1. 实验目标概述

本次实验训练抽象数据类型（ADT）的设计、规约、测试，并使用面向对象编程（OOP）技术实现ADT。具体来说：

l针对给定的应用问题，从问题描述中识别所需的ADT；

l设计ADT规约（pre-condition、post-condition）并评估规约的质量；

l根据ADT的规约设计测试用例；

lADT的泛型化；

l根据规约设计ADT的多种不同的实现；针对每种实现，设计其表示（representation）、表示不变性（rep invariant）、抽象过程（abstraction function）

l使用OOP实现ADT，并判定表示不变性是否违反、各实现是否存在表示泄露（rep exposure）；

l测试ADT的实现并评估测试的覆盖度；

l使用ADT及其实现，为应用问题开发程序；

在测试代码中，能够写出testing strategy并据此设计测试用例。

  1. 实验环境配置

进入eclemma官网下载文件安装并使用eclemma

  1. 实验过程

请仔细对照实验手册，针对两个问题中的每一项任务，在下面各节中记录你的实验过程、阐述你的设计思路和问题求解思路，可辅之以示意图或关键源代码加以说明（但千万不要把你的源代码全部粘贴过来！）。

  1. Poetic Walks

这个实验的主要目的是测试 ADT 的规约设计和 ADT 的多种不同的实现，并练习 TDD 测试优先编程的编程习，在后面练习 ADT 的泛型化。

  1. Get the code and prepare Git repository

从下图处获取所需代码，创建新的项目后按照要求建立目录。

如何从GitHub获取该任务的代码、在本地创建git仓库、使用git管理本地开发。

  1. Problem 1: Test Graph <String>

这里要完成提供的单元测试中的Junit测试类GraphInstanceTest.java。首先根据实验要求可知，GraphInstanceTest.java是对Graph类的单元测试，所以我们需要知道Graph类包含的方法，并根据给定的函数规约了解方法对应的设计要求：

testAdd():测试是否能加入一个新的顶点，如果返回true则成功，如果返回false则没能加入。

testSet():加入一条新的边，测试返回值是否是0，如果是0则成功，反之失败。再继续向图中以一定权重加刚才加入的边，测试返回值是否是刚才的权重。最后以0权重加入这条边，判断是否存在边

testRemove():向图中加入一定的边，删除某顶点，测试被删除顶点的边是否依然存在

testVertices():向图中加入顶点测试集合是否正确

testSources():向图中加入顶点和边测试是否返回源头点和权重

testTargets():向图中加入顶点和边测试某个顶点相连是否正确

覆盖率为：

 Problem 2: Implement Graph <String>

以下各部分，请按照MIT页面上相应部分的要求，逐项列出你的设计和实现思路/过程/结果。

  1. Implement ConcreteEdgesGraph

实现ConcreteEdgesGraph类，即通过将边当作基本单位来表示图。这里给出了ConcreteEdgesGraph类的框架同时要求使用辅助类Edge实现ConcreteEdgesGraph类，并编写相关的单元测试。

（一）实现Egde类：

1）根据定义，Edge中应包含源点、终点、权值三个成员，依次给出其定义：

private final L source;

private final L target;

private final int weight;

2）在Edge中需要实现的方法如下：

Edge:初始化构造方法，初始化新边的两个点和边的权值

checkRep:检查表示不变性,边不为空且权值大于等于0

getsource:返回边的一个点source

gettarget :返回边的另外点target

getweight:返回边的weight

toString:返回一条边的字符串，形式为“起点->终点权重为xx”

3）随后给出其AF、RI等信息：

Abstraction function:

AF(source) =边的起点

AF(target) =边的终点

AF(weight) =边的权值

Representation invariant:

lweight >=0  source和target不为空

Safety from rep.exposure:

