软件构造感想2

对给定的Java项目进行实现与升级

给出一个Java题目

给定研究人员的一系列论文（每个论文是一个非负整数），编写一个函数来计算研究人员的h-index数。（
根据维奇百科上h-index的定义：“如果科学家的N篇论文中的h篇中每篇至少被引用h次，而其他N-h篇论文中每篇不超过h篇引用，则h被称为科学家的h-index。”

• 例子:
  输入: citations = [3,0,6,1,5]
  输出: 3
• 说明：
  [3,0,6,1,5]表示研究人员总共有5篇论文，每篇论文分别获得3、0、6、1、5篇引用。 由于研究人员拥有3篇论文，每篇论文至少被3次引用，其余两篇论文每篇被引用不超过3次，因此她的h-index为3。
• 注意：如果h有多个可能的值，则将最大值作为h-index。

解决思路、编写Java代码、执行

思路：先把数组从大到小排序，再从头遍历，找到符合要求的h-index值。
[3,0,6,1,5]→[6,5,3,1,0]
遍历时，如果数组中该位置的数值大于等于其序号+1，则h-index至少为序号+1。
例如：

• 第0位为6，6>=1，则h-index=1；
• 第1位为5，5>=2，则h-index=2；
• 第2位为3，3>=3，则h-index=3；
• 第4位为1，1<4，则h-index不再变化，算法终止。

先创建Java项目：

• 在Eclipse中构造工程，命名为SC2020Spring_Classroom_Exercise；
  在src中创建包，命名为exercise_6_6；
  在包中创建类HIndex.java。

(1)控制台读入用户输入，按3,0,6,1,5的格式，存储于数组

Scanner scanner = new
Scanner(System.in);
int[] citations = new int[100];
String[] strs;
System.out.println("Please input the citation numbers:");
String line = scanner.nextLine();
strs = line.split(",");
for (int i = 0; i < strs.length; i++)
    citations[i] = Integer.parseInt(strs[i]);

(2)编写排序功能（冒泡排序）

for (int i = 0; i < number - 1; i++) {
    for (int j = 0; j < number - 1; j++) {
        if (citations[j] < citations[j + 1]) {
             int temp = citations[j + 1];
             citations[j + 1] = citations[j];
             citations[j] = temp;
        }
    }
}

(3)计算h-index

int hindex = 0;
for (int j = 0; j < number; j++) {
    if (citations[j] >= j + 1)
        hindex = j + 1;
    else
        break;
}
System.out.println("The h-index is: " + hindex);

接下来要输入不同的数组，进行手工测试。
上述编写完成后，git commit到v0.1All code in main()
(4)提取出单独的int hindex(int[] citations)函数
(5)提取出来形成单独的排序函数void sort(int[] array)，git commit到v0.2 separate functions
(6) 从文本文件读入，存储于数组

健壮性处理

进行健壮性测试：

• 输入空数组——抛出异常了

String line = new String();
line = scanner.nextLine();
while(line.length() == 0)
{
    System.out.println("Input empty, please re-input:");
    line = scanner.nextLine();
}

git commit到v0.3 avoid empty input string

• 输入负值：
  策略：split之后，调用Integer.parseInt(strs[i])得到整数，检查其是否<0
• 输入特殊值（非整数、非法字符等）
  策略1：比较笨的方法：逐个字符位置检查是否为数字
  策略2：与负值一起处理，用正则表达式检查分割后字符串是否匹配"[0-9]+"
  策略3：直接调用Integer.parseInt()或者Integer.valueOf().intValue()，若抛出异常，说明不合法，需要在捕获异常之后让用户重新输入

举例实现策略2：

//read input from keyboard
Scanner scanner = new
Scanner(System.in);
System.out.println("Please input the citation numbers:");     
int[] citations = new int[100];
String[] strs;
String line = new String();     

//loop, until user inputs legal string
while (true) {
    line = scanner.nextLine();
    //if the nput is empty
    if (line.length() == 0)
    {
       System.out.println("Input empty, please re-input:");
       continue;
    }     
    //check if each part is integer >= 0
    boolean legalNumbers = true;
    strs = line.split(",");
    for (int i = 0; i < strs.length; i++) {
       //if not,stop checking others and let user re-input
       if(! strs[i].matches("[0-9]+")) {
           System.out.println(strs[i] + " is illegal: ");
           legalNumbers = false;
           break;
       }
       //otherwise,store the integer into array
       citations[i] = Integer.parseInt(strs[i]); 
    }
    if (!legalNumbers)
       continue;
    else {
       //calculate h-index
       int hindex = hindex(citations);
       //output to console
       System.out.println("The h-index is: " + hindex);
       break;
    }
}

git commit到v0.4 avoid input string containing illegal characters

• 需要注意的是，如果这里超过100个输入则会抛出异常，但是我们不能提前得知用户输入多少个
  策略：使用Java Collections, List, Set, Map, etc

