软件构造lab3
目录
1 实验目标概述 1
2 实验环境配置 1
3 实验过程 1
3.1 待开发的三个应用场景 1
3.2 基于语法的图数据输入 1
3.3 面向复用的设计：CircularOrbit<L,E> 1
3.4 面向复用的设计：Track 2
3.5 面向复用的设计：L 2
3.6 面向复用的设计：PhysicalObject 2
3.7 可复用API设计 2
3.8 图的可视化：第三方API的复用 2
3.9 设计模式应用 2
3.10 应用设计与开发 2
3.10.1 TrackGame 2
3.10.2 StellarSystem 2
3.10.3 AtomStructure 2
3.10.4 PersonalAppEcosystem 2
3.10.5 SocialNetworkCircle 2
3.11 应对应用面临的新变化 2
3.11.1 TrackGame 3
3.11.2 StellarSystem 3
3.11.3 AtomStructure 3
3.11.4 PersonalAppEcosystem 3
3.11.5 SocialNetworkCircle 3
3.12 Git仓库结构 3
4 实验进度记录 3
5 实验过程中遇到的困难与解决途径 3
6 实验过程中收获的经验、教训、感想 4
6.1 实验过程中收获的经验和教训 4
6.2 针对以下方面的感受 4
1实验目标概述
根据实验手册简要撰写。
本次实验覆盖课程第 3、5、6 章的内容，目标是编写具有可复用性和可维护
性的软件，主要使用以下软件构造技术：
⚫ 子类型、泛型、多态、重写、重载
⚫ 继承、代理、组合
⚫ 常见的 OO 设计模式
⚫ 语法驱动的编程、正则表达式
⚫ 基于状态的编程
⚫ API 设计、API 复用
本次实验给定了五个具体应用（径赛方案编排、太阳系行星模拟、原子结构
可视化、个人移动 App 生态系统、个人社交系统），学生不是直接针对五个应用
分别编程实现，而是通过 ADT 和泛型等抽象技术，开发一套可复用的 ADT 及其
实现，充分考虑这些应用之间的相似性和差异性，使 ADT 有更大程度的复用（可
复用性）和更容易面向各种变化（可维护性）。
2实验环境配置
简要陈述你配置本次实验所需环境的过程，必要时可以给出屏幕截图。
特别是要记录配置过程中遇到的问题和困难，以及如何解决的。
实验环境设置请参见 Lab-0 实验指南。本次无需额外配置
3实验过程
请仔细对照实验手册，针对每一项任务，在下面各节中记录你的实验过程、阐述你的设计思路和问题求解思路，可辅之以示意图或关键源代码加以说明（但千万不要把你的源代码全部粘贴过来！）。
3.1待开发的三个应用场景
首先请列出你要完成的具体应用场景（至少3个，1和2中选一，3必选，4和5中选一，鼓励完成更多的应用场景）。
2,行星运动模拟
3,原子结构模型
5,社交网络好友分布
分析你所选定的多个应用场景的异同，理解需求：它们在哪些方面有共性、哪些方面有差异。
共性:需要轨道系统中基本存在的对象，包括轨道、中心物体、轨道物体。其中物体都不考虑绝对位置。轨道都为圆形。
都需要完成的功能有：添加/删除轨道，在某一轨道上添加/删除物体，获得轨道系统的熵值，获得逻辑距离，比较两个同类型轨道系统的差异，检查轨道系统是否合法，可视化。
差异:StellarSystem每层只有一个物体,AtomStructure轨道物体都是值相同的对象，需要实现物体跃迁。SocialNetworkCircle中需要实现物体关系及对应操作，需要计算信息扩散度。
3.2基于语法的图数据输入
以下分别是三个应用的在输入处理中设计的正则表达式：
StellarSystem:
String a=“Stellar ::= <([a-zA-Z0-9]+),(.),(.)>”;
String b=“Planet ::= <([a-zA-Z0-9]+),([a-zA-Z0-9]+),([a-zA-Z0-9]+),(.),(.),(.),(.),(.*)>”;
AtomStructure：
String a=“ElementName\s*::=\s*([A-Z][a-z]?)”;
String b=“NumberOfElectron\s*::=\s*((??????:\d+\/\d+)|;)+)”;
SocialNetworkCircle：
String a = “CentralUser\s*::=\s* <([A-Za-z0-9]+),\s*(\d+),\s*([MF])>”;
String b = “Friend\s*::=\s*<([A-Za-z0-9]+),\s*(\d+),\s*([MF])>”;
String c = “SocialTie\s*::=\s*<([A-Za-z0-9]+),\s*([A-Za-z0-9]+),\s*(0(?:\.\d{1,3})?|1(?:\.0{1,3})?)>”;
对于在文件中读入的每一行，尝试用不同的pattern进行匹配并进行对应的处理（包括split），如果不能匹配则抛出运行时异常MyExp（自定义异常）。
其中SocialTie的正则表达式中用到了?:代表该括号是一个非捕获组，对于有多个括号的捕获情况，捕获顺序是从左到右，从外到内（嵌套）。
