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第三单元主要考察的是对JML的理解以及根据JML提供的相关信息来设计的能力,当然,这里对一些算法的考察,好像又梦回数据结构(数据结构没学好的哭了
JML就是The Java Modeling Language,顾名思义,也就是为了让程序有个既定的规格,让我们补全类中的参数以及所含方法时有迹可循,即不至于看不懂这个光秃秃的父类是用来干嘛的,根据JML规格中的信息,我们可以了解到这个类需要包含的数据,也可以知道方法的正常情况以及异常情况下的操作等,实现了规格设计者与代码完善者的良好沟通。
首先,JML以javadoc注释的方式来表示规格,每行都以@起头,有两种注释的形式,一种是行注释,即//@xxx,还有一种是块注释,即/*@xxx @*/,一般规格就一行可以解决的时候,使用第一种,如果比较复杂,则使用第二种。对类中所需包含的数据的规格一般直接紧跟在Class xxx下面,而对方法规格的描述一般紧挨着方法的声明,位于方法上面,如图所示。
图1
如上图,规格中写的non_null Person[],表示我们要确保这个数组不为null,这一句规格就说明了我们要设置一个元素为Person的数组people。
再看方法的规格,
requires子句表示的是这个方法应满足的前置条件,如果这个都无法满足,那么结果是不正确的;
ensures子句表示的是这个方法的后置条件,即满足了前置条件的话,方法执行完之后的返回值或者结果也相应地应满足的条件;
assignable后跟的东西表示的是副作用,也就是方法执行过程中会改变的东西,常见的是跟着\nothing,也就是什么都不改变。
不改变任何东西的方法,比如一些查询所含元素内容的方法,都是pure的,也就是图中用/*@pure*/修饰的。
(需要注意的是:规格中每个子句都应该以分号结尾!!!否则JML工具会无法解析!)
图二
normal_behavior表示的是正常操作,也就是在这个前提条件下,进行操作是正常的;
相应的,有exceptional_behavior,它表示的是异常情况,在满足某个前提条件下的操作是异常的。
异常情况需要抛出异常,那么抛出什么类型的异常呢?用signals(xxx)语句,括号里即为所需抛出的异常类型,语句后面为判断为异常情况需满足的前提条件。
在图中,我们还经常看到also,因为不止一种前提条件的时候,会有多个不同的normal或者exception的情况,那么他们之间就可用also来连接。
我们学过离散数学,还记得大一的时候有一段痛苦的经历里,经常出现的全称量词和存在量词,在JML他们分别为 \forall,\exists,他们的形式一般都是(\forall int x; ; ),量词后面紧跟的是修饰的变量,那么就是在后面所规定的范围内,所有变量都得满足或者存在至少一个变量满足所给出的条件。
与这两个量词类似,还有一个\sum,也经常用到,是对相应范围内,满足条件时候,对所需求和的东西求和。
要基本看懂JML的规格,还有一点内容没说到:
\nothing表示没有东西,\old(xxx)表示的是括号里的东西改变前的状态,\result表示的是方法执行的结果(一般是返回值)。
好了,知道了上面的基本知识,再根据某些地方的伪代码,加上自己的理解,就可以基本读懂很多JML了,当然,也会有很长...很长...很长的、很难...很难...很难理解的,那就只能稳住心态慢慢看了...
可能只有我们学校的计算机系才学这个??相关资料感觉并不是很多很好,而且这几个工具链....相信想吐槽的不只是我一个人,就是各种报错,各种跑不起来,也可能因为我太菜了,所以跑不起来...就说一说我能跑起来的吧...
首先是课程中无论是作业还是实验都要求使用的Junit,Junit是用来对我们写了JML的程序进行单元测试的,但是这个单元测试还是挺...挺需要耗费时间精力的,可能有其他的方法测试,但是我都是手撸一些数据(也造不出什么很np的数据来搞),然后测试要那个覆盖率,也需要多一些边界条件的测试。
然后是写这次博客需要使用的SMT Solver,这玩意儿确实有点儿坑,部署open_jml是个问题,然后各种报错,各种问题,最后重新写了一下类,才勉强跑起来,需要注意的是:需要用jdk8!!
