BUAA_OO Unit 3

[刘祖权-22371221]

一、整体架构

本单元由于 JML 的存在，大部分时候做的只是翻译工作，将 JML 的规格描述转换为代码。只是对于少数几个函数，如 queryBlockSum，出于性能考虑，需要进行特殊的结构设计。

图模型构建

​本单元实现的社交网络本质上是一个无向带权图。将 MyPerson 作为节点，acquaintance 设计为 HashMap，其中存储了该节点的邻接节点及对应边的权。社交网络的基本功能为增加节点、边，修改权值，查找连通性、连通块个数、三元环个数、最短路径，以及相邻节点间的消息传递等。

并查集

​本单元代码中，唯一一个不在 JML 规格描述中的类为 Conuter，主要目的在于建立并查集，以提高 queryBlockSum、isCircle 的性能，顺带动态维护了 TripleSum。为了进一步提高性能，在并查集中采用了路径压缩的策略，避免树的深度过大。在删边时，只重建与两个节点有关的部分并查集，可以有效的节省时间。

动态维护

​测试点中会出现查询指令多次重复的情况，此时时间复杂度较高的遍历查找往往会超时，所以动态维护一些需要查询的值就显得很有必要。在 Counter 类中，加边、删边的同时动态维护了 blockSum、tripleSum。对于 queryTagValueSum，在加边、删边、修改权值、addPersonToTag、delPersonFromTag 时，动态维护相关 Tag 的 valueSum。这样的设计虽然增加了简单操作的成本，但同时有效地将 queryTagValueSum 等方法的时间复杂度降低到了 O(1)。

二、测试

黑盒测试与白盒测试

​黑盒测试只关注程序的每个功能是否都能正常使用。在测试中，把程序看作一个不能打开的黑盒子，在完全不考虑程序内部结构和内部特性的情况下，在程序接口处进行测试，它只检查程序功能是否按照需求规格说明书的规定正常使用，程序是否能适当地接收输入数据而产生正确的输出信息。

​白盒测试又称为结构测试或逻辑驱动测试。在测试中，把程序看成一个透明的盒子，测试人员需要理解程序内部的代码逻辑、数据结构和算法，并据此设计测试用例，对程序可能存在的逻辑、性能问题进行检查。

单元测试、功能测试、集成测试、压力测试与回归测试

1. 单元测试：指对软件中的最小可测试单元进行检查和验证。“单元”一般是一个函数、方法或者类。单元测试通常采用白盒测试，在理解代码逻辑的前提下进行。
2. 功能测试：检验软件的功能是否满足设计要求，通常采用黑盒测试。
3. 集成测试：软件通过单元测试后，需要检验方法间的协同、模块间的交互是否正常。测试中应采用增量集成，相比一次性集成更容易发现问题所在。
4. 压力测试：对软件施加沉重的、超出正常工作情况的负载，以测试软件在极端条件下的性能和稳定性。
5. 回归测试：在代码进行修改后，重新测试此前已经进行过的测试，以确认此次修改没有引入新的错误。

数据构造策略

1. 增加数据规模：通过构造大量的数据，尽可能提高测试用例的覆盖率，同时对程序的性能进行检验。
2. 设计针对性数据：一方面是进行边界情况测试；另一方面是在了解程序内部逻辑的前提下，针对可能存在的逻辑漏洞设计测试用例。

三、性能问题及修复情况

重建并查集超时

​起初采取删边时无脑重建整个并查集的方式，但在数据规模极大时会出现超时现象。为此调整为只重建与两个节点有关的部分并查集，问题得到了修复。此外，也可以设一个脏位，在删边时将脏位置 1，但并不重建，而是在需要查询时再进行重建，这样有效减少了重建的次数，也可以改善性能问题。

queryTagValueSum 超时

​在编写此方法时并没有意识到，但如果单纯按照 JML 进行循环遍历，此方法的时间复杂度为 O(n^2)。为此改为了动态维护每个 Tag 的 valueSum。

规格与实现分离

​规格明确了方法的功能，限制了方法的作用范围，但不对其具体实现作要求。在实现规格所要求的功能时，需要考虑到代码的简洁与性能，必要时可以设计规格中未提及的属性、方法、类以辅助实现。

四、Junit 测试

1. 前置条件对测试点的数据进行了限制，或者是对可能出现的不同情况进行了说明，可以据此提高测试的覆盖率
2. 根据规格的副作用要求，在 Junit 测试中检验是否有限制范围之外的对象被改变
3. 后置条件明确了方法的功能和返回值，是测试中最重要的部分

五、学习体会

​本单元在代码实现上轻松了不少，因为 JML 的要求清晰明确，大部分时候做的只是翻译工作，还挺喜欢这种编程形式的，每个方法的功能很明确，方法间的协同性很好，代码的可读性也得到了提高。在具体实现中，学会了并查集的实现与其优化：路径压缩、按秩合并，以及用动态维护降低方法的复杂度。

​三次编程任务结束后，遗憾还是有的，一是对 JML 的阅读不够细致导致 HW11 出现了很愚蠢的错误；二是HW9 的 case6 到底是什么样例，到最后都没过……