将source,target,weight设置为private

4）Test策略：

（二）实现ConcreteEdgesGraph类

1）ConcreteEdgesGraph的字段中应该包括顶点set表和边list表，定义私有类型为：

2）在ConcreteEdgesGraph中需要实现的方法为：

ConcreteEdgesGraph

构造方法

checkRep

检查表示不变性，edges长度是大于0的实数，有起始的节点

add

顶点不为空时，添加一个顶点进入点表中

set

输入source，target，weight，分别为边的起点、终点和权值。若权值为负，返回-1。若权值为正且新边已经存在，则除去原边并添加新边。若权值为正且新边不存在，则直接添加新边。若权值为0且新边已经存在，则出去原边。只要改变了原边权值，都返回原边权值，没有权值则返回0

remove

除去某个点及与它相邻的所有边。只需要遍历edges，寻找是否有边的起点或者终点为该点，直接删去即可，使用迭代器实现。

vertices

返回所有的点集

sources

输入一个终点，返回与它相连的所有边和起点构成的Map

targets

输入一个起点，返回与它相连的所有边和终点构成为的Map

toString

将整个图中所有点的指向转化为一条字符串输出

3）AF,RI和Safety from rep exposure为：

Abstraction function :

AF(vertices)=图中的点

AF(edges)=图中的边

Representation invariant:

edges长度是大于o的实数，有起始的节点

vertex点必须包含在vertices中

两个点之间最多只有一条边

Safety from repexposure:

将vertices和edges设置为private

由于vertices和edges是mutable，所以在返回他们时进行了defensive copies

4）Test策略：

正在上传…重新上传取消

Test结果：
正在上传…重新上传取消

覆盖率为：

正在上传…重新上传取消

  1. Implement ConcreteVerticesGraph

（一）实现Vertices类：

(1).Vertices的字段中应当包括点的名字，点的源点表Map，点的终点表Map，定义私有类型的表如下图所示：

正在上传…重新上传取消

(2).在Vertices需要实现的方法：

Vertex

初始化构造方法，用点的名字创建

checkRep

检查表示不变性，每个边的权值应该大于0

getmark

返回点的名字mark

getsource

返回能到达该点的所有点和边构成的Map

gettarget

返回某个点能到达的所有点和边构成的Map

addsource

在源点Map中加入某源点，若weight不为0，则将其加入source中(若源点已存在，则更新其weight并返回原weight，不存在则直接构建新点并返回0)。若weight为0，则移除源点(不存在返回0，存在返回原weight)

addtarget

在终点Map中加入某终点，若weight不为0，则将其加入target中(若终点已存在，则更新其weight并返回原weight，不存在则直接构建新点并返回0)。若weight为0，则移除终点(不存在返回0，存在返回原weight)

removesource

在源点表中删除某起始点，并返回旧的边长

removetarget

在终点表中删除某终点，并返回旧的边长

toString

得到一个点的字符串表示

(3).AF,RI和Safety from rep exposure：

正在上传…重新上传取消

4）Test策略：

（二）实现ConcreteVerticesGraph类

(1).ConcreteVerticesGraph的字段为Vertex构成的List，定义私有类型的表如下图所示：

(2).在ConcreteVerticesGraph需要实现的方法：

ConcreteVerticesGraph

构造方法

checkRep

检查表示不变性，vertices中不能有重复点

add

顶点不为空时，添加一个顶点进入点表中

set

输入source，target，weight，分别为边的起点、终点和权值。若权值为负，返回-1。若权值为正且新边已经存在，则除去原边并添加新边。若权值为正且新边不存在，则直接添加新边。若权值为0且新边已经存在，则出去原边。只要改变了原边权值，都返回原边权值，没有权值则返回0

remove

除去某个点及与它相邻的所有边。只需要遍历vertices，寻找是否有与待删除点相同的名字的点直接删去即可，如果名字不相同，则在该点的源点表和终点表中寻找删去即可，使用迭代器实现。

