OO第一次单元总结
第一次總結(jié)性博客
16071070 陳澤寅 2019.3.23
一、第一單元所學(xué)總結(jié)
- 首先先來總結(jié)一下第一單元我所學(xué)到的知識以及所感所悟。第一個單元，是我第一次接觸JAVA語言，并且再使用了幾次之后，就被這門語言的獨有的魅力以及簡便的用法所深深吸引。下面我從三個方面來簡單闡述一下我對于JAVA相比較于c語言的優(yōu)勢。
- （1）從架構(gòu)上來說，java的設(shè)計思路是不同于c的，它是一門面向?qū)ο蟮恼Z言，我們的思維從熟悉的過程式編程語言轉(zhuǎn)移到了對象思維上來。這樣的思維的好處是，我們可以將一個大的問題分成很多個小的類去進行處理。如果說過程式編程是一個龐大的整體，而函數(shù)是其一個個功能的分布，那么在java里類就是實現(xiàn)各個子模塊的實現(xiàn)者。在java的面相編程思維中，類的設(shè)計秉持高內(nèi)聚，低耦合的思想。即在每個類的內(nèi)部只關(guān)心自己類的操作，而不去關(guān)心其他類的事情。這樣的好處是，我們把整個過程細化成很多個類去實現(xiàn)，每個類只需實現(xiàn)自己的功能，而不需關(guān)心其他類的功能。這樣方便程序員在寫每個模塊的時候不需考慮當(dāng)前類對其他類的影響，并且方便進行單元測試以及問題的發(fā)現(xiàn)。同時當(dāng)某個需求發(fā)生改變時，只需更改相應(yīng)的類，而不需去修改其他相關(guān)的類。因為類與類之間的關(guān)系是低耦合的。這樣方便日后的維護與調(diào)試。
- （2）從設(shè)計安全性的角度來說，java在大型項目開發(fā)的時候更加安全。因為每個類的屬性都是private的，其他類不能直接訪問當(dāng)前類的私有屬性，因此無法直接對屬性的值進行修改。這是安全的，因為其他類可能并不知道這個類的設(shè)計原則，若直接修改類的屬性可能導(dǎo)致bug的產(chǎn)生。java針對這種情況提供了public方法，其他類可以調(diào)用public方法去實現(xiàn)類屬性的修改，而一些修改的限制都寫在方法中，因此其他類無需知道這些細節(jié)，并且這些public方法也保證了類屬性數(shù)據(jù)的安全性。同時java還提供了接口的思想，即很多不同的類為了實現(xiàn)某個接口，就能實現(xiàn)類與類之間的聯(lián)系。這樣就大大增加了程序的可擴展性和可移植性。
- （3）java還有一個很大的優(yōu)勢就是其寫法相當(dāng)簡便，相比于c它提供了大量的內(nèi)置函數(shù)包以供調(diào)用，比如其String類，ArrayList類，HashMap類等等。還有一些sort，find函數(shù)，這些函數(shù)都是經(jīng)過優(yōu)化的方法，省去了程序員一些復(fù)雜地基本操作，使程序可讀性增強。
二、多項式求導(dǎo)程序設(shè)計說明
(1)第一次作業(yè)：
String pattern1 = ".*[+-]\\s*[+-]\\s+\\d.*"; String pattern2= ".*[\\^]\\s*[+-]\\s+\\d.*"; String pattern3 = ".*\\d+\\s+\\d+.*";
第一次作業(yè)的設(shè)計，現(xiàn)在看來真是雜亂不堪，完全是面相過程式編程，只不過是套了一個JAVA的殼子而已，存在很多的問題。
第一次作業(yè)的題目是求一個簡單多項式的導(dǎo)數(shù)。所有的表達式都是形如\(f(x) = \Sigma a*x^c\)這種形式。這個多項式是一個字符串類型，當(dāng)然我們首先應(yīng)該判斷其是否合法。我的思路是首先通過正則匹配檢查是否存在不合法的空格。上述的三個表達式分別判斷了是否存在表達式加法時的帶符號整數(shù)之間的非法空格，數(shù)字與數(shù)字之間的非法空格，以及指數(shù)后的帶符號整數(shù)的非法空格。在判斷不存在這樣的非法空格之后，為了方便后續(xù)的項的分離，我們將字符串中的所有空格和\t制表符全都刪去。
pattern1 = "([+-]{0,2}(((\\d+[*])?[x]([\\^]([+-])?\\d+)?)|(\\d+)))";
然后我們對整個字符串進行合法性的檢驗，檢查其每一項是否都屬于\(f(x) = a*x^c\)這種形式。這里的正則表達式如下。我們這里需要注意，因為其是貪婪性匹配，每次都去匹配滿足上述模式的最大字符串，因此當(dāng)字符串巨大時可能會存在爆棧的情況，因此我們調(diào)用Pattern Matcher里的方法將其分成一個個小的GROUP，并得到每個表達式的系數(shù)以及指數(shù)，并將其存在多項式類中
