OO第一单元作业总结之初识面向对象

第一个单元的三次作业均为求导，循序渐进的让我们掌握如何构造类和方法，让整个代码是面向对象的设计而不是面向过程的设计。如果第一次作业和第二次作业你只是简单的对过程着手架构类，到了第三次作业就会变得格外麻烦。掌握了面向对象创建多个类、分层次地实现每个类的功能，并梳理清楚继承与接口处理每个类的思路，便能够游刃有余地解决。

一. 总体设计思路

第一次作业

第一次作业时，还没有建立面向对象的程序设计思维和架构类的思路，因此整个代码采用面向过程，只构建了一个类，用多个方法划分，来处理输入并打印出求导的结果。

（1）构建方法wrong来处理输入，判断是否输出WF，如果不是则继续求导，而在wrong方法内用正则表达式按[+-]匹配拆分的方式匹配（不采用一个大正则来匹配WF来防止爆栈）

（2）将式中所有的空格和\t用空串取代，然后用正则表达式match类和group类提取出*分开的每一项，并调用方法xishu和zhishu将每一项的系数和指数存入Arraylist中，在求导前先调用Hebing方法进行合并同类项进行化简。

（3）将合并后的每一项的系数和指数通过方法derivate进行求导，输出每一项求导后的字符串，在方法中判断如果系数为0，则为空字符串，如果系数为1或-1，则约去“1*”，如果指数为0，则输出系数，如果指数为1则约去指数“^指数”。进行化简操作。

（4）打印：

1. 将系数大于0的项（如果有的话）换到最前面（表达式长度-1）

3. 如果不是第一项且此项为正，输出一个正号。

5. 如果最终结果为空字符串，则输出0。

第二次作业

（1）在Polymonomial类中，与第一次作业同样的用[+-]划分逐项匹配，判断合法性来输出WF。

（2）将表达式逐项拆解，用monomial类提取表达式中每一项的系数，x的指数，sin(x)的指数和cos(x)的指数。

（3）将monomial类提取出来的四个参数传入derivation类，先分别对x，sin(x)，cos(x)求导，然后根据乘的求导法则，组合在一起，再前面加上“xishu*”，如果系数为0，则为空字符串，如果为1或-1，则省略掉“1*”。

（4）将求导后的字符串组合在一起，再用hebing类进行合并同类项。

（5）打印规则如第一次作业。

第三次作业

（1）按照表达式（expression）、单项式（monomial）、因子（factor）的层次，分别建立三个类，进行递归的求导和合法性判断。

（2）将输入通过expression类进行[+-]的划分，划分的每一项传入monomial类，在monomial类里进行*的划分，每一项传入factor类，在factor类进行因子判断，如果为普通因子如x,sin(x)和cos(x)，则根据求导法则进行求导，将结果字符串return回去；如果存在嵌套括号，则判断其为嵌套因子，通过正则匹配group提取出嵌套的因子，递归用factor处理，并return其求导结果；如果是表达式因子，则传入expression类，进行递归return其求导结果。

（3）逐层递归地返回结果为字符串类型，最终在main里完成输出。

（4）打印规则如第一次作业。

二. 自我测试发现的bug

第一次作业

（1）爆栈错误

开始时判断WF，采用的是通过一整个大字符串来进行匹配是否配对，当输入500个“+x”后出现了爆栈的错误，故修改wrong方法，通过[+-]进行划分逐项匹配，用一个小字符串正则匹配每一项，最终成功解决了爆栈问题。

（2）划分错误

划分采用的是通过[+-]分开，但[+-]不仅会出现在项与项之间，还会出现在指数为有符号整数里，故这里采用replaceAll将所有的“^+”和“^-”替换为“^zheng”和“^fu”，分开以后，再将所有的“zheng”和“fu”替换为相应的正负号，以免出现错误。

（3）优化改进

在优化过程中，通过与同学讨论，除合并同类项外，还可以在最终结果中寻找系数为正数的项，如果寻找到，则将其提前到首项再省去第一个字符“+”。故遍历最终结果的每一项, 将找到的第一个正项与首项互换即可。

第二次作业

（1）无输入情况错误

中测通过一个错误数据点发现无输入报错的问题，修改input方法，用hasNextLine()判断是否有输入，如有则进行操作，无则输出WF，解决了这个问题。

（2）正负号个数问题的处理

过了中测以后，通过自己设计测试数据，发现了对于正负号的判断，后面接整数和后面接x/sin(x)/cos(x)情况有区别，在PolyDerivationpolynomomial类的wrong方法里增加特殊情况判断，解决此情况。

（3）划分错误

相比于第一次作业，这里会出现[+-]的情况还有每一项连乘之间的有符号整数，因此增加replaceAll另外将所有的“*+”和“*-”替换为“*zheng”和“*fu”，分开以后，再将所有的“zheng”和“fu”替换为相应的正负号，以免出现错误。

第三次作业

在构建类和递归方法过程中没有很大问题，很快便能够正常的处理嵌套因子和表达式因子的各种求导结果，但仍旧出现了一些问题。

（1）输入中出现不必要的括号

在写好求导类的处理并准备判断合法性时，发现当输入“((sin(x)*x))”时，进入monomial类处理时，用乘号*进行划分每一项分别是“((sin(x)”和“x))”，无法正常进入factor类求导，最终会输出WF。

