2020年春季学期计算机学院《软件构造》课程 Lab 1实验报告
目录
1 实验目标概述 1
2 实验环境配置 1
3 实验过程 2
3.1 Magic Squares 2
3.1.1 isLegalMagicSquare() 2
3.1.2 generateMagicSquare() 3
3.2 Turtle Graphics 6
3.2.1 Problem 1: Clone and import 6
3.2.2 Problem 3: Turtle graphics and drawSquare 6
3.2.3 Problem 5: Drawing polygons 7
3.2.4 Problem 6: Calculating Bearings 8
3.2.5 Problem 7: Convex Hulls 9
3.2.6 Problem 8: Personal art 9
3.2.7 Submitting 10
3.3 Social Network 11
3.3.1 设计/实现FriendshipGraph类 11
3.3.2 设计/实现Person类 12
3.3.3 设计/实现客户端代码main() 12
3.3.4 设计/实现测试用例 13
4 实验进度记录 14
5 实验过程中遇到的困难与解决途径 14
6 实验过程中收获的经验、教训、感想 15
6.1 实验过程中收获的经验和教训 15
6.2 针对以下方面的感受 15
1 实验目标概述
本次实验通过求解三个问题，训练基本 Java 编程技能，能够利用 Java OO 开 发基本的功能模块，能够阅读理解已有代码框架并根据功能需求补全代码，能够 为所开发的代码编写基本的测试程序并完成测试，初步保证所开发代码的正确性。 另一方面，利用 Git 作为代码配置管理的工具，学会 Git 的基本使用方法。 基本的 Java OO 编程，基于 Eclipse IDE 进行 Java 编程，基于 JUnit4 的测试 ，基于 Git 的代码配置管理。
2 实验环境配置
1.配置环境的过程：参考了实验手册
(1) 阅读 http://web.mit.edu/6.031/www/fa18/getting-started/，在本地机器安装了相应的开发环境（JDK、Eclipse、Git）
(2) 阅读https://github.com/junit-team/junit4/wiki/Download-and-Install，并在自 己的 Eclipse IDE 中安装配置 JUnit4。
(3) 阅读 https://github.com/junit-team/junit4/wiki/Getting-started，了解如何使 用 JUnit4 为 Java 程序编写测试代码并执行测试
2.遇到的问题和困难，以及解决方式：
配置JDK时候出现下列问题：
解决方法：重新安装后解决
3.在这里给出你的GitHub Lab1仓库的URL地址
3 实验过程
3.1 Magic Squares这个任务分为两个问题：第一，设计算法来识别输入的矩阵是否是幻方，要保持正确性和健壮性；第二，分析所给代码，画流程图，找出偶数负数报错的原因，并且把输入的矩阵保存为6.txt，再用第一个问题中所设计的矩阵进行测试。
3.1.1 isLegalMagicSquare()
设计和实现思路：
（1）读取文件，如果找不到文件，提示错误信息，返回false
（2）判断文件中的元素是否用\t分开，如果不是，提示错误信息，返回false
（3）判断元素是否全是正整数，如果不是，提示错误信息，返回false
（4）判断矩阵行列数是否相等，如果不相等，提示错误信息，返回false
（5）判断矩阵是否完整，如果缺项，提示错误信息，返回false
（6）累加各个行、列、对角线的所有元素和，比较是否相等：如果其中两个不相等，提示错误信息，返回false；如果全相等，提示是幻方，返回true
过程：
（1）读取时采用FileReader和BufferedReader这两个类，再利用try catch语句，检查IOException异常
（2）利用.indexOf(" ")，若返回值不是-1，说明存在空格，则不是用\t分开
（3）利用Character.isDigit(line_string[i].charAt(j)，可以判断字符串数组line_string中第i个字符串中的第j个字符是否是0~9，如果该方法返回false，则说明不全是正整数；此外，该方法返回true时，还要判断该字符串中是否每一个字符都是0，如果全是0，也说明不全是正整数
（4）比较行数和列数即可
（5）初始化一个二维数组全为0，存放中的所有元素，如果这个二维数组中还有0，说明原矩阵缺项不完整
（6）循环累加后，再循环判断判断即可
结果：（如下图所示）
3.1.2 generateMagicSquare()
设计和实现思路：
（1）绘制流程图
（2）解释该函数如何生成n×n的幻方
（3）给出注释
（4）分析为何输入负数或者偶数时，会提示错误
（5）在输入负数或者偶数时，提示错误信息，并返回false
（6）将生成的矩阵保存为6.txt，并用3.1.1设计的函数中测试它
过程：
（1）流程图如下: 
