哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3

  1. 实验目标概述

目标:编写具有可复用性和可维护性的软件,主要使用以下软件构造技术:

子类型、泛型、多态、重写、重载

继承、代理、组合

常见的OO设计模式

语法驱动的编程、 正则表达式

基于状态的编程

API设计、API复用

  1. 实验环境配置

环境配置没有遇到问题。

在这里给出你的GitHub Lab3仓库的URL地址(Lab3-学号)。

https://github.com/ComputerScienceHIT/Lab3-1170300817

 

  1. 实验过程

 

    1. 待开发的三个应用场景

首先请列出你要完成的具体应用场景(至少3个,1和2中选一,3必选,4和5中选一,鼓励完成更多的应用场景)。

  1. TrackGame
  2. AtomStructure
  3. SocialNetworkCircle

分析你所选定的多个应用场景的异同,理解需求:它们在哪些方面有共性、哪些方面有差异。

首先,他们都是多轨道结构,它们的轨道十分类似,都可以看成一个只有名字和半径属性的圆。它们的轨道物体也有一些相似之处:比如都要求有名字。他们都要求有对于轨道、轨道上的物体的一系列增删改查的操作的要求。

不同之处:

有的要求各个物体之间有有向或无向关系,有的各个物体之间没有区别比如电子,有的有区别比如运动员。

    1. 基于语法的图数据输入

使用的正则表达式如下:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第1张图片

设计好正则表达式后,用它构造Pattern,Matcher实现捕获

    1. 面向复用的设计:CircularOrbit

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第2张图片

定义的数据结构如下

其中OrbitMap存放Track和E的对应关系,一个Track对应一个处于这个Track上的E链表。

centralRelationMap存放中心物体的关系,map为<和中心物体有关系的物体,权重>

trackRelationMap存放物体和这个轨道有关系的物体的map,

map为<轨道物体,<与这个轨道物体有关系的物体,权重>>

 

方法:

功能:

setCentralObject(L centralObject);

设置中心物体

getCentralObject();

返回中心物体

addTrack(Track t);

增加一条轨道

removeTrack(Track t);

删除一条轨道

getTrackNum();

返回轨道数目

getObjectNumonTrack(Track t);

统计一条轨道有多少物体

addObjectToTrack(Track t, E object);

向轨道上增加物体

removeObjectOnTrack(Track t, E object);

删去一个轨道上的某个物体

addtrackRelation(E object1, E object2, double distance)

在两个轨道物体之间新增关系

addcentralRelation(E object, double distance);

在轨道物体和中心物体之间新增关系

getObjectDistributionEntropy();

计算轨道系统的信息熵

getLogicalDistance(E e1, E e2);

获得两物体间逻辑距离

getDifference(CircularOrbit c);

比较当前orbit和目标orbit的不同

return 一个different对象,记录两个orbit的区别

getSortedTracks();

获得当前orbit包含的所有轨道按半径排列成的链表

drawpicture();

可视化方法

contains(E e);

判断当前Orbit是否包含某个元素e

getObjectTrack(E e);

返回某个元素e所在的Object对象

getCentralConnectedObject();

返回与中心连接的物体构成的集合

getTrackConnectedObject(E object)

返回与某个轨道物体连接的所有物体

checkRep(){

检查合法性

 

 

 

 

    1. 面向复用的设计:Track

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第3张图片

 

有两个域 name名字 和radius半径,实现Comparable依靠半径排序。

以下省略getter setter方法

方法

功能

Track(String name, double radius)

构造方法,传入名字,半径

checkRep() {

检查名字非空,半径大于0

int compareTo(Track o) {

重写Comparable接口的compareTo方法,依据轨道半径对轨道进行大小比较,进而排序

 

    1. 面向复用的设计:L

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第4张图片

只有一个域名字,方法:

Name的getter方法和CentralObject(String name) 构造方法

以及checkRep() 方法检查名字非空。

 

    1. 面向复用的设计:PhysicalObject

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第5张图片

只有一个域名字,方法:

Name的getter方法和PhysicalObject (String name) 构造方法

以及checkRep() 方法检查名字非空。

 

 

 

    1. 可复用API设计

很简单,直接调用ConcreteCircularOrbit中的对应方法。

有一个getPhysicalDistance方法没有实现,因为选择的是应用135对物体的物理位置都没有要求。

全部设置成static方法可以不用实例化CircularOrbitAPIs就使用这些方法。

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第6张图片

 

    1. 图的可视化:第三方API的复用

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第7张图片

具体实现位于ConcreteCircularOrbit:

 

主要是构造一个JPanel,重写paint方法:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第8张图片

按轨道依次计算点的位置利用drawOval方法画圆,fillOval方法填色,drawString方法写名字。

测试效果:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第9张图片

    1. 设计模式应用
      1. 工厂设计模式:

在每个具体Object类中实现一个静态的getInstance方法,不需要实例化Athlete即可调用

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第10张图片

      1. Builder设计模式:

       设计抽象CircularOrbitBuilder类作为具体builder类的父类

包含一个concreteCircularOrbit就是正在build过程中的Orbit

方法如下:

