OO-unit3

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本单元是基于JML规格来实现对社交关系的模拟和查询，整体架构与设计都是官方给出。在实现过程中，我深感JML是一个非常适合开发的形式化规格语言。尤其对于团队项目的开发，用JML可以清晰规定每一部分的代码要求，程序员在实现时仅需思考在此基础上如何提升性能，而不用为架构设计发愁，体验极佳。

设计策略

由于JML对于设计要求给的已经非常详细了，因此大部分代码仅需将JML语言直接转化为Java。只有小部分的数据结构选择和代码复杂度优化需要自己设计。这里将展示一下需要自行思考的类设计。

Network

• isCircle函数要求判断id1与id2对应的Person是否成环。如果用递归或栈来实现，时间复杂度较高。因此选择用并查集实现， 每次仅需判断一下二者是否有相同的头结点即可判断是否成环。然而这个方法要冒着后续作业增加删除的风险，不过所幸没增加。
• sendIndirectMessage则要求求最短路径，首选迪杰斯特拉算法。但是用朴素版的时间复杂度会达到O(n)，这里可以使用java自带的数据结构PriorityQueue来存储节点，时间复杂度减少至O(logn)。
• queryBlockSum要求连通分量。并查集的数据结构使得我们之前一直在维护一个连通分量作为属性，此时直接返回即可。

Group

• getValueSum的实现如果按照JML的思路，是个O(n^2)复杂度的二重循环。如果10000条指令频繁操作这个方法，CPU时间恐怕难以保证。因此动态维护一个变量valueSum，当增加关系或将人增加进组时改变其值，最后直接返回。

基于JML规格来设计测试的方法和策略

课程组给出了针对JML规格语言的测试方法，如JUnit。它可以根据JML规格自动建立好测试类，只需要自己向里面填写代码进行测试即可。

然而这种测试方法我三次作业都没用，一是因为它只能验证正确性，但本单元作业对于性能的要求更高。相比于用JUnit，自己构造有针对性的数据来测试更加有意义。

至于评测机，由于本次我认识的大佬们人手一个非常完善的评测机，又人手一个强大的测试数据库，因此在和他们的对拍中走完了三次作业....

对于数据的构造方法，可以用Python针对每个指令建立一个类，来随机生成指令（因为有exception，因此对于数据生成的限制其实没什么）。如果想针对某个点来hack，就需要人为+自动构造数据了。比如之前朱绍铭同学发现我在第二次作业中用了cache机制解决getValueSum的O(n2)问题，特意构造了一个一条加关系一条查询valueSum的方法，成功hack住。因此后来才被迫选择了动态维护。

容器选择&使用经验

数据结构选择

由于JML在规定类属性时只说明是数组：

/*@ public instance model non_null Person[] people;
      @ public instance model non_null Group[] groups;
      @ public instance model non_null Message[] messages;
      @ public instance model non_null int[] emojiIdList;
      @ public instance model non_null int[] emojiHeatList;
      @*/

因此选择怎样的容器是很值得思考的问题。根据整体架构设计，我发现本单元作业对于数据结构的查询操作特别多，而HashMap对查询的复杂度是O(1)，远好于更接近数组的ArrayList。因此我在能使用HashMap的情况下就不选择ArrayList，这样解决了指令太多查询太慢的问题。

Network

private HashMap<BigInteger, BigInteger> roots;// roots, 用于实现并查集，其中头结点的值为int之外 
private HashMap<Integer, Person> people;
private HashMap<Integer, Group> groups;
private HashMap<Integer, Message> messages;
private HashMap<Integer, Integer> emojiList;//用于同时存emojiId和热值

Person

private HashMap<Integer, Person> acquaintance;//用于存储这个该人的亲戚，id->Person
private HashMap<Integer, Integer> value;

然而不能无脑用HashMap，对于遍历操作比较多的结构，我们还是应该用ArrayList实现，抑或是维护两个容器，一个用HashMap存，另一个用ArrayList。例如Group里的people

private HashMap<Integer, Person> people;
private ArrayList<Person> peopleList;

而Person里的messages，由于有顺序要求，且对其查询操作并不多，因此也用ArrayList实现比较方便。

自己的设计为何可以避免性能问题

本单元最反智也是唯一的bug就是没想到各种id可以是负的(主要是没从电梯单元里反应出来，电梯的id是在0-MaxInt)，导致我在用并查集时把-1当成头结点，并每次判断是否<0.... 这样只要有负数的personId必错。且，前两次作业无论是强测、互测还是评测机都没有测出来，这么严重的问题第三次才爆出来，当场去世。

但是如果不算上述的失误，对于性能问题应该是没被强测和互测hack住。本质原因是因为我周围有一群热爱优化的大佬同学，他们每天孜孜不倦地寻求最快、更快的方法。于是在学习中，每一次作业我都在精进代码。

如同第一部分阐述那样，对于时间复杂度超过O(n^2)的操作，我都尽可能地降低复杂度到O(logn)；对于查询操作较多的容器，我都尽量用HashMap存储将O(n)降低到O(1)。这样下来的复杂度不会高，性能不会太差。

架构设计&图模型构建与维护策略

怎么有种每个问题都差不多的感觉

就像上述分析所言，对于大部分的存储结构，我都采用了这种存储方式 。

private HashMap<Integer, Person> people;
private HashMap<Integer, Person> acquaintance;
private HashMap<Integer, Integer> value;

针对社交网络的图模型维护，people存放id-person为点集；acquaintance以邻接表的方式存放id-person为边集；value以邻接表的方式存放id-value的权值。如此构造了一个图模型。

维护的核心在于前述的并查集，当增加一个关系时，如果这两个人曾经不成环，则可以合并两人头结点一个，代表可达。并查集可以实现查询&插入接近O(1)复杂度的速度，且维护十分方便。

OO-unit3

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原文地址：https://www.cnblogs.com/supercalifragilistic/p/14824089.html