BUAA-OO-2024 第三单元总结（JML 与形式化验证）

沈锎-22373080 学生 2024-05-16 15:30:49

边界的数据构造 无非两种情况，卡住下边界和卡住上边界，构造一些为零、为空的情况，构造一些达到上界的情况（比如 Tag 的 1111 的限制）。此外，这里还应该有一种特殊情况，id 碰撞，因为某个 id 的某个东西被删除后，就相当于消失了，这时，如果再增加一个同 id 的东西，会造成一些问题，事实也确是如此。

模型构建与维护策略

整体的类图如下所示：核心是 Network -> Person -> Tag 的层次化管理结构。同时，Network 也需要维护很多东西。

在这次的设计中，我使用 DisjointSet 类负责并查集的相关内容，包括插入、查询、重建（删边），这主要是针对第一次作业中的关系网络，主动维护熟人关系。

第二次作业新增了关系标签。在 MyTag 类中，主动记录年龄均值、年龄平方均值、ValueSum，以便快速查询。在增加人、删除人（从 Tag 中）时，会触发对缓存的修改。

为了方便对关系与 Tag 的维护，我在 MyPerson 类中记录了该人所属的 Tag 的列表，并使用 attachTag 与 detachTag 方法进行统一接口的维护。在两个人之间的关系被移除时，会遍历人所属的 Tag，并判断是否应该断开 Tag 连接。

第三次作业新增各种消息，其中有一种是 EmojiMessage，当某个 emoji 被删除时，相应的消息也应该被移除，为了更好地维护这一点，我设计了一个专门的类 EmojiManager 用来管理全部的 emoji，并维护很多数据结构，通过回调函数进行消息的删除。

性能问题、规格与实现的分离

规格与实现的分离主要体现在两个方面：数据结构的设计差异、算法的实现。

规格只是规定了模型中使用的结构，但并强迫我们在实现中也采用相同的数据结构，我们可以在满足规格的条件下选择合适的数据结构，已进行算法层面的优化。同样的，规格也只限定了代码应该满足怎样的效果，但并没有限制我们的具体实现。

数据结构的设计与选择

在此单元的任务中，很多时候不需要考虑容器内对象的顺序，因此可以选用一些更加适合查找的数据结构。

对于人、人内部的 Tag，我采用 HashMap 进行 id 与对象的对应存储，它可以以很低的时间复杂度实现插入、查找与删除。对于 Tag 内部的 Person 对象，我直接使用 HashSet 进行存储，并没有本质区别。

为了实现 isLinked 的快速维护，我使用并查集进行处理，具体分析见下一小节。

对于关系最好的人的维护，我使用优先队列 PriorityQueue，配合自定义的比较方法进行维护，当关系发生变化时，会相应地进行维护。

对于各类 Message，我在网络中使用 HashMap 进行记录，而在每个人内部使用 LinkedList 进行维护，因为这里需要保留原有的顺序！

对于 NoticeMessage，我在每个人内部使用 HashSet 进行冗余处理，要求在其中的信息才为合法的通知信息。但这里除了一些小问题，我忽视了 id 的可复用性，但是这里并没有被测出来。

对于 Emoji 与 EmojiMessage，因为需要考虑反删等情况，我使用的数据结构比较复杂（其实完全是多此一举），在专门的 emoji 的管理类 EmojiManager 中，有如下成员：

HashMap<Integer, Emoji> emojiMap 存储 emoji 的 id 及其对象；
HashMap<Integer, ArrayList<Integer>> messageIds 存储某个 emoji 对应的信息的 id 的列表；
TreeMap<Integer, HashMap<Integer, Emoji>> emojiHeatMap 存储不同热度对应的 emoji 的集合（可使用 HashSet 进行简化）；

还是上面的问题，我忽视了 id 的可复用性，导致在通过 emoji 删除 message 时，出现意外删除。直接导致了互测首次出锅，真的很可惜，嘤嘤嘤｡･ﾟﾟ･(>д<)･ﾟﾟ･｡

遇到的性能问题

因为前期维护设计得比较多，相关算法的时间复杂度也十分可控，在本单元中没有出现性能问题。

规格与 JUnit 测试

规格的存在可以很好的帮助我们对代码进行 JUnit 测试。

首先，对于规格所约束的不变式，我们只需要在调用待测试方法前后进行检查即可，而这是我们重点需要进行的。

比如第三次作业的测试的检查的一部分：

HashSet<Integer> msgIds = new HashSet<>();
for (Message msg : newMessages) {
    // 消息的 id 不应该重复
    assertFalse(msgIds.contains(msg.getId()));
    if (msg instanceof EmojiMessage) {
        // 热度小于 limit 的 emoji 不应该存在
        assertTrue(emojiHeats.get(((EmojiMessage) msg).getEmojiId()) >= limit);
    }
    msgIds.add(msg.getId());
}

for (Message msg : oldMessages) {
    // 热度不小于 limit 的 emoji 不应该被删除
    if (msg instanceof EmojiMessage
        && (emojiHeats.get(((EmojiMessage) msg).getEmojiId()) >= limit)) {
        assertTrue(msgIds.contains(msg.getId()));
    }
    // 不是 emoji 消息应该在
    if (!(msg instanceof EmojiMessage)) {
        assertTrue(msgIds.contains(msg.getId()));
    }
    // 将这个检查完的消息删掉
    msgIds.remove(msg.getId());
}

// 确保一一对应，不会凭空产生消息
assertTrue(msgIds.isEmpty());