下面是第一次作業(yè)的類圖
(2)第二次作業(yè)：第二次作業(yè)在第一次作業(yè)的基礎(chǔ)上增加了\(sin(x)以及cos(x)這兩種冪函數(shù)\)，并且在每個表達式中允許存在兩個因式相乘的形式。由于第一次作業(yè)的偷懶設(shè)計，導(dǎo)致第二次作業(yè)的架構(gòu)需要重新設(shè)計，但是在做完第三次作業(yè)之后發(fā)現(xiàn)第二次作業(yè)的設(shè)計依舊是有很大的弊端。
第二次作業(yè)的多項式的形式是 \(f(x)=\Sigma a*sin(x)^b*cos(x)^c*x^d\)。項里可以存在乘法，這就需要更改之前的表達式的分離的方法。首先我先更改了多項式的存儲結(jié)構(gòu)，運來的多項式里只包含x的指數(shù)和系數(shù)。現(xiàn)在加入了\(sin(x)和cos(x)\)的指數(shù)。最后得到一個項的list，并且根據(jù)相應(yīng)的公式進行求導(dǎo)。求導(dǎo)的公式是
\(a*l*x ^ (a - 1)*cos(x)^c*sin(x)^b + b*l*x^a*cos(x)*cos(x)^c* sin(x)^(b - 1) - c*l*x^a*cos(x)^(c - 1)*sin(x)*sin(x)^b\)這次作業(yè)在上一次的基礎(chǔ)上更新正則表達式的匹配樣例
String patternHead = "[+-]{0,2}(([+-]?\\d+)|(" +"[x]([\\^][+-]?\\d+)?)" +"|([s][i][n][\\(][x][\\)]([\\^][+-]?\\d+)?)" +"|([c][o][s][\\(]" +"[x][\\)]([\\^][+-]?\\d+)?))([*](([+-]?\\d+)|([x]([\\^][+-]" +"?\\d+)?)|" +"([s][i][n][\\(][x][\\)]([\\^][+-]?\\d+)?)|([c][o][s][\\(]" +"[x][\\)]([\\^][+-]?\\d+)?)))*";通過這個表達式去得到一個個項，然后通過split
Pattern pattern = Pattern.compile("[+-]{0,3}[0-9]+"); Pattern pattern = Pattern.compile("([+-]{0,2})[x]([\\^]" +"?(([+-]?)(\\d+)))?"); Pattern pattern = "([+-]{0,2})sin[\\(]x[\\)]([\\^]([+-]?\\d+))?"; Pattern pattern = "([+-]{0,2})[c][o][s][\\(]x[\\)]([\\^]([+-]?\\d+))?";
函數(shù)將\(*\)號分開得到一個個因式，再通過因式的匹配樣例分別得到了項的系數(shù)，\(x的指數(shù)，sin(x)的指數(shù)，cos(x)的指數(shù)\),然后存入我們的結(jié)構(gòu)體中。最后通過上述求導(dǎo)公式對每個項進行求導(dǎo)，并且將相同系數(shù)的項合并。
類圖如下可以看到其實第二次設(shè)計依舊沒有秉持好的設(shè)計原則，雖然將不同的功能寫在不同的方法里，但是沒有實現(xiàn)類的分類，這里好的設(shè)計應(yīng)該是sin(x),cos(x),x單獨分類，然后進行求導(dǎo)，以及輸出。然而這里混在了一起，導(dǎo)致main方法十分龐大，修改一個地方會導(dǎo)致很多方法都需要修改。因為代碼之間的耦合度非常高，并且?guī)缀跛械牟僮鞫际菍懺赑oly里的靜態(tài)方法，導(dǎo)致第三次作業(yè)又需要進行大規(guī)模的重構(gòu)。
（3)第三次作業(yè)
這次作業(yè)是我三次里認為還比較滿意的一次作業(yè)，因為這次的題目比較復(fù)雜，因此我覺得不能再像前兩次作業(yè)那樣急于編寫代碼，因為這樣會導(dǎo)致代碼紊亂，最后難以找bug。因此在動手寫代碼之前，我仔仔細細地參照面相對象編程的思想，對第三次的題目進行了思考，先把類和接口設(shè)計好再進行動手編寫代碼，果然想清思路之后再下手，寫起來快并且最后的bug也少了，代碼思路非常清晰。簡單分析一下這次的作業(yè)，這次的多項式求導(dǎo)不僅延續(xù)了之前的項的思路，還添加了嵌套求導(dǎo)的規(guī)則。即