vertices

返回所有的点集

sources

输入一个终点，返回与它相连的所有边和起点构成的Map

targets

输入一个起点，返回与它相连的所有边和终点构成为的Map

toString

将整个图中所有点的指向转化为一条字符串输出

(3).AF,RI和Safety from rep exposure：

(4).Test策略：

继承Graph的测试策略，只需要增加toString的测试即可

测试结果：

覆盖率：

  1. Problem 3: Implement generic Graph<L>

    1. Make the implementations generic

使用泛型实现即可：

在修改过程中通过eclipse提示的错误修改即可完成：

  1. Problem 4: Poetic walks

任务要求我们实现一个类，利用之前实现的图结构，能够将语料库转化为该种图结构，并且在图中搜索，完成对输入的诗句的句子进行扩充。

  1. Test GraphPoet

Test策略：

实现读入一系列满足要求的文件：

测试结果为：

覆盖率为：

  1. Implement GraphPoet

(1). GraphPoet的字段为String构成的Graph，定义私有类型的表：

(2). AF,RI和Safety from rep exposure：

(3).在GraphPoet中需要实现的方法：

GraphPoet

输入文件的路径，一行一行读入，储存在List中，然后每次取相邻的元素，在图中添加新的边

checkRep

检查不变性，必须保存从语料库文件生成的图

poem

输入需要进行扩充的字符串，声明声明一个StringBuilder保存，每次读取一个词，当前词作为source，下一个词作为target，然后在garph中寻找source的终点表中是否有与target的源点表中相同的元素，并且找到权值最大的和的点加入source和target之间，具体实现为：正在上传…重新上传取消

返回扩充后的字符串

toString

调用ConcreteEdgesGraph中的toString方法，将整个图中所有点的指向转化为一条字符串输出
  1. Graph poetry slam

在提供代码的基础上增加一个toString的输出：

运行main函数输出为：

  1. Before you’re done

请按照http://web.mit.edu/6.031/www/sp17/psets/ps2/#before_youre_done的说明，检查你的程序。

如何通过Git提交当前版本到GitHub上你的Lab2仓库。

在这里给出你的项目的目录结构树状示意图。

  1. Re-implement the Social Network in Lab1

这次实验要求我们基于Poetic Walks中定义的Graph<L>及其两种实现（本人使用的是ConcreteVerticesGraph<L>），实现Lab1中Social NetWorek中的各种功能，并且尽可能复用ConcreteVerticesGraph<L>中已经实现的方法，然后运行提供的main()和执行Lab1中的Junit测试用例，使之正常运行。

  1. FriendshipGraph类

(1).FriendshipGraph的字段为Person构成的ConcreteEdgesGraph，定义私有类型的表：

正在上传…重新上传取消

(2).在FriendshipGraph需要实现的方法：

FriendshipGraph

构造方法

addVertex

在图中增加新Person，只需要调用ConcreteEdgesGraph中的add即可：

正在上传…重新上传取消

addEdge

为某个人增加朋友,a为这个人，b为增加的朋友,直接调用ConcreteEdgesGraph中的set即可：

正在上传…重新上传取消

getallprople

直接返回即可：

正在上传…重新上传取消

getDistance

得到两个人之间的最短距离。与Lab1类似，稍加修改即可：

实现此功能我们需要了解先广方式求最短路径的方法。首先我们需要知道若两个Person对象为同一个，则返回0。然后定义一个Map集合theway和一个Person队列myqueue，队列myqueue用来储存广搜的遍历结果，theway的Map集合用来储存广搜的所有元素及他们与第一个元素的距离。具体实现方法为首先将第一个元素c1入队，并且把第一个元素c1和下标0入集合，当队列非空时，弹出队首元素top，并且得到top在集合theway中的下标distance，然后定义一个Map为friend，执行personGraph.targets(top)得到队首元素的所有朋友的Map，然后定义Set为allfriend，对刚才的friend执行keySet()得到allfriend，只要allfriend中的元素与c2不同，就把这些元素全部入队，并且把这些元素及下标distance+1放入集合。只要队列非空，继续执行以上步骤，直到找到某个元素与c2相同并且返回这个元素在集合theway中的下标。如果直到队列为空还没找到c2，则返回-1：