因此，我在expression、monomial和factor类里新建了一个去掉多余括号方法的类，根据入栈出栈的思路，让i由0开始移动，直到移动到可以完全去掉的左括号那里，对称的去掉输入字符串的两边，再进行处理。

（2）优化错误

不优化一时爽，一直不优化一直爽，本次作业因为嵌套过于复杂，为了避免错误，每一项输出时都最好在外面增加“（）”，在处理优化时，根据前面入栈出栈的思路，仅能处理整个结果最外面的多余括号，而无法继续改进。

在通过“+”连接时，如果后面为空字符串，则不加“+”

本来试图对结果字符串进行化简处理，如果遇到“^1”、“*1”和“*0”则进行化简处理，但却在遇到“*100”和“*002”时遇到错误，受时间关系没有办法成功处理，最后只能遗憾地放弃。

三、代码分析

根据参考往届学长们的博客，可知三个总结程序结构的度量参数具体含义如下：

（1）ev(G)：基本复杂度，用来衡量程序非结构化程度的，范围在[1,v(G)]之间，值越大则程序的结构越“病态”。非结构成分降低了程序的质量，增加了代码的维护难度。

（2）Iv(G)：模块设计复杂度，用来衡量模块判定结构，即模块和其他模块的调用关系。软件模块设计复杂度高意味模块耦合度高，这将导致模块难于隔离、维护和复用。

（3）v(G): 循环复杂度，用来衡量一个模块判定结构的复杂程度，数量上表现为独立路径的条数，即合理的预防错误所需测试的最少路径条数。

参考博客链接：https://www.cnblogs.com/qianmianyu/p/8698557.html

第一次作业

（1）类图

（2）方法度量

（3）分析

1.类图分析

第一次作业时只构建了一个类，运用了多个方法，通过不同的方法来处理输入并输出导数。使得这个类的长度十分的长，结构也不清晰，缺乏面向对象的思维。改进方法：建造两个类，分别处理多项式和单项。多项式类完成对输入字符串判断合法性、接受每个项的求导结果并组合在一起打印出去的功能，单项类的功能是接受输入的单项并提取出系数、指数进行求导、之后将导数结果返回给多项式类。其中系数和指数可以通过二元组共同储存，方便对应关系进行合并提取。

2.复杂度分析

根据结构分析可知，由于将所有的功能处理都放在了main类里，导致main的各个复杂度都十分高，显得结构十分不合理，将其功能分成另外两个类来处理效果会好一点。同时在对合法性判断时，基本复杂度较高，原因在于出现了大量的if/else和while循环，可以考虑研讨课时大佬提出的独占性匹配，使划分更加准确。求导的模块设计复杂度比较高，由于多次调用了其他方法，耦合度较高，可以考虑分类改进后，调用方法数减少来减低复杂度。

第二次作业

（1）类图

（2）方法度量

（3）分析

1.类图分析

这一次的作业开始尝试使用面向对象的思维，构建多个类，结构相较于第一次作业更加的清晰，分别处理多项式、单项式求导、对结果的合并操作以及最后的判断合法性。但缺点也十分突出，依旧没有将输入用类的形式实例化，由此复用性很差，当出现更复杂的表达式（例如第三次）时，便需要重构。

2.复杂度分析

这次的代码，基本复杂度相对来说都不太高，程序模块化和结构化方面做得比上一次作业好得多，而有几个方法的模块复杂度较高，在其中依旧还沿用了面向过程的思想，反复调用一些过程性的方法。而在圈复杂度方面，依旧还是if/else和while循环嵌套层数和个数较多，还是可以巧妙改善正则表达式的匹配模式进行优化代码，使划分更加干净利落。

（1）类图

（2）方法度量

（3）分析

1. 类图分析

本次作业的结构更加优于第二次作业。由于递归的需求，层次之间需要更分明的划分，因此这次的代码结构十分清晰，但遗憾的是，由于时间关系没有用更好的建立公共因子类并采用继承-接口形式，可能结构会更加清晰好看。

2. 复杂度分析

这一次的代码复杂度相比于前两次都高了很多，其主要原因是while循环，if/else式的结构出现次数更多，以及由于递归不同类之间反复调用传递参数进行求导。

四、to hack or not to hack

三次作业的互测环节，均是拿一些自己构造的样例对某一个或某两个人的代码进行检测，遇到错误则提交。尽量保持hack的次数不要太多。

第一次作业

构造样例时，优先考虑了首项出现符号或空格错误、合并同类项后约掉的情况、空串、会出现爆栈的情况、判断/f或/v以及在所有可能加空格的地方随机插入空格的错误。在判断计算是否正确的情况中，构造一些系数或指数较大且含复杂正负号及前置0的情况。

第二次作业

样例构造方法与第一次类似，同时加入对sin(x)哪里可以加空格哪里不能加空格的错误样例。

第三次作业

这次作业较为复杂，可根据自己写代码时遇到的bug来检验其他人的代码。

五、感想

面向对象思维真的特别重要！×3，无论什么时候，在java语言里巧妙地通过类架构可以让代码变得结构清晰易懂，同一接口的类中的同一方法均可被无差别调用，大大的简化了重复的步骤，使代码更加简洁明了。同时，当发现自己的代码结构混乱时，一定不要急于完成，理清好思路再重新构建，否则将会面对代码像马蜂窝一样，debug时常常是改了这点动了那点，触一发而动其身。