2021年春季学期

计算学部《软件构造》课程

Lab 1实验报告

1. 实验目标概述 3

2. 实验环境配置 3

3. 实验过程 6

3.1 Magic Squares 6

3.1.1 isLegalMagicSquare() 6

3.1.2 generateMagicSquare() 8

3.2 Turtle Graphics 10

3.2.1 Problem 1: Clone and import 10

3.2.2 Problem 3: Turtle graphics and drawSquare 10

3.2.3 Problem 5: Drawing polygons 11

3.2.4 Problem 6: Calculating Bearings 11

3.2.5 Problem 7: Convex Hulls 12

3.2.6 Problem 8: Personal art 12

3.2.7 Submitting 14

3.3 Social Network 14

3.3.1 设计/实现FriendshipGraph类 14

3.3.2 设计/实现Person类 15

3.3.3 设计/实现客户端代码main() 16

3.3.4 设计/实现测试用例 17

4. 实验进度记录 18

5. 实验过程中遇到的困难与解决途径 19

6. 实验过程中收获的经验、教训、感想 19

6.1 实验过程中收获的经验和教训 19

6.2 针对以下方面的感受 19

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 JUnit 的测试

⚫ 基于 Git 的代码配置管理

实验环境配置

在这里给出你的GitHub Lab1仓库的URL地址。

https://github.com/ComputerScienceHIT/HIT-Lab1-1190200828

实验过程

Magic Squares

该任务的目标：设计isLegalMagicSquare()函数，判定给定的几个矩阵是否为magic
square；将给定的生成奇数阶的magic
square的generateMagicSquare()函数作为静态函数加入我的程序代码中，将生成的矩阵存入6.txt并调用isLegalMagicSquare()判断所生成的矩阵是否正确。该阶段涉及到文件读写操作、对某些特定函数的调用（例如split等）、对部分异常的处理（例如矩阵中有负数、浮点数，或是行列数不相等）等。

isLegalMagicSquare()

1.根据实验要求，我不能上来直接就去用magic矩阵的定义去判断其正确性，即每行每列每个对角线的元素和都相等；而是应该先判断给定的矩阵是否合理，即判断行列数是否相等、矩阵中是否有浮点数、负数等。由此，我的想法是设置一个整型变量n = 0，对于txt文件先按行读入，每读入一行n++，直到读完文件，此时n的值即为矩阵行数。然后，依旧是按行读入文件，每读入一行，将其存入String line中，并调用split(“\t”)将其分割并存入String[] line_cut，比较行数n与line_cut.length，不相等则输出错误提示并返回false，后经过测试，当文件未用”\t”进行分割时，也会导n != line_cut.length，因此在这里一并输出错误提示；然后判断line_cut中的每一个元素是否都是正整数，按位寻访line_cut，若出现某一位不在数字字符’0’-‘9’中，则输出错误提示并返回false。综上所述，即有如下代码：

以上错误判断完毕后，将读入的文档存入矩阵magic中，并按照magic矩阵定义进行测试，若不符合magic矩阵定义，则返回false。注意，在此过程中，并未输出错误提示，表示矩阵本身不存在行列数不相等等错误。于是有以下代码：

至此，isLegalMagicSquare()函数设计完毕；

结果展示：

generateMagicSquare()

程序代码已经在ppt中给出，程序流程图如下：
除该程序代码外，需对该函数的输入进行测试，以防输入为偶数或负数。该测试在我的main函数中完成，输入阶数为负数或偶数或输入阶数小于2时输出错误提示并予以重新输入，但是，如果输入根本并非整数，而是浮点数或字符时，则输出错误提示且不允许重新输入，于是有如下代码：
除此之外，还需要在函数中加入文件写入操作，将产生的magic矩阵存入6.txt以便于main函数中测试其生成的magic矩阵的正确性，添加的代码如下：
结果展示：

Turtle Graphics

该任务的目标：clone已有的程序后，利用turtle按照要求画图，主要需要修改及再编程的是TurtleSoup类，其中的一些函数编程时需要结合我们已有的数学几何知识、TurtleSoup类中的提示信息以及测试用的TurtleSoupTest类中的提示信息，最后可以发挥想象力进行自己的创作。

Problem 1: Clone and import

从github获取代码

由于clone出现问题，找不到实验报告上给的那个链接，所以我进入该链接后，将代码逐个复制到我的程序类中。

初始化本地仓库

git init

Problem 3: Turtle graphics and drawSquare

该函数需要实现：已知边长，画出边长为指定数值的正方形。参数是海龟对象turtle和边长sideLength。
循环执行，每次画笔直行sideLength距离，然后画笔方向旋转90度，循环执行4次后即可得到所需要的正方形，函数代码如下：
结果展示（sideLength = 40）：

Problem 5: Drawing polygons

首先，要求计算已知正多边形边数的内角度，该计算由已知公式可以推导，因此相关函数代码如下：
根据正方形的画法，只需要将画笔的转向角度设置为180 –
内角度数，循环多边形边数次数即可。考虑到画笔转向既能是顺时针又能是逆时针，故在此声明：sides可为负数，且当sides为负整数时，代表着画笔将逆时针旋转，且旋转度数为180
– 内角度数，并且取sides的绝对值为正多边形边数。函数代码如下：

Problem 6: Calculating Bearings

首先，已知起点和当前朝向角度，要求起点到终点需要转动的角度。根据几何运算，得函数代码如下：
上述问题的扩展：此时有若干个点，要求从第一个点开始到第二个点，再从第二个点到第三个点……以此类推每次转向的角度。以起点为第一个点，循环n-1次，每次将第i+1号点设置为“终点”，通过上一个函数计算旋转角度并存储到List中，将下一次的“起点”用当前“终点”更新，继续循环。程序代码如下：

Problem 7: Convex Hulls

由凸包算法（CSDN（ConvexHull凸包算法之Gift-Wrapping_Innovative
Workstation-CSDN博客）上查阅），可得该函数代码为：

Problem 8: Personal art

函数代码：

结果展示：

Submitting

由于第一次提交时已经进行过初始化以及与我的云仓库的关联，本次提交中只需要添加文件、注释以及提交三个步骤。

Social Network

该任务的目标：设计一张社交网络无向图，连接互为朋友的人与人，并且能计算任意两人之间需要的最少的关联路径。于是，该问题为最短路径问题，而构建的图为无向无权图，所以利用DFS深度优先遍历即可得到两点间的最短路径。

设计/实现FriendshipGraph类

存储图中的人姓名的集合：

addVertex()函数：首先判断Person
p是否在图中，若已经存在于图中，则输出错误信息，程序结束；否则将p添加至person中。

addEdge()函数：在a、b的朋友列表里分别加入彼此。

getDistance()函数：DFS深度优先算法求最短路径

设计/实现Person类

Person类包括：

Person()：包括这个人的名字p_name，这个人的朋友列表friends；

IsFriendOf(Person p)：在p_name的朋友列表里加入p；

设计/实现客户端代码main()

由ppt给出：

设计/实现测试用例

思想：将a通过addVertex()函数加入testGraph1中，b不加入，因此，测试用例为a在testGraph1.person中，b不在；

思想：将a、b通过addVertex()函数加入testGraph1中，调用addEdge()函数，在a、b加一条线，即关联在一起，那么，a、b的朋友列表将包含彼此，因此测试用例中，a在b.friends中，b也在a.friends中；

思想：getDistance测试中应包括自己与自己、相互认识的两人、相互不认识但是有中间人关联的两人以及互不相干的两人；

测试结果：

至此，实验设计结束。

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