方法

功能

getConcreteCircularOrbit() {

返回构造完成的对象

abstract void createCircularOrbit();

抽象方法,实现时创建具体类型的Orbit

bulidPhysicalObjects(L centralObj, Map> ObjectMap)

根据传入的centralObj和ObjectMap初始化concreteCircularOrbit中的关系Map

bulidTracks(List trackList) {

根据传入的trackList构造concreteCircularOrbit

 

之后再根据具体应用实现子builder类:

具体调用举例:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第11张图片

先初始化具体Orbit类,然后依次传入轨道列表,关系Map。最后完成构造输出。

      1. Iterator设计模式

设计OrbitIterator类实现Iterator接口。

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第12张图片

ObjectList是保存所有物体的list,每次取next从ObjectList取值。

Index是迭代指针。

方法如下:

方法

功能

OrbitIterator(Map> orbitMap)

构造函数,根据关系Map orbitMap构造一个ObjectList作为迭代的输出

hasNext()

判断迭代指针是否等于size,如果是则没有下一个了

next()

取元素,Index++

      1. facade设计模式

如图:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第13张图片

 

 

      1. strategy设计模式

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第14张图片

在TrackGame中设计一个strategy接口和两个具体实现的strategy类,分别能执行随机排序和按成绩排序。

只有一个方法

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第15张图片

接收传入的运动员列表和赛道列表,返回构造好的关系Map。用于生成TrackCircularOrbit。

调用举例:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第16张图片

之后根据返回的安排好的关系Map。生成TrackCircularOrbit。

      1. 备忘录设计模式

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第17张图片

实现一个抽象ADT Memento

记录每次跃迁的起止轨道。

再实现一个TransitCareTaker类

其中实现一个Memento的栈结构,契合恢复跃迁时先进先出的操作特点。

使用举例:

跃迁:

恢复:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第18张图片

    1. 应用设计与开发。

利用上述设计和实现的ADT,实现手册里要求的各项功能。

以下各小节,只需保留和完成你所选定的应用即可。

从starter下的startMain.java运行

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第19张图片

显示如下菜单:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第20张图片

输入1,2,3进入功能

 

      1. TrackGame

目录如下

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第21张图片

Athlete类继承自PhysicalObject作为轨道物体,具有以下新增属性

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第22张图片

 

TrackCircularOrbit类继承自ConcreteCircularOrbit作为具体轨道结构

重写了toString方法输出多轨道结构

重写了checkRep()方法按要求检查轨道特性

 

TrackCircularOrbitBuilder类继承自CircularOrbitBuilder

主要是重写了createCircularOrbit方法,生成TrackCircularOrbit。

 

TrackGame类:具有下列域:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第23张图片

GameType轨道类型,trackNum轨道数量,athleteList运动员列表

 

trackOrbitList是一个TrackCircularOrbit的list结构,因为每次安排比赛生成多个轨道结构,用这个list存放生成的所有TrackCircularOrbit。

 

trackBuilder是TrackCircularOrbitBuilder的一个实例。用来build每一个TrackCircularOrbit对象。

 

方法:

方法

功能

GameMenu() {

菜单

gameMain

功能主体,读取文件,构造每个TrackCircularOrbit,实现菜单中的每个功能。

arrangeOrbit(Strategy strategy)

策略安排方法,根据athleteList和trackNum和构造策略,生成构造方案

 

 

 

运行TrackGame.java文件出现菜单:

读取文件:

随机分配赛道:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第24张图片

按成绩分配赛道:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第25张图片哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第26张图片

 

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第27张图片 分别输入0 1 2显示三个图

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第28张图片哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第29张图片

 

增加一条赛道:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第30张图片

重新分配之后,可见轨道确实多了一条

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第31张图片  哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第32张图片

增加运动员:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第33张图片

可以看到,按成绩重新安排后出现了该选手,并且最快出场:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第34张图片

删除选手:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第35张图片

再次重新安排方案可见最快的选手aaaa已经移除:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第36张图片

删除轨道:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第37张图片

可见赛道变为了四条

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第38张图片

重新可视化:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第39张图片哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第40张图片

 

 

交换两名选手:

交换10号和9号:也就是按成绩排的头两名

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第41张图片

交换前:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第42张图片

交换后:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第43张图片

计算信息熵:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第44张图片

      1. AtomStructure

目录结构如下

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第45张图片

其中:

Particle类继承自PhysicalObject作为轨道物体,具有以下新方法:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第46张图片

getElectron返回一个没有区别的电子,

getNucleus返回一个有名字区别的原子核

 

Memento类和TransitCareTaker用来实现备忘录模式状态恢复功能,上面介绍过。

 

AtomCircularOrbit类继承自ConcreteCircularOrbit作为具体轨道结构

主要是重写了toString方法。新增方法如下:

方法

功能

transit(Track t1, Track t2) {

电子跃迁方法

removeElectron(Track t)

从某条轨道删去一个电子,因为电子互相之间没有区别,所以只需一个轨道参数。

重写toString

输出轨道结构

 

 

AtomCircularOrbitBuilder类继承自CircularOrbitBuilder

主要是重写了createCircularOrbit方法,生成AtomCircularOrbit。

 