（2）解释该函数如何生成n×n的幻方先从第0行的中间位置开始赋值，直到赋值了n×n次。赋值从1开始，每次加一，直到赋值了n×n次。在赋值过程中，如果当前赋值是n的倍数，则下一次赋值下一行同一列的位置；否则，如果当前赋值的元素在第0行，下一次赋值第n-1行；如果当前赋值的元素在第n-1列，下一次赋值第0列。除了上述情况以外，下一次就赋值上一行右一列的位置（3）注释如下图 
（4）分析输入负数或者偶数时，提示错误的原因输入负数时（提示如下图） 
这是说明数组的大小不能为负数
输入偶数时（提示如下图） 
说明数组越界比如n=2，初始化时，第一个赋值的元素位置为(0,1)，赋值为i（=1）由于在第0行，下次赋值在第n-1（=1）行由于在第n-1（=1）列，下次赋值在第0列第二个赋值的元素位置为(1,0)，赋值为i（=2）由于i（=2）是n（=2）的倍数，下一次赋值同一列下一行(2,0)，越界
（5）在输入负数或者偶数时，提示错误信息，并返回false用两个if判断n即可
（6）将生成的矩阵保存为6.txt，并用3.1.1设计的函数中测试它写入文件时采用FileWriter和BufferedWriter这两个类，再利用try catch语句，检查IOException异常，再用3.1.1设计的函数测试生成的6.txt是否是幻方
结果：
（1）测试非法输入
输出：
（2）用3.1.1设计的函数测试生成的6.txt是否是幻方
输出：
3.2 Turtle Graphics
该任务分为几个部分：首先要求学会从github上下载代码，然后要求利用已有的方法来绘画，包括画正方形，画正多边形，已知当前角度、起点、终点判断需要转过的角度，凸包问题，画出自己想画的图形。最后要求提交代码到github上
3.2.1 Problem 1: Clone and import
（1）从GitHub获取该任务的代码：通过实验指导手册找到该任务的网站https://github.com/rainywang/Spring2020_HITCS_SC_Lab1/tree/master/P2，
然后点击
后，再点击
，然后选择下载到目标位置即可
（2）在本地创建git仓库、使用git管理本地开发
（超详细见https://blog.csdn.net/qq_28849009/article/details/104486824）
①到要上传的文件夹里面cd /c/Users/10025/Desktop/xxx
②初始化本地git仓库git init
③选择需要存入的文件git add .
④添加修改日志git commit -m “xxx”
3.2.2 Problem 3: Turtle graphics and drawSquare
题意是：利用Turtle类中给的forward(units) 和turn(degrees) 方法，来完成drawSquare(Turtle turtle, int sideLength)方法，最后的输出要是一个正方形。实现方法很容易，先走sideLength，顺时针转向90，再走sideLength，顺时针转向90，然后走sideLength，顺时针转向90，最后走sideLength即可，结果如下：
3.2.3 Problem 5: Drawing polygons
（1）实现calculateRegularPolygonAngle方法题意是：已知边个数，求出任意多边形的内角根据数学定理：任意的多边形边与角个数相同。那么对于正多边形，各个内角相等，则各个外角也相等，等于360°/角个数，也等于360°/边个数，即外角为360°/边个数再根据数学定理：任意多边形内外角和为180°，且所有的外角和为360°那么正多边形的每一个内角为180°-外角，即180°- (360.0 / 边个数)测试通过如下：
（2）实现drawRegularPolygon方法为了画出一个正多边形，画笔的转角应该是该正多边形的外角。边是参数，调用上述的calculateRegularPolygonAngle方法，来得到正多边形的内角，再用180°-内角，就可以得到正多边形的外角。结果如下：（画一个边长为40的正五边形）
3.2.4 Problem 6: Calculating Bearings
（1）实现calculateBearingToPoint方法题意是：给定当前的转角（与y轴正向夹角，顺时针为正），当前位置，目标位置，求出到目标位置所需要的转角。
①先求当前转角与x正半轴的夹角：90- currentBearing
②再求从当前位置到目标位置的方向，与x正半轴的夹角Math.toDegrees(Math.atan2(targetY - currentY,targetX - currentX ))注意：atan2的返回值是弧度，要用Math类中的toDegrees方法转换为角度然后前者减后者，若为正，即为所求；若为负，加上360°，即为所求测试通过如下：
（2）实现calculateBearings方法 题意是：给定一个x坐标的列表，y坐标的列表，组合为一些坐标位置，求出从上一个坐标位置到下一个坐标位置所需要的转角。
①先从x、y列表中求出第i个坐标和第i个坐标，当前转角为0，初始i=0
②再利用上述calculateBearingToPoint方法可以算出第i个所需转角，存入结果列表
③更新当前转角：刚刚“所需转角” + 之前的“当前转角”（若大于等于360°，则减去360°）
