码迷,mamicode.com
首页 > 其他好文 > 详细

OO第三单元总结

时间:2020-05-22 09:30:01      阅读:61      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:抛出异常   错误   一键   做什么   简单   assign   方法   起点到终点   二次   

JML理论基础

基本概念

以下内容来自我翻译的维基百科:

JML是一种java的规约语言,使用了Hoare风格的前置,后置,和不变量约束条件,用来遵守契约式设计的要求。

这里面指出了JML的几个特点:

  • 是java使用的规约语言(递归查询Specification Language可知),即一种形式化语言。
  • 它主要的作用是限制前置,后置条件和数据的某些特性。
  • 它使用了Hoare风格的逻辑表述,(递归查询Hoare Logic可知),反正就是一种计算机科学使用的形式逻辑表述体系。

基本规则介绍

按照上面的介绍,可以明白JML可以分为 前置,后置,和不变量的要求,而具体描述则大致与数理逻辑的表达方式类似。

这些与数理逻辑类似的表达包括:

\forall 全称量词修饰的表达式,表示对于给定范围内的元素,每个元素都满足相应的约束。
\exists 存在量词修饰的表达式,表示对于给定范围内的元素,存在某个元素满足相应的约束。
\sum 返回给定范围内的表达式的和。
\product 返回给定范围内的表达式的连乘结果。
\max 返回给定范围内的表达式的最大值。
\min 返回给定范围内的表达式的最小值。
\num_of 返回指定变量中满足相应条件的取值个数。

等,不再赘述。

其他描述也依据上面的分为三类

  • 前置条件:是使用者需要满足的条件,若输入参数不满足该条件,则行为不可预测(你不仁,我不义)。基本的描述使用requires实现。

  • 后置条件:保证执行结束后要满足的条件提示词为ensure

  • 异常处理:抛出异常的要求。事实上,抛出异常也意味着一个方法的结束,可以看做一组特殊的前置——后置 规约。

    signals (***Exception e) expr 当 expr 为 true 时,方法会抛出相应异常e。

    signals_only (***Exception e) 满足前置条件抛出相应异常。

  • 不变式:

    • 在方法中,体现为副作用,使用assignable提示
    • 在数据规定处,使用invariant进行规定
  • 其他关键词

    • \old指代方法执行前该量的值
    • \result指代方法返回值
    • ……

工具链介绍

工具链主要就是OpenJML的JML语法检查,以及JMLUnitNg实现的自动测试。

OpenJML

使用时将待测试的文件和Openjml.jar放在和测试代码一致的文件夹内,我选取了Person

键入命令,可以看到:

技术图片

所谓“没有消息就是好消息”,删掉了一个/*@pure*/,得到:

技术图片

可以看到,OpenJML还是可以实现一些静态语法检查的。

JMLUnitNG

参考诸位大佬(例如J)的博客,可以知道,大概执行以下四条命令就可以:

这里是我在win下用git bash的结果,前面的winpty是为了解决这样环境造成的显示错误,不重要。

winpty java -jar jmlunitng.jar src/Person.java

winpty javac -cp jmlunitng.jar src/*.java

winpty java -jar openjml.jar -rac src/Person.java

winpty java -cp jmlunitng.jar Person_JML_Test

然后就可以一条一条改报错了,开心。

前期听到他们解决不了/forall之类的,于是乎这些方法我先都删了。其次发现他的大意是,把JVM放在实现上方,于是魔改MyPerson,改名为Person并把规格都粘贴过去。

首先是第一条,如果你的JDK比8高,会得到:
(图片来源于水群,我的忘了截图)

技术图片

然后是第三条,首先可以得到错误:

技术图片

于是魔改Person,把private全换成public.