//int[] citations = new int[5];
List<Integer> citations = new ArrayList<>();
//citations[i] = value;
citations.add(value);
int hindex = hindex(citations);
public static int hindex(List<Integer> citations) {
    //Integer[]
    array1 = (Integer[])citations.toArray();
    int[] array2 = new int[citations.size()];
    for(int i=0; i<citations.size(); i++)
       array2[i] = citations.get(i);
    // 冒泡排序
    sort(array2);
    // 计算h-index
    int hindex = 0;
    for (int j = 0; j < array2.length; j++) {
       if (array2[j] >= j + 1)
           hindex = j + 1;
       else
           break;
    }
    return hindex;
}

git commit到v0.5 use java collections instead of arrays

将计算功能与用户输入分离开来

从main中分离出来计算，main只处理调用（作为客户端程序）

public class HIndex3 {    
    private List<Integer> citations = new ArrayList<>(); 
    
    public HIndex3(String input) {
       if(input == null || input.length() == 0)
           throw new IllegalArgumentException("Empty");
       dealInput(input);
    }
    
    private void dealInput(String input) {   
       String[] strs = input.split(","); 
       for (int i = 0; i < strs.length; i++) {
           if(! strs[i].matches("[0-9]+")) 
              throw new IllegalArgumentException(strs[i] + " is illegal");
           citations.add(Integer.parseInt(strs[i]));
       }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
       String[] inputs = new String[] {"1,0", "3,-2,4,8"};
       for(int i=0;i<inputs.length;i++) {
           HIndex3 h = new HIndex3(inputs[i]);
           System.out.println(h.calcHIndex());
       }
    }
    public int calcHIndex() {...}
    ...
}

git commit到v0.6 separate input with calculation
我们还可以通过静态函数进行调用

       for(int i=0;i<inputs.length;i++) {
           //HIndex3 h = new HIndex3(inputs[i]);
           System.out.println(HIndex3.calcHIndex(inputs[i]));
       }

git commit到v0.7 use static methods of a class

直接编写测试用例

打开Junit，演示测试用例如何书写、如何运行、正确和错误的执行结果
创建一个新的测试类HIndexTest.java
演示如何编写测试函数并启动执行、查看结果

• 正确的、错误的

普通的用例如何测试：assertEquals
抛出异常如何测试？

• 只看抛出异常的类型是否正确
  还要看抛出异常的消息是否正确

最好每个测试方法里只写一个测试用例
git commit到v0.8 design test cases manually

根据等价类和边界值思想，设计和编写测试用例

设计更完备的测试用例
Testing strategy：

• 对输入的字符串进行等价类划分
• 针对每一个划分结果来设计测试用例并撰写测试方法

git commit到v0.9 design test cases by equivalence partitioning

改造为OOP

构造Paper类，存储论文的题目、年份、期刊、引用数，封装起来，对Paper类进行功能扩展，包括增加引用数、减少引用数；
基于Paper类改造之前的HIndex类，将其改造为Author类，其中管理作者名字、发表论文清单，使用集合类表达一组Paper而不再用数组。
在Author类中增加功能：新增论文、修改某个论文的引用数、计算HIndex、toString（第一行打印出作者，后面每行是一篇论文[题目、引用数]，最后是该作者的HIndex）。
写一个客户端（Author类的main函数，模拟使用Paper和Author类）

git commit到v1.0 oop

让Paper类具备在Collections中的排序功能：

• 方案0：自行编写排序功能
• 方案1：使用Comparator
• 方案2：使用Comparable

实现方案2
git commit到v1.1 use comparator for sorting papers

重新编写和执行JUnit测试用例

对Paper类的各函数进行测试
对Author类的各函数进行测试

构造GUI

为用户开发一个GUI，让用户输入一组论文题目和引用数，计算出HIndex
使用JFrame，创建新GUI类

读取文本文件

在GUI上选择一个文件，从文本文件里读取数据，写入Paper对象和Collections

总结

本次习题课主要是为之前帮助Java没有了解的同学用Java编写项目。比如老师为同学们介绍了很多在编写Java项目中常用的方法或类，着重强调了与之前学过的C语言不同的地方，帮助同学们顺利完成实验一。