最后是JMLUnitNG,也比较难以使用,但是可以进行随机测试,虽然覆盖率较差,在某种意义上,还是挺有好处的。
理清了用JML写规格的基本知识后,第一次作业可以基本按照规格来写,就是完成三个类的实现,主类以及MyPerson, MyNetwork类,他们要借助于给我们的接口来实现,注意异常情况的抛出即可,但是第一次作业有一个比较难写的方法,就是isCircle()方法,这是这个单元开始浮现数据结构阴影的缩影。
图三
这个方法其实就是查询有没有从id为id1的人到id为id2的人的路径,这里我使用的是dfs,写好了这个方法基本上可以进互测,强测也不会有太大问题。(当然,这一单元出bug的话,不要死盯着dfs,就是isCircle这个方法去看,因为也许错误出现在其他的地方,有的时候“眼瞎、手残“照着JML写都可能会写错的...
第二次作业是真正让我们理解到这单元中测是烟雾弹的一次作业,中测就加了个Group的接口,看JML规格也比较简单,没有什么很难实现的地方,结果有些人(包括我... 就掉以轻心,这第二次作业确实是迭代,怎么加的东西这么少,感觉难度没啥上升啊,反而比第一次还更简单,没什么难实现的方法,结果莽上去,强测爆0,或者一丢丢分,全TLE了....
到这里才知道,不能哪儿都图个便捷使用arraylist,因为第二次作业数据量很大,而且有大量的查找等操作,那么使用hashmap这个结构是比较合适的,把该使用hashmap的地方改过来,应该就问题不大了,还有同学讨论了hashmap和arraylist的设置其初始大小的问题,应该可以直接设置一个比较大的空间,用空间换时间,减少后期它自动扩容的时间。
这是我第二次作业的一些复杂度的分析,看上去还是八太行,有好多地方需要改进的,那么如果你也比较懒的话,就把这个锅留给第三次作业吧...
第三次作业并没有新增什么类啊接口啊,但是network接口里新增了很多方法,还有好几个不好写的,这下难度一下就上去了,关键是那些算法与数据结构有关,没学好的得赶紧去恶补一下这里用到的知识,这里主要有几个方法里用到了Dijkstra算法,而且还是堆优化的,然后还有bfs、并查集等的使用,反正就难度上去了,我这种不会算法的就凉了...
一切的困难得从queryMinPath()说起,这个方法规格中写到需要调用isCircle(),还要进行其他操作,那么这复杂度肯定就上去了,这就是最短路径的算法,我们会想到使用Dijkstra算法,但是你以为写出来就万事大吉了?有同学分析了复杂度,发现光秃秃的Dijkstra算法大概率被卡,那么就还需要加上堆优化,这就更加增添了对我们的要求以及题目的难度...
然后是queryStrongLinked()这个方法,通过对规格的分析相信很多人一开始都想使用两次bfs或者说两次dfs,但是这种方法同样被大佬否定了,因为他们举出了反例,这样的话,我们就被迫采用其他正确、且复杂度不是很高的算法来解决问题。
最后是queryBlockSum()方法,这个方法如果不使用并查集的话,就直接暴力应该是会超时的,那么我们就得去学习一下并查集的知识,有一篇“江湖门派”的帖子挺好的,推荐一手。
JML写出的规格虽然很清晰,但是我们不可以直接按照里面给的思路去写,还得经过自己的思考,加以辨别筛选,选择比较好的架构以及数据结构去写代码,不然光是跟着JML去写,肯定是无法通过测试的,然后我们也学到了要自己多进行测试,以前就拿评测机作为测试工具的人这次就吃了大亏,以为中测过了就万事大吉,其实只是个烟雾弹,狠的在后面!!还是不可以掉以轻心!
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