AtomGame类:具有下列域:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第47张图片

 

trackNum轨道数量,Nucleus原子核

 

transitCareTaker是TransitCareTaker的一个实例。用来实现备忘录模式,具体是把每次跃迁记录成Memento保存下来,恢复时弹出上一个Memento。

 

atomCircularOrbit就是当前使用的轨道系统实例。

 

atomOrbitBuilder是AtomCircularOrbitBuilder的一个实例。用来build每一个AtomCircularOrbitBuilder对象。

 

功能演示:

开始:读取文件并显示系统结构:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第48张图片

跃迁功能:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第49张图片

回退功能:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第50张图片

可视化:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第51张图片

增加新轨道:因为原子结构多条轨道没有区别,所以默认在外侧加一条:生成track5

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第52张图片哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第53张图片

画图也可见外圈没有电子的新轨道:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第54张图片

删除轨道:

需要输入轨道序号:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第55张图片

可见轨道2不见了

 

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第56张图片

增加电子:因为电子之间互相没有什么不同,所以只需要指定增加电子的轨道:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第57张图片

计算信息熵:

 

      1. SocialNetworkCircle

目录结构:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第58张图片

其中

 

其中:

Person类继承自PhysicalObject作为轨道物体,具有以下新域:

Age保存年龄,gender是性别

提供一个静态工厂方法

 

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第59张图片

relationKeeper类和是一个用来保存文件读入的类,因为读取文件读入的过程没法将读取到的人名 马上与实例对应起来,所以构造relationKeeper保存每个关系的人名string。

 

 

SocialNetCircularOrbit类继承自ConcreteCircularOrbit作为具体轨道结构

新增方法如下:

方法

功能

reArrange

重整关系网络

重写drawpicture方法

实现可视化,这个轨道结构要求可视化关系,所以加上画边的功能。

重写toString

输出轨道结构

 

 

SocialNetCircularOrbitBuilder类继承自CircularOrbitBuilder

主要是重写了createCircularOrbit方法,生成SocialNetCircularOrbit。

新增bulidRelations,从读取的文件输入构造人际关系图,随后通过reArrange构造轨道关系图。

 

SocialNetworkGame类:具有下列域:

 

personList人列表,centralUser中心物体 ,keeperList是一个关系读取寄存器

socialCircularOrbit是当前操作的SocialNetCircularOrbit对象。

 

 

socialCircularOrbitBuilder是SocialNetCircularOrbitBuilder的一个实例。用来build每一个SocialNetCircularOrbit对象。

 

 

 

操作演示:

菜单

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第60张图片

读取文件建立图:可视化:

查询好友位置:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第61张图片

文字输出轨道结构:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第62张图片

增加新的朋友:

增加新的关系并重整结构:

重新查看图:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第63张图片

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第64张图片 可见关系已经增加成功

删除关系并重整结构:

原结构:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第65张图片

删除操作:

删除关系后:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第66张图片 可见指定的关系已经被删除

计算信息熵:

 

计算信息扩散度:

代码:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第67张图片

思路:主要利用队列+BFS算法,对于起始点:

设置map为<起始点,中心点到起始点的权重>,随后对BFS算法找到的每个点,

设置map为<上一个点,上一个点的权*上一个点到这个一个点的关系的权>。

例如图中存在关系a->b->c, a为中心点,则亲密度为:value(a,b)+ value(a,b)* value(b,c)

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第68张图片

计算逻辑距离:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第69张图片

 

    1. 应对应用面临的新变化

以下各小节,只需保留和完成你所选定的应用即可。

      1. TrackGame

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第70张图片

由于使用了strategy模式,

只需要新建一个strategy:Relay4Strategy继承自Strategy接口实现一次分配四个人分配就行了

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第71张图片

运行展示:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第72张图片

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第73张图片

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第74张图片

      1. AtomStructure

修改AtomStructure的声明

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第75张图片

增加addCentralObject方法

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第76张图片

 

修改AtomCircularOrbitBuilder中的bulidPhysicalObjects方法,在构造中心物体时传入一个集合。

在文件读入时也改成读取中心物体,构造集合之后build。

 

增加Particle类的工厂方法使其能生成质子和中子

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第77张图片

 

修改toString方法,输出原子核的具体情况。

 

写一个main方法测试下这些新的改动:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第78张图片

输出结果:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第79张图片

      1. SocialNetworkCircle

这个改动对于我的实现比较简单,因为之前用的就是有向关系,先前读取关系的时候就是相当于add两次相反的有向关系,这里只需要将改为只增加一个有向关系即可。

改为

 

写一个单元测试来测试:

为了简单,构造一个十分简单的测试文件如下:

 

读取文件后判断:

x->a, x->b, x->c, a->d都存在关系

d->b,e->x不存在关系如图:

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第80张图片

 

 

    1. Git仓库结构

请在完成全部实验要求之后,利用Git log指令或Git图形化客户端或GitHub上项目仓库的Insight页面,给出你的仓库到目前为止的Object Graph,尤其是区分清楚312change分支和master分支所指向的位置。

哈工大计算机 2019春 软件构造 lab3_第81张图片

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