BUAA_OO_Unit1单元博客

2024-03-22 19:03:10 67 阅读 AI 写同款 · GEO 优化AI 选题数据监测一键分发 ›

「BUAA 2024年春OO Unit 1 HW4」第一单元总结江山留胜迹，谁人复登临？当我在脑海中构想这篇博客时，并不完全把它当成一次作业，而是当成为后来人提供便利的记录。诚如Goths学长所言：“写博客是一种非常好的知识输出方式，而知识输出不仅能够巩固自己的知识，同时很重要的一点是知识输出后可以创造更多的价值，即，可以供后来者在去除糟粕后参考学习。故而此篇中，我将以面向求知者的口吻，讲述我在OO第一单元的故事。应作业要求，笔者需要介绍自己并不那么完美的架构特点。除此之外，一些迭代过程中的亲身经历和思考结果，是我更想分享的。阅读详情

在第二次作业中，我们新增了指数函数的表达形式
即： exp(表达式)
这一点即完全推翻了我在hw1中对多项式的存储方式
首先，myConst不再适用，因为常量包括exp(常数)
不能再单纯地使用BigInteger存储
其次，变量的存储形式para也不再适用
因为exp的指数中也可能出现变量
因此在这里对单项式做了一个统一的形式：
c1*exp(index)*x^c2
故使用Hashmap：
```
    private HashMap<BigInteger, HashMap<String, BigInteger>> para;
```
其中用x的指数c2作为key，exp的指数index作为value中哈希表的key
由于exp指数需要转换为String类型，这里还需要写出多项式转String的方法
```
public String packToString(Pack pack)
{
    // TODO
    }
```
同时我们新增自定义函数
最开始的想法是直接进行字符串层次的替换
即：在读入input后，就将所有的函数进行实参的代入替换
但这样并不算方便，且与递归下降的架构并不契合
因此选择先单纯将函数作为因子
只在对因子进行处理时，对函数进行代入替换，即：
```
public Factor opeFactor(String input)
{
     ...
     else if(handle.isFunction(input))
     {
         String str = handle.funcReplace(input);
         expr = this.opeExpr(str);
         ...
     }
     ...
}
```
这样就做到了将对函数的处理融合在递归下降的架构中
在hw1中我们将功能全部集成在了Operate类中
这并不够独立，因此在这一次作业中我进行了一次分割
新建Handle类，将所有功能性方法全部集成在此类中
而Operate类则变成单纯地对多项式地进行解析的类

hw3

本次作业新增dx求导算子
同样只需要在因子层次进行特判：

public Factor opeFactor(String input)
{
    ...
    else if(handle.isDerive(input))
    {
        ...
    }
    ...
}

之后进行一次求导计算即可
而对于新增的函数可互相调用的功能
在上一次作业的递归下降就已经解决，这里不做处理亦可

架构拓展

根据现有的计算需求，可能出现的拓展有：

特殊函数，如三角函数的计算求导等
三角函数可以看作新的特殊因子，可以类似一个exp指数函数
那么就需要在para中新增三角函数的String内容
因此可能需要对单项式的存储方法进行重构
构建新的Unit类专门存储单项式的各项信息
出现新定义运算
由于递归下降的优先级问题，新定义运算最好是优先级高于乘法
由此可以在Factor中再进行一次下降
根据新定义运算，拆分成

Factor = Basic # Basic # ...

之后再进行处理即可

Bug分析

hw1

在第一单元我出现了两个致命bug
这导致我的强测扣了50分
T T
1.在最后对多项式的输出中，我为了实现输出的优化，在对x的系数输出中进行了一个判断

int flag = 0;
if (flag == 0)
{
    if (para.get(point).equals(BigInteger.ONE))
    {
        System.out.print("x");
    }
    flag = 1;
}
else
{
    if (para.get(point).equals(BigInteger.ONE))
    {
        System.out.print("+x");
    }
}

即：如果是第一次输出，则在是正系数的情况下省略第一个正号，否则输出正号
同时若系数是1，则省略系数
但是我忽略了部分非1系数下正号的输出
2.

public void subPara(Integer point, BigInteger bigInteger)
    {
        BigInteger big = bigInteger;
        if (para.containsKey(point))
        {
            big = big.subtract(para.get(point));
        }
        else
        {
            big = big.negate();
        }
        para.put(point, big);
    }