然后可以得到错误:

技术图片

原来它不知道这个obj就是上一行那个啊,于是删掉equals。

之后,就可以喜迎:

技术图片

挺好,总算到最后一条了。

这一条的问题其实不是JMLUnit的问题,是我的问题。注意到测试文件放在src下,而生成的Person_JML_Test.java也添加了:

package src;

理论上问题不大,包的路径和实际路径一致。

不过鉴于这里的分析,第四条反正要改成:

 winpty java -cp jmlunitng.jar src.Person_JML_Test

就可以得到喜闻乐见的null,0,2147483647,-2147483648的结果了。

技术图片

总之,这些工具年久失修,功能有限,在这方面,肯定比不上大佬们人工理解JML构造用例+随机大数据的测试结果了。

通过这次工具链实现,我熟练了gitbash的使用,清理了JDK8和JDK12打架的问题,还解决了命令行执行编译执行java的一些问题,受益匪浅。

三次作业的设计架构

其实三次作业的“设计架构”这个层面,感觉根本谈不上,毕竟我就是老师说的那种三个My选手(#此外还有一个简单Edge用来实现dij,后话)。这里只能谈一谈选取的设计结构和算法了。

第一次作业

第一次作业没什么好说的,基本就是JML复读,顶多就是把它用的静态数组换成Arraylist,另外valuePerson的对应采取Hashmap.相应地,本次作业中的大量查询方法,由数据结构唯一确定。

使用Arraylist的方法,如acquaintaince相关的isLink(),就需要遍历来得到结论(这个其实也不必遍历,用valuecontainsKey()实现就行)。而value则可以直接由value.get()获取。

另外唯一需要“写”的方法,就是isCircle()方法,这里采取并查集实现,同时处于某些原因,没有进行路径压缩。

第二次作业

第二次作业的结果也可以看到,基本就是考虑时间,来思考如何选取数据结构和方法实现的问题。

第二次作业我在实现时,基本还是复读JML,只不过把新加入的数据结构做了一些处理:即,直接查询的全部使用HashMapHashSet,需要遍历的就用ArrayList当碰巧两者都需要,那么就把数据存两份。

而实现的方法,我采取了动态更新totalagetmp(getconflictsum()的结果),这里是考虑到无论增删,他们的动态更新都方便实现。而其他方法完全复读,没有考虑真正复杂的\(O(n^2)\)的优化。

此外,增加了并查集的按秩合并路径压缩

在提交的时候,我不知道在做什么,忘了修改计划中的第一次作业中的低效查询和tmp的更新,导致死亡。

在这之后,更改了部分数据结构和实现:

增加了

HashMap<Integer, Person> idset;

优化getperson().

更改了isLink(),使用

value.containsKey(person);

此外,在计算relationsum 和valuesum时实时更新。

第三次作业

第三次作业数据结构没什么好说的,新增加的money要么作为MyPerson的field,要么拿一个HashMap存下来,写法和时间都差得不多。

而新增的delPerson()使得所有动态更新的值都需要增加逆运算,而它们的逆运算都显然且简单,所以也简单。

而连通块也很简单,其实无向图的isCricle()已经是每一个连通块了,而这些连通块用并查集已经全部求出来了。所以只要在维护并查集的时候顺便更新一下blocksum就好。

艰难的部分其实是queryMinPathqueryStrongLinked两个方法的实现(是算法和ds,我完了)

保证value为正则使得dijkstra成为普遍选择,且java有现成的PriorityQueue,不用自己手写堆,只要写个Edge类,实现compareTo()就可以了。而在具体实现过程中,其实还增加了一些更细致的判断条件:

  • 第一点是返回0和-1的情况,虽然dijkstra可以判断不连通,但是isCircle()的时间复杂度更低,故而还是用isCircle()判断。
  • 第二是dijkstra的算法保证了,该路径的子路径也是最短路,所以当图不发生改变时,可以先考虑尝试是否是子路径。当然我猜基本是没有什么用处。

另一点是关于queryStrongLinked的实现。这里的实现可以从几个角度来转化JVM的描述:

  • 表示两点在同一个环上,于是采取dfs或bfs寻找环路。可以参考

    https://nicodechal.github.io/2019/10/09/cycle-finding-DFS/

  • 注意到题目的要求其实是点双联通分量,采取相应的算法(比如讨论区那个我没完全搞定的)

  • 注意到其实这里意味着从起点到终点的路上不经过割点。转而判断割点。而割点的判断可以从两个方面入手:

    • 暴力去点判断连通(割点的定义:去掉该点后,连通块数增加)
    • 利用tarjan算法寻找割点: https://oi-wiki.org/graph/cut/
  • 这里注意到了割点和连通块是可以相互转化的,所以可以不存割点,转而直接存下整个点连通块:

    https://www.cnblogs.com/jiamian/p/11202189.html

    这也是我事实上采取的方法。

    此外,我也和dij一样,在关系不发生改变的情况下,先尝试从已经得到的BCC块里得到结果(这里是因为我在进行Tarjan的过程时,只遍历起点所在的连通块),如果失败,进行新的Tarjan的尝试。