④i++，重复①②③，直到有n-1个
结果测试通过如下: 
3.2.5 Problem 7: Convex Hulls
题意是：给定一些点的集合，求出这些点的凸包。通俗来讲，就是求出包围所有点的最小点集合。Spec中提到了 gift-wrapping 算法。gift-wrapping 算法有许多不同的形式，我选择了“顺时针包围”的形式
①如果所给集合中点的个数≤3，则该集合就是所求凸包，返回即可
②否则，首先找到最左边最下面的点，作为now_Point
③now_Point与其余的点进行比较，找到偏转角最小的点（若有两个点的偏转角相同，选较远的那个），加入结果集合
④把上述找到点作为now_Point，然后再执行③，直到找到的点是最左边最下面的点（说明形成了一个圈，即为所求的凸包）测试通过如下: 
3.2.6 Problem 8: Personal art
题目要求是：画一个自己想要的图形，不能单单使用forward和turn命令
我的画是画一个彩色的圆，再在其中画一个红色的五角星。由于不能直接画圆，我的圆采用每次画很短的直线，然后转过微小的角，在每次画直线时，循环改变颜色，就可以得到彩色的直线，总体就是彩色的圆；对于五角星，先把画笔恢复水平，然后改变颜色为红色，然后每画一条边就转144°即可。（还要注意一开始画笔的起始转角，保证五角星在圆的内部）最终结果如下：
3.2.7 Submitting
通过Git提交当前版本到GitHub上的Lab1仓库
（超详细见https://blog.csdn.net/qq_28849009/article/details/104486824）
①到要上传的文件夹里面cd /c/Users/10025/Desktop/xxx
②初始化本地git仓库git init
③选择上传的文件git add .
④添加修改日志git commit -m “xxx”
⑤添加仓库urlgit remote add origin https://github.com/xxx
⑥本地同步git pull origin master
⑦认证git config --global user.name “xxx”
git config --global user.email “[email protected]”
⑧上传git push -u origin master
3.3 Social Network
建立一个图，来搭建社交网络，能实现添加点、边、求最短路径等操作。设计并实现java程序，包括FriendshipGraph类，Person类，main()以及测试用例
3.3.1 设计/实现FriendshipGraph类
实现思路：我设计的FriendshipGraph类中包括四个方法
（1）添加点的public Boolean addVertex(Person person) 方法
（2）添加边的public Boolean addEdge(Person person1, Person person2) 方法
（3）判断两个点的最小路径的public int getDistance(Person person1, Person person2) 方法（4）客户端的public static void main(String[] args)方法
（5）回答实验手册的的思考题
过程：
（1）加入点之前要先判断图中是否有同名的点，如果有，则添加失败，提示错误信息，抛出异常后直接结束程序（实验手册要求并且老师强调）；如果没有就加入图中，返回true，表示添加成功
（2）首先判断输入的参数是否在图中，如果不在，提示错误信息，返回false，表示添加失败；再判断输入的边是否包含相同起点与相同终点（字符串比较是用.equals()，而不要用 ==），如果是，提示错误信息，返回false，表示添加失败；然后判断要添加的边是否已经添加过了，如果是，提示错误信息，返回false，表示添加失败；否则，就添加到图里，返回true，表示添加成功
（3）利用BFS进行找出最短路径即可，注意需要保存在最短路径上，某个结点的上一个结点，用于回溯求长度
（4）按照实验指导手册上的要求添加即可，此外，还添加了部分注释，按照注释替换代码，可以实现不同需求
（5）去掉第五行注释以后，从rachel出发，到不了任何点（如左图所示），因此输出应该变为-1，-1，0，-1，与运行结果相符（如右图所示）
结果：
符合实验指导手册上的17行要求以及JUnit测试的要求
3.3.2 设计/实现Person类
实现思路：我设计的Person类中只有private的姓名，还有构造函数以及获取获取这个人姓名的方法
过程：仿照了P2中的Point.java，修改了其变量名、方法名
结果：符合实验指导手册上的17行要求以及JUnit测试的要求
3.3.3 设计/实现客户端代码main()
实现思路：在实验指导手册上寻找需求过程：通过实验指导手册找到P3的需求，直接采用了该pdf下的17行代码（添加了部分注释，按照注释替换代码，可以实现不同需求）
结果：
输出与要求一致，如下图： 
3.3.4 设计/实现测试用例实现思路：
（1）对不同人但同名的异常进行测试
（2）对同人同名的异常进行测试
（3）对添加点的方法的测试
（4）对添加边的方法的测试
（5）对判断两个点的最小路径的方法的测试（测试图如下）
