哈工大2021春软件构造实验总结
哈工大2021春软件构造实验总结
文章目录
- 一、实验一
- 1. 实验概述
- 1.1 Magic Squares
- 1.2 Turtle Graphics
- 1.3 Social Network
- 2. 实验感受
- 二、实验二
- 1. 实验概述
- 1.1 Poetic Walks
- 1.2 Re-implement the Social Network in Lab1
- 2. 实验感受
- 三、实验三
- 1. 实验概述
- 1.1 管理系统的介绍
- 1.2 管理系统的实现策略
- 1.3 管理系统的APP实现
- 2. 实验感受
- 总结
一、实验一
1. 实验概述
1.1 Magic Squares
- 介绍：n阶幻方是一个n*n矩阵，其中矩阵的数通常为不同的整型数，每一行之和，每一列之和，两条对角线之和，都需要保持一致。
- 本任务要求对幻方进行判断，并要求能够处理输入文件的各种特殊情况，例如：文件中的数据不符合 Magic Square 的定义（行列数不相等、并非矩阵等）、矩阵中的某些数字 并非正整数、数字之间并非使用\t分割等。若遇到这些情况，终止程序 执行（isLegalMagicSquare 函数返回 false），并在控制台输出错误提示信息。
1.2 Turtle Graphics
- 该任务是通过调用turtle的方法库，主要是方法forword(units)和turn(degrees)，实现一系列的画图操作
- 凸包问题的解决
（1）介绍：凸包问题是在平面上的一系列点中，找到一个最小的点集，使之能够包围所有的点，类似于边界，而这一最小点集即平面上这些点的凸包。
（2）解决思路：采用Jarvis步进法，先找到最左下角的点（点的X分量最小，若多个点X分量相同，选择其中Y分量最小的点），则它一定是凸包的一个顶点。接着相对于前一个点，找到两点连线与上一连线夹角最小的点。在一搜索过程中，需要遍历凸包外其他所有的点。重复以上过程，直到回到起始点。特别的，三个点以内的凸包为其本身。
（3）实现代码
for(Point k : points){if(k.equals(currentPoint))continue;//找到最近加入凸包的点与凸包外所有点之间转动角度最小的点，加入凸包angle = calculateBearingToPoint(preAngle, (int)currentPoint.x(), (int)currentPoint.y(), (int)k.x(), (int)k.y());if (nextAngle > angle) {distance = Math.pow(k.x()-currentPoint.x(), 2)+Math.pow(k.y()-currentPoint.y(), 2);nextAngle = angle;nextPoint = k;}//如果角度相等，选择距离最远点else if (nextAngle == angle) {if(distance < (Math.pow(k.x()-currentPoint.x(), 2)+Math.pow(k.y()-currentPoint.y(), 2))){distance = Math.pow(k.x()-currentPoint.x(), 2)+Math.pow(k.y()-currentPoint.y(), 2);nextPoint = k;}}}
- 个性化画图展示
1.3 Social Network
本任务刻画的社交网络是无向图，FriendshipGraph代表社交网络中的朋友关系，并且能够计算图中两人的社交距离，Person用来定义社交网络的对象。
（1）main函数实现
2. 实验感受
（1）初次接触软件构造的实验，最大感受就是应该提前学习Java编程语言；
（2）遇到问题多思考，多与同学交流经验，你遇到的困难（Git、Github等）有可能别人已经遇到并已经解决
二、实验二
1. 实验概述
1.1 Poetic Walks
任务描述
此任务第一部分是实现类型Graph，它是带有标记顶点的可变加权有向图的抽象数据类型。
可变图：可以在图中添加和删除顶点和边
有向边：边从源顶点到目标顶点
加权边：边与正整数权重相关联
标记的顶点：顶点通过某种不可变类型的标签来区分，例如它们可能有String名称或IntegerID可变加权有向图的接口的实现分为两种，一种是以边为对象，另一种是以顶点对象，要求独立完成所需要的方法功能。
GraphPoet： 用语料库初始化，然后在给定输入的情况下，使用由该语料库定义的词亲和图来诗意地转换输入，其中：顶点是不区分大小写的单词，并且边权重是有序的邻接计数。
（1）实现结果
1.2 Re-implement the Social Network in Lab1
- 任务描述：FriendshipGraph中应提供addVertex()、addEdge() 和getDistance()三个方法:针对addVertex() 和addEdge() ，需要尽可能复用ConcreteEdgesGraph或ConcreteVerticesGraph中已经实现的add()和set()方法，而不是从0开始写代码实现或者把你的Labl相关代码直接复制过来;针对getDistance()方法，请基于你所选定的ConcreteEdgesGraph或ConcreteVerticesGraph的rep来实现，而不能修改其rep。
- 通过将社交网络定义ConcreteEdgesGraph或ConcreteVerticesGraph，再调用第一部分实现的方法实现社交网络的方法功能即可。
（1）社交距离的设计思路：
从person_1起，通过广度优先搜索+队列遍历社交图，每到新一层的社交网络，距离+1，直至到person_2，其中某人的直接朋友可以采用方法sources(L target)或者targets(L source)得知；
（2）社交距离的实现：