心得体会

这一个单元的学习,说实话难度没有很大。对我来说,最大的收获是在和同学讨论算法的时候,补上了自己数据结构的不少漏洞,学会了一些早就该会了的算法。
而JML作为一种形式化的规约描述,其实是一个非常理想化的浪漫工具:它一方面通过简单的对前置,后置,和不变量的限制,保证了程序运行的正确性。另一方面却也给方法的具体实现留出了足够大的自由空间。
此外,JUnit作为一种模块化测试工具,也拓展了我的测试手段,值得鼓励。

谈到这里,我这个单元由于第一次作业轻松通过,导致第二次作业时态度松懈,出现了一些纰漏,最后交了一个中期版本上去,死状惨烈。这也为我的轻视懈怠敲了一个警钟,让我能以更加谨慎的态度完成了第三次作业。

下面是一些废话,建议不要看

其实按照JML来写规格,对我来说,是比读文字参考书幸福太多的一件事情。

一方面得益于专门的形式化语言的结构比自然语言强太多(语法树都可以边去括号边画出来)

另一方面也减少了很大一方面的思考量,就是如何把需求转化成相应的编程问题。这是我上一个单元要花时间思考的问题,即如何把需求转化成相应的设计模式,数据结构,和实现方法。这一单元很简单,只要读懂那几行JML描述,问题已经被分割得很细致了,不必再进行进一步的思考,思考已经不是“如何判断两个人是否认识”,而是直接去搜“如何求无向图的连通分量”。虽然助教们和老师仍然在强调“设计架构”,可是我眼中的设计,基本上就这样被削掉了一大半。

而且这样详细而细致的划分自然地带来了全局观念的不敏感,例如我至今也不知道题干的“关系网络”为什么要实现这些图论算法,尤其是minpathstronglink(在得知value是好感度以后,越发不能理解)

这也带来了我这次作业的一个问题:我根本没有意识到整体的层次架构。例如即使把“图论算法相关”分类出去,实际上也不过是把MyNetwork的部分field和method一键ctrl+X ,ctrl+V送出去,而我读到的代码,基本上也没什么所谓层次结构。

关于JML,像我前文所提到的定义来看,JML的两方面价值在于形式化契约,形式化的很重要的一个特点是,它应该是没有歧义的,经过一些系列推导,甚至可以直接判断其完备性与否。然而这方面和oo相差甚远。我的感觉是,这件事只有写规格才能够有所体会。所以实验好评

第二方面,就是它的契约,这事实上是单元测试十分重要的依据。例如第二次实验课,Junit的编写依据基本还是可以靠复读JML规格实现。这一点实际上还是很有意义的。可以看到,JUnit测试和JML的确很配。

谈到JUnit。

我在前两单元时曾经提过模块化测试的必要性,然而在第三单元第一次作业后,我满心欢喜地建了JUnit,却只是建立了而已。

当时的考虑大概如下:在本次作业除了我不熟悉的并查集以外,剩下的我靠读代码就基本能确保他们是没问题的了。而若是测试iscircle,它的数据量必然不小。既然那么多人都有了,还不如顺便把其他方法也测一测。此外,iscircle的JML是那种不可能直接拿来在JUnit复读的部分,所以还不如找个标程对拍。由于输出结果肯定会完全一致,所以反而比在JUnit写assertxxoo要省事。相比起前两个单元,反而这个单元对于单元测试的要求是偏低的。这里还是夸一下实验课,实验课对于JUnit的作用的体现对我来说比较明显。不过写Junit和读代码,也不一定哪个更快。

最后,这些JML工具链……

OO第三单元总结

标签:抛出异常   错误   一键   做什么   简单   assign   方法   起点到终点   二次   

原文地址:https://www.cnblogs.com/yukisshu/p/12934749.html

(0)
(0)
   
举报
评论 一句话评论(0
登录后才能评论!
© 2014 mamicode.com 版权所有  联系我们:gaon5@hotmail.com
迷上了代码!