过程：
首先要先定义规则，否则测试用例不会通过（因为抛出异常而终止）@Rulepublic ExpectedException thrown = ExpectedException.none();
（1）testSameNameDifferentPerson() throws IllegalArgumentException
①添加a后，添加一次aa（a与aa的名字都是“A”）
②判断抛出异常的内容是否相同
（2）testSameNameSametPerson() throws IllegalArgumentException
①添加a后再添加一次a
②判断抛出异常的内容是否相同
（3）testAddVertex()
①正确输入未重复的人名
②输入重复的人名，分为同一个人重名和不同人重名（4）testAddEdge()①正确输入未重复的边②输入重复的边
③输入的边 包含相同起点，相同终点
④输入的边上的点不在图中，分为起始点不在图中，终点不在图中，两个点都不在图中
（5）public void testGetDistance()
①输入相同的两个点。
②输入可达的两个点，分为距离为1（相邻），距离大于1 （不相邻）
③输入不可达的两个点，分为两个点都在图中但不可达，其中有点不在图中导致的不可达
④可达的路径有两条，结果要能选择最短的那条。
结果：
覆盖了所有的代码，所有测试用例都通过了，结果如下图： 
4 实验进度记录
20-02-2720:08-23:49学会使用gitbash上传/删除/下载文件按计划完成
2020-03-0120:52-21:23尝试完成P1遇到困难，未完成
2020-03-0420:02-00:28完成P1.1按计划完成
2020-03-0519:34-21:53完成P1.2按计划完成
2020-03-0718.54-22:38完成P1的报告按计划完成
2020-03-0722:42-23:28完成P2的问题1、3以及对应的报告按计划完成
2020-03-0723:33-0:56完成P2的问题5以及对应的报告按计划完成
2020-03-0814:51-17:02完成P2的问题6、8以及对应的报告按计划完成
2020-03-0818:15-21:15完成P2的问题7以及对应的报告按计划完成
2020-03-0821:39-23:48完成P3的基本类，方法的定义按计划完成
2020-03-0918:52-23:17完成P3的问题以及对应的报告按计划完成
2020-03-1012:56-14:27优化了P3中的数据类型，取消了数组按计划完成
2020-03-1018:30-0:11修改了部分错误，添加了一些需求按计划完成
5 实验过程中遇到的困难与解决途径
不会使用java进行读写文件：上网查了关于java的相关知识
不会用java计算反三角函数：上网查了关于java的相关知识
在做P2时，部分英文看不懂：使用百度翻译，翻译了不会的英文单词，便于理解题意
不了解gift-wrapping 算法：上网查阅了gift-wrapping 相关知识
不会使用java中的队列、列表：上网查阅了关于java的相关知识
不会构造动态的二维数组：上网查阅了关于java的相关知识
不会用JUnit测试抛出的异常：观看了习题课录播视频的相关内容
不会把JUnit4的jar包放入lib：在piazza询问了同学、助教
6 实验过程中收获的经验、教训、感想
6.1 实验过程中收获的经验和教训
(1) 学习新的编程语言时候，要学会与之前学过的语言进行类比
(2) 遇到不会的英文单词一定要立马查，不要靠猜词义，很容易理解错误
(3) 尽量不要使用数组，其扩展性不好，最好用列表等等
(4) 测试用例没通过时也有可能是测试用例有问题，在一开始就要认真检测试用例的正确性
6.2 针对以下方面的感受
(1)Java编程语言是否对你的口味？
感觉和之前我学过的C、Python有一定的差距，刚开始用有点不适应，但是“万事开头难”，相信在今后的学习里，会越来越适应，越来越熟练
(2)关于Eclipse IDE；
这个软件让我觉得最好的是，给出错误提示时，会有选项让我直接选择更改代码的方式，很多时候我不必再去上网搜索错误原因，上网搜索如何改正，可以节约很多时间
(3)关于Git和GitHub；
是一个很方便的保存代码的方式，以前我总是用电脑自带的Onedrive来保存文件，但Git和GitHub可以让我查看版本差异，可以查看更新日志，非常实用。
(4)关于CMU和MIT的作业；
除了读英文比较不适应，有时会理解错题意，其他的地方感觉难度、代码量和哈工大的差不多
(5) 关于本实验的工作量、难度、deadline；
作为第一次实验，我感觉难度是偏简单，但是其中有一个凸包问题卡了我很久，不过在了解gift-wrapping算法并自己动手实现以后，我感觉非常有成就感
(6) 关于初接触“软件构造”课程；
软件构造课让我重视以前我没有重视的地方，比如写上述的实验进度记录，每次阶段工作结束后都要git代码，让我受益匪浅
(7) 疫情期间，只能远程授课，个人在家里完成实验任务，你对该学习方式有什么想法？
尽管上课的内容是差不多的，但是在学校里能有同学一起学习、一起相互进步，而在家中就只能靠良好的自律性，自己动手。不过，多亏了网络的发达，能够让我在家中继续学习