表達式 = 項{+項}項 ＝ 因子*{因子}因子 = （表達式）｜因子也就是類似\(sin(cos(x))\)這種嵌套的求導(dǎo)。我知道再延續(xù)以往的面相過程求導(dǎo)肯定是行不通的了。因此這次的設(shè)計對每一步進行了細致的類的劃分。類圖如下。
下面來講一下我的做法，首先我這次劃分了很多個類，常數(shù)類、x項類、cos項類、sin項類、指數(shù)項類、加法類、乘法類這些類，這些類都實現(xiàn)了一個求導(dǎo)的接口，也就是說所有求導(dǎo)的對象都是另一個可求導(dǎo)的對象，比如說指數(shù)類里，指數(shù)的底數(shù)也是一個實現(xiàn)了求導(dǎo)的類，這樣就很好地體現(xiàn)了分類的思想，并且在指數(shù)這個類里，我只需管指數(shù)函數(shù)是如何求導(dǎo)的，而不需要管其底數(shù)是什么，因為底數(shù)實現(xiàn)了求導(dǎo)接口，底數(shù)也會自動去調(diào)其覆寫的求導(dǎo)方法去對底數(shù)進行求導(dǎo)。這樣就使我們的程序顯得很簡單。
這里的加法和乘法類就是指兩個實現(xiàn)了求導(dǎo)接口的對象相乘進行求導(dǎo)，我們只需關(guān)心乘法的求導(dǎo)是怎么樣的，而具體對象的求導(dǎo)，放在具體的對象的求導(dǎo)里去完成，這樣就真正實現(xiàn)了低耦合的思想。具體的接口的代碼如下：
public interface Derive { public abstract Derive derive();//求導(dǎo)函數(shù)public abstract void print(); }然后乘法里實現(xiàn)的求導(dǎo)接口的求導(dǎo)方法如下。
public Derive derive() {ArrayList<Derive> addList = new ArrayList<Derive>();for (int i = 0; i < this.list.size(); i++) {/** 根據(jù)幾個函數(shù)連乘的求導(dǎo)法則進行求導(dǎo)* result = (ui' * (u1*u2*....un)/ui)的和*/ArrayList<Derive> multList = new ArrayList<Derive>();for (int j = 0; j < this.list.size(); j++) {if (i != j) {multList.add(this.list.get(j));}}multList.add(list.get(i).derive());Mult mult = new Mult(multList);/*** 這條multList 就是Add鏈中其中的一條**/addList.add(mult);}/*** 至次為止， addList是由好幾個Mult類構(gòu)成*/return new Add(addList);}我們可以看到，對于\(f(x) = h(x)*g(x)\)的求導(dǎo)，只需關(guān)心\(f(x)'=f(x)'g(x)+f(x)g(x)'\)即可，而不需關(guān)心\(f(x)'和g(x)'\)是什么，因為\(f(x)和g(x)\)都是已經(jīng)實現(xiàn)了求導(dǎo)方法的對象，在他的類里會調(diào)用自己的求導(dǎo)方法進行遞歸求導(dǎo)。
在明確了類的框架結(jié)構(gòu)以后，我們再想辦法對字符串進行處理，我一開始嘗試原來的正則文法匹配的方法，但是發(fā)現(xiàn)自己不明白如何去產(chǎn)生上述的表達式里嵌套因子的方式，但是我發(fā)現(xiàn)，這個形式和我們之前學(xué)過的編譯原理的遞歸下降分析法類似。于是我采用相同的思想先寫了一個簡單的詞法分析小程序，然后構(gòu)造了expr(),term(),factor()三個子程序來對字符串進行讀取。這樣就能實現(xiàn)程序的因子里嵌套表達式的形式了。下面舉一個簡單的表達式的例子。
/*** 自頂向下的表達式子程序*/ public static Derive expr() {/*** 表達式 ＝ 項 {+項}*/ArrayList<Derive> exprList = new ArrayList<Derive>();Derive term1 = term();exprList.add(term1);if (!checkExprTail()) {System.out.println("WRONG FORMAT!");System.exit(0);}while (sym.equals("Add") || sym.equals("Minus")) {headFlag = 1;term1 = term();exprList.add(term1);}if (!checkTail()) {err();}return new Add(exprList); }這樣在后續(xù)的調(diào)試過程中我可以單獨根據(jù)每種形式的求導(dǎo)來找問題，就能很快地發(fā)現(xiàn)是哪個求導(dǎo)過程發(fā)生了問題，簡明扼要。
