的独立性与可复用性相对更强；并且有Junit这样的测试库，有利于大型编程场景下对于不够的测试与调整；

有较为完整的错误处理机制，对于每个变量有更为系统的权限设置，更适合防御性编程；关于不足，和C语言相比可能不太适合底层，并且速度也相对较慢。

1. 关于Eclipse或IntelliJ IDEA，它们作为IDE的优势和不足；

优势：作为Java的集成开发平台，它有较为完整的Java开发工具与相关库的支持；

不足：关于Eclipse，我在编写程序时感觉它在自动补足的功能上不如VS等平台做的好。

1. 关于Git和GitHub，是否感受到了它在版本控制方面的价值；

是，这样一个版本控制工具对于一个大型编程项目来说尤其重要，可以实现团队协同编程，并且可以在任何时候进行版本回溯，不必担心新版本崩溃时无法恢复到原来版本。

1. 关于CMU和MIT的作业，你有何感受；

我觉得他们的作业比较经典。

1. 关于本实验的工作量、难度、deadline；

关于本实验的工作量不能说少，因为需要配置环境，学习一门新语言，然后才能正式进入编程阶段，不计算撰写报告之前的Java学习时间，环境配置时间，我总共用了15个小时才大致完成所有内容，并且我还没有计算之后的Java可执行文件生成实践；至于难度，实验本身难度不大，但是有配置环境、语言不同等加成也不算简单。Deadline给了一周的时间，如果不是和一门考试撞上的话还算充裕。

1. 关于初接触“软件构造”课程；

很期待之后的学习，希望能通过进一步的学习规范自己的代码编写习惯，提高自己编写的代码质量。

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