这是我对项的减法操作，看似无问题
但注意其中的

    big = big.subtract(para.get(point));

减数-被减数
由于偷懒导致的顺序错误，直接就导致了大量WA
不得不说十分愚蠢，甚至没进互测

hw2

这一次迭代也有一个十分微小的Bug
在中测时并不显露，但强测就把我斩于马下
1. 系数为0
一个很简单的数据可以形容这个问题

0
1-1

输出 0 对吧，但是事实上我的输出是
""
没错就是空串。由于在自己编纂数据时出现了大量系数为0的输出
私以为这些都是无效输出，于是在输出前进行了一步clean
大胆地清除了所有系数为0的项
很不巧，这就包含了常数0

2. Format Error
再仔细一看，怎么还有形式错误？
原来是对输出要求没有看清
由于太想优化，导致在输出时对同类项进行了合并
出现了非必要括号
改为老老实实输出后解决

3. 经典CPU_TIME_LIMIT

0
(((((((((((x^8)^8)^8)^8)^8)^8)^8)^8)^8)^8)^8)^8

一个数据爆了两个问题

虽然指数要求不超过8，但是可以叠乘方，导致最开始的Integer爆掉
过多的叠乘在算法不够优化的情况下计算太复杂

最开始对于乘方的简单解决办法是直接展开
即：

input : (x+1)^2 -> (x+1)*(x+1)

展开后再作为Term进行处理
但很显然这样的时间复杂度很高
因为需要将所有内容全部展开计算
故做一个简单的处理后调换一下计算顺序即可

input : (x+1)^2
->
str : x+1
index : 2

其中，先对str进行因子计算处理
计算完成后再进行index指数乘方
这样时间复杂度就很低了

hw3

可喜可贺，这一次终于进了互测
（再不进互测就要重修了QAQ）
强测的点很奇怪
Zero length BigInteger
用Print大法一看就发现了问题
一个简单的例子

1
f(x)=x^2
f(dx(x))

简单替换后是

dx(x)^2

但是在对求导因子的处理中并没有考虑到可能的指数符号
导致报错，修改后解决

如何发现别人的BUG

hw1 hw2

什么？原来有人互测都没进？
哭辽T A T

hw3

第一次进互测十分的激动（虽然只是C组
首先当然是先将自己曾经的BUG提交进去
然后发现同房的佬们完全不吃这套
（只有我一个人受伤的世界达成了
之后开始绞尽脑汁编数据，但总是过不了合法性检验，悲
故这提出几点可能的BUG方向：

CPU_TIME_LIMIT
对同房程序进行深度的疯狂嵌套，以期得到CPU_TIME_LIMIT的错误
NULL_POINT
创造各种空式，如0*x^0，或通过计算得到空式，看是否有对此的特判处理
Not Valid Factor

在因子的判断中，可能出现不属于任一因子的情况，这主要源于函数的替换
可以设计复杂的实参，看是否会让因子解析的程序报错

自己的优化

当然简单的优化还是要做的

系数为1的特判
```
1*x OR -1\*x  ->  x OR -x 
```

首个正号的省略

flag = 0
while(true)
{
 if (flag == 0)
 {
     flag = 1;
     ...
 }
 else
 {
     ...
 }
}

系数为0项的清除

public void clean()
{
 ...
 for ()
 {
     ...
     for ()
     {
         ...
         if (bigInteger.equals(BigInteger.ZERO))
         {
             iterator.remove();
         }
         ...
     }
     ...
 }
 ...
}

此外还有exp指数中公因式的提取
由于笨人正常写完已是心力憔悴，故三次作业中均未考虑（

心得体会

在这一整个单元的学习过程中，最让我印象深刻的就是对形式化表达的程序实现
在hw1的作业中，最开始我死板地完全依照形式化表达去处理输入的表达式
这并没有让我获得更完善的程序，而是隐藏BUG不断
在吸取了别的同学的经验后，才采取了化简输入的方法：
对连续符号进行合并，以及全部去除空白符
之后再处理就方便很多
也就是说，要对问题核心进行深度分析后，从问题导向思考解决方法
而不仅仅是题目怎么说我就怎么写

其次，程序的独立性也是需要考虑的一部分
不要将大部分功能集成在某一类中
要有对象的观念
可以归类的方法需要分门别类地实现，才能实现代码清晰，逻辑清楚
同时可扩展性和独立性也会更高
不至于牵一发而动全身