三：程序結(jié)構(gòu)分析
各類代碼總規(guī)模:(statistic)
SourceFileTotal LinesSource CodeSource CodeComment LinesBlank Lines Derive.java 8 4 3 1 X.java 10 8 0 2 Constant.java 25 19 0 6 Sinx.java 28 18 4 6 Cosx.java 28 20 3 5 Mult.java 52 30 13 9 Add.java 54 40 3 11 Degree.java 61 36 13 12 Poly.java 390 345 21 24 Total 658 522 60 76 類的屬性方法個數(shù)
類屬性方法 Derive.java 0 2 X.java 0 2 Constant.java 1 3 Sinx.java 1 3 Cosx.java 1 3 Mult.java 1 2 Add.java 1 2 Degree.java 2 5 Poly.java 8 14
四：程序優(yōu)缺點
優(yōu)點：
1:將復(fù)雜的多項式求導(dǎo)分成諸多形式的類，每個類只需注意自己的求導(dǎo)形式，具體的求導(dǎo)規(guī)則由各個實現(xiàn)求導(dǎo)接口的類去完成。 2:采用遞歸下降子程序法，使字符串的處理比較容易理解，并且不容易出錯。 3:使用了接口的思想，方便可擴展性。 4:實現(xiàn)了高內(nèi)聚低耦合的思想，使每個類和方法盡量能干的事情少，各自之間互不影響。缺點：
1:在處理項的連乘的時候可能會出現(xiàn)爆棧的情況。2:沒有做完備的可能發(fā)生異常的情況的統(tǒng)計與測試。3:單元測試不夠完備，Main類的設(shè)計還過于冗雜。4:存在大量的if-else語句，不夠精煉，存在代碼復(fù)用比較嚴重。5:輸出的時候如果嵌套層次太多，會導(dǎo)致大量的()產(chǎn)生，很難進行優(yōu)化。
五：程序的Bug分析
第一次
第一次的bug在于沒有處理指數(shù)或者系數(shù)過長可能拋出的異常，沒有意識到助教和老師在作業(yè)指導(dǎo)書里的提示，這個問題在我理解了BigInteger類之后得到了較好的解決。并且在checkStyle風(fēng)格檢查的時候，沒有按照規(guī)范要求的行數(shù)以及縮進。還存在表達式第一項如果為數(shù)字的話前面的符號的個數(shù)的問題。
第二次
- 第二次的第一個小bug是未考慮Scanner異常輸入時拋出的異常會使程序crash，這里只需要在輸入的地方加上try-catch的異常處理即可。
- 第二個bug是在去除空格的時候沒有吧制表符\t一起去除，沒有重視空格space與制表符在ASCII碼上不同的本質(zhì)區(qū)別。
- 第三個bug是在輸出的時候，我是按照不管指數(shù)系數(shù)為不為0或1，全部將其按照\(a*x^b*sin(x)^c*cos(x)^d\)的格式輸出，然后再對字符串進行處理，去掉"+1","1","^1"這些，但是忽略了完備性，如果一個指數(shù)恰好是 \(y^12\),那么去掉\(*1*\)之后就變成了\(y2\)，這明顯是錯誤的。錯誤的原因就是沒有對類進行細分，如果按照第三次作業(yè)的方式對每個函數(shù)進行分類輸出就會簡單很多，可以分別判斷系數(shù)、指數(shù)為0為1的情況，就可以省去大量的if-else并且保證程序的正確性。
第三次作業(yè)
- 沒有考慮到輸出的時候\(sin(2*x)\)這種錯誤的輸出格式帶來的問題。
- 一開始沒有做左右括號匹配的處理。
六:自我評價與寄語
通過第一個單元的學(xué)習(xí)，已經(jīng)基本掌握了各種java類的用法，也理解了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想。了解了繼承與接口的原理。但是在使用上還存在不熟練的時候。希望在日后進行多線程學(xué)習(xí)之前，能夠把java的基礎(chǔ)打扎實，寫出漂亮穩(wěn)定的好程序。
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總結(jié)
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