正在上传…重新上传取消

main

复制Lab1的即可

(3).AF,RI和Safety from rep exposure：

正在上传…重新上传取消

  1. Person类

(1).FriendshipGraph的字段为Person构成的ConcreteEdgesGraph，定义私有类型的表:

正在上传…重新上传取消

(2).在FriendshipGraph需要实现的方法:

Person

没有重复名字则加入，构造方法

getmyname

返回本人名字，直接返回即可

(3).AF,RI和Safety from rep exposure:

正在上传…重新上传取消

  1. 客户端main()

正在上传…重新上传取消

原实验报告所对应图输出运行结果：

正在上传…重新上传取消

  1. 测试用例

Test策略：

正在上传…重新上传取消

正在上传…重新上传取消

正在上传…重新上传取消

正在上传…重新上传取消

Test结果：

正在上传…重新上传取消

覆盖率：

正在上传…重新上传取消

  1. 提交至Git仓库

如何通过Git提交当前版本到GitHub上你的Lab2仓库。

https://github.com/ComputerScienceHIT/HIT-Lab2-120L021402.git

在这里给出你的项目的目录结构树状示意图。

正在上传…重新上传取消

  1. 实验进度记录

请使用表格方式记录你的进度情况，以超过半小时的连续编程时间为一行。

每次结束编程时，请向该表格中增加一行。不要事后胡乱填写。

不要嫌烦，该表格可帮助你汇总你在每个任务上付出的时间和精力，发现自己不擅长的任务，后续有  意识的弥补。

日期

时间段

计划任务

实际完成情况

5.21

18:00-22:00

P1中边图类

延时完成

5.22

16:00-22:30

完成P1边图类

完成

5.23

19:00-23:00

P1点图类

完成

5.24

18:00-22:30

完成P1点图类

完成

5.25

18:00-22:00

完成P1中的诗集类

延时完成

5.26

17:50-22:20

P1诗集类

完成

5.27

19:00-22:30

P1中点图和边图的test

完成

5.28

20:00-22:40

完成P1除了测试外的报告

完成

5.29

14:00-20:30

P1的所有测试

完成

5.29

13:00-21:00

完成P2及测试

延时完成
  1. 实验过程中遇到的困难与解决途径

遇到的难点

解决途径

刚开始写P1时不太明白要求，不太理解

多次揣摩出题人意图

不太理解泛型

在CSDN上学习使用
  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

java的使用还是不够熟练，需要多加练习。在自行设计多种类来实现功能的情况下，自己设计的很多类之间有很多重复和矛盾的部分，很多关系弄不清楚，代码很冗杂，测试起来也较麻烦。

    1. 针对以下方面的感受
  2. 面向ADT的编程和直接面向应用场景编程，你体会到二者有何差异？

面向对象能够每次完成对某个对象的编程，与面向过程的编程的思路完全不一样。

  1. 使用泛型和不使用泛型的编程，对你来说有何差异？

泛型能够适应更多的变化，更加灵活。

  1. 在给出ADT的规约后就开始编写测试用例，优势是什么？你是否能够适应这种测试方式？

能够保证代码的正确性，及时修改。不适应。

  1. P1设计的ADT在多个应用场景下使用，这种复用带来什么好处？

可以提高代码的利用率，减少重复。

  1. 为ADT撰写specification, invariants, RI, AF，时刻注意ADT是否有rep exposure，这些工作的意义是什么？你是否愿意在以后编程中坚持这么做？

最开始一头雾水，后来通过慢慢分析对每个类进行了实现，但是还是很多方法用的很繁琐，并且很多类很重复，一些功能没有用到。

  1. 关于本实验的工作量、难度、deadline。

防止内部变量被外部修改。很繁琐，写但了更好。

  1. 《软件构造》课程进展到目前，你对该课程有何体会和建议？

工作量很大。

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