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. 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. 1. 基于语法的图数据输入

使用的正则表达式如下：

设计好正则表达式后，用它构造Pattern，Matcher实现捕获

1. 1. 面向复用的设计：CircularOrbit

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. 1. 面向复用的设计：Track

 

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. 1. 面向复用的设计：L

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. 1. 面向复用的设计：PhysicalObject

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. 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。

 

1. 1. 图的可视化：第三方API的复用

具体实现位于ConcreteCircularOrbit：

 

主要是构造一个JPanel，重写paint方法：

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：

1. 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

1. 1. 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：

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. 1. 1. Iterator设计模式

设计OrbitIterator类实现Iterator接口。

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. 1. 1. facade设计模式

如图：

 

 

1. 1. 1. strategy设计模式

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

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：

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

1. 1. 1. 备忘录设计模式

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：

1. 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

显示如下菜单：

输入1，2，3进入功能

 

1. 1. 1. TrackGame

目录如下

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

 

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：

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：

按成绩分配赛道：

 

分别输入0 1 2显示三个图

 

增加一条赛道：

重新分配之后，可见轨道确实多了一条

 

增加运动员：

可以看到，按成绩重新安排后出现了该选手，并且最快出场：

删除选手：

再次重新安排方案可见最快的选手aaaa已经移除：

删除轨道：

可见赛道变为了四条

重新可视化：

 

 

交换两名选手：

交换10号和9号：也就是按成绩排的头两名

交换前：

交换后：

计算信息熵：

1. 1. 1. AtomStructure

目录结构如下

其中：

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

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：

 

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：

跃迁功能：

回退功能：

可视化：

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

画图也可见外圈没有电子的新轨道：

删除轨道：

需要输入轨道序号：

可见轨道2不见了

 

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：

计算信息熵：

 

1. 1. 1. SocialNetworkCircle

目录结构：

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

 

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

读取文件建立图：可视化：

查询好友位置：

文字输出轨道结构：

增加新的朋友：

增加新的关系并重整结构：

重新查看图：

可见关系已经增加成功

删除关系并重整结构：

原结构：

删除操作：

删除关系后：

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：

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)

计算逻辑距离：

 

1. 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. 1. 1. TrackGame

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

运行展示：

1. 1. 1. AtomStructure

修改AtomStructure的声明

增加addCentralObject方法

 

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

 

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：

输出结果：

1. 1. 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：

 

 

1. 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。