while (!queue.isEmpty()) {Person outQueuePerson = queue.poll();socialDistance = Path.get(outQueuePerson);//对于出队人的所有直接朋友for (Person e : personGraph.sources(outQueuePerson).keySet()) {if (!Path.containsKey(e)) {Path.put(e, socialDistance + 1);if (e == person_2)return Path.get(person_2);}queue.offer(e); //直接朋友全入队}}
2. 实验感受
(1) 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？
面向过程是以“算法”为中心，通过使用函数实现各个步骤，并依次调用实现的函数解决问题；
面向对象是以“对象”为中心，在设计好相应的对象后（对象的属性），将对象在整个问题中的相关行为封装到一起（对象的方法），然后各个对象共同将整个事情完成；
区别：
- 面向过程的出发点是综合分析，面向对象的出发点是构造对象。
- 面向过程是一种自顶向下的编程，面向对象是将事物高度抽象化，所以首先要建立抽象数据类型（ADT）。
- 面向过程传递的是参数或全局变量，面向对象的直接调用方法。
（2）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？
- 提前写好测试用例，可以一开始就明确用户需求，根据需求明确编码，而在编码过程中，也可以及时根据测试进行核实，确认其是否符合要求，测试可以去除程序本身bug之外脱离用户需求的问题，即步步为赢。
- 对于初次使用此种方法，使用起来有些别扭，需要一定的时间来消化，最重要的是要明确ADT及其规约。
（3）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？
- 首先能够明确ADT的书写规范和用户需求，其次有利于及时记录编写者的思考和灵感，以便编写者以后或者其他人使用和改进。
三、实验三
1. 实验概述
1.1 管理系统的介绍
应用一：值班表管理（DutyRoster）：
对于一个单位的 n 个员工，在每个时间段内，每天只能安排唯一一名员工在单位值班，且不能出现某天无人值班的情况（值班表不能出现空缺）；每个员工若被安排值班 m 天 （m>1），那么需要安排在连续的 m 天内。值班表内需要记录员工的名字、职位、手机号码，以便于外界联系值班员。应用二：操作系统进程调度管理（ProcessSchedule）
计算机上有一个单核 CPU，操作系统可以创建多个进程，它们被调度在 CPU 上执行，操作系统可自由决定在各个时段内执行哪个线程。操作系统可挂起某个正在执行的进程，也可以在后续时刻恢复执行被挂起的进程。
注意：每个时间只能有一个进程在执行，其他进程处于休眠状态（被挂起）；一个进程的执行可以被分为多个时间段；在特定时刻，CPU可以“闲置”，即操作系统没有调度执行任何进程；操作系统对进程的调度无规律，可看作是随机调度。大学课表管理（CourseSchedule）
针对某个班级，其课程都是周期性出现的，而且周期数与学期的总周数保持一致。所以每学期的第一天应该从周一开始，否则会破坏课程的周期性。对于每一门课而言一门课程每周可以出现 1 次，也可以安排多次且由同一位教师承担并在同样的教室进行；允许课表中有空白时间段（未安排任何课程）；考虑到不同学生的选课情况不同，同一个时间段内可以安排不同的课程，一位教师也可以承担课表中的多门课程。
1.2 管理系统的实现策略
- DutyIntervalSet的结构
值班表管理系统继承于CommonIntervalSet，并实现IDutyIntervalSet，CommonIntervalSet是三个app中可复用的方法，而IDutyIntervalSet通过不同接口之间的组合，实现了三个差异性（空白，重复，周期）的结合。
通过在DutyIntervalSet中定义nbis，npis，nois等属性，并在构造器中建立委托关系，进而做到永久地绑定，避免继承大量无用的方法。 - ProcessIntervalSet
操作系统进程管理系统继承于CommonMutiIntervalSet，并实现IProcessIntervalSet，CommonMutiIntervalSet是三个app中可复用的方法，而IProcessIntervalSet通过不同接口之间的组合，实现了无周期，无重叠。
- CourseIntervalSet
大学课表管理系统继承于CommonMutiIntervalSet，并实现I CourseIntervalSet，CommonMutiIntervalSet是三个app中可复用的方法，而ICourseIntervalSet通过不同接口之间的组合，实现了有周期。
1.3 管理系统的APP实现
APP采用IDEA下的GUI进行开发设计。
- 排班管理系统
（1）以下为排班管理系统的框架：
（2）APP的界面为：
- 操作系统的进程调度管理系统
以下是操作系统的代码框架：
以下是课表管理系统的APP界面：
- 大学课表管理系统
以下是课表管理系统的代码框架：
以下是课表管理系统的APP界面：
2. 实验感受
通过软件构造这门课，我的编程能力有了进一步的提高，也深刻感受到面向对象编程和面向过程编程的差异，还有可复用编程给程序员带来的巨大福利，不过我的课堂感受就是课堂上的例子真的超级重要，无论是对知识点的理解，有时候听课听的稀里糊涂，看完示例有时候会茅塞顿开，而且示例对实验也有很大的帮助，最后一点就是提前进行Java入门很重要；
总结
本文对哈工大2021春软件构造实验进行了简要概述，并简要介绍了实验的部分实现策略。
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