3.3面向复用的设计：CircularOrbit<L,E>
类的域：
private L cenL; //中心体
private Set a=new HashSet(); //中心体有关物体集合
private Map<Track, Set> b=new HashMap<Track, Set>(); //轨道及其上面的物体地图
private Map<E, Set> c=new HashMap<E, Set>(); //物体及其有关物体集合图
方法以及实现：public Set addTrack(Track aTrack); //增加一条轨道
public Set<Track> removeTrack(Track aTrack); //去除一条轨道
public L addCentralPoint(L aCentralObject); //增加中心点物体
public Set<E> TrackaddPhysicalObject(Track aTrack,E aPhysicalObject); //向特定轨道上增加一个物体（不考虑物理位置）
public Set<E> addCentralPointandTrack(E aPhysicalObject); //增加中心点物体和一个轨道物体之间的关系
public Map<E,Set<E>> addTrackandTrack(E aPhysicalObject,E bPhysicalObject); //增加两个轨道物体之间的关系
public double getObjectDistributionEntropy(); //获取轨道系统的熵值
public int getLogicalDistance(E e1,E e2) ;//使用BFS算法计算e1和e2之间的逻辑距离。
public Difference<L,E> getDifference(ConcreteCircularOrbit<L, E> that); //获得自身轨道系统与同类型轨道系统that之间的系统差异
public Boolean checkOrbitAvailable();//检查系统是否合法，直接返回true交给具体应用系统进行重写。
public Iterator<E> iterator(); //返回iterator迭代器
public void transit (E object, Track t); //将 object 从当前所在轨道迁移到轨道 t
public List<Track> sortrack(); //轨道排序
public List<Set<E>> sortE(); //物体集合按轨道排序
3.4面向复用的设计：Track
Immutable类。只有一个radius域。
方法：
getter，覆盖equals方法，Track使用Radius判断两个Track是否相等。
3.5面向复用的设计：L
Immutable对象类。
只有一个name域。
方法：getter，equals
3.6面向复用的设计：PhysicalObject
Immutable类
只有一个name域
方法：getter
3.7可复用API设计
计算轨道系统熵值。在ConcreteCircularOrbit中已经具体实现。
获取最短逻辑距离。在ConcreteCircularOrbit中已经具体实现。
获取物理距离：只有第二个应用需要实现,在stellarsystem中实现.
计算两个多轨道系统之间的差异：
在ConcreteCircularOrbit中我们将两个对应的轨道物体集合添加到Difference对象中。下面声明Difference的类设计。
每一对比较的轨道，各自形成集合且只保留各自轨道上独有的轨道物体（去除交集），通过一个集合和自身构造trackDifference对象，一个轨道系统的Difference由多个trackDifference构成。在trackDifference中提供toString方法将差异转化为字串，需要注意的是，如果两个集合都为空则说明两轨道上物体完全相同，这时候不输出“物体差异”。
3.8图的可视化：第三方API的复用
3.9设计模式应用
请分小节介绍每种设计模式在你的ADT和应用设计中的具体应用。
高级类
Track,PhysicalObject等对象使用静态工厂方法实现，在类中设计getInstance方法获得对象。
对于ConcreteCircularOrbit的构造使用builder设计模式，设计抽象类ConcreteCircularOrbitBuilder，包括buildTrack，buildeObjects，buildRelation，通过传入的参数添加轨道系统组成。
每个具体应用类的Builder继承自ConcreteCircularOrbitBuilder，覆盖createConcreteCircularOrbit方法分别创建对应的轨道系统对象。
3）Iterator设计模式。设计MyIterator类，构造方法中传入轨道系统的PhysicalObjectMap（保护），首先按照轨道排序，之后按照轨道物体位置排序（因为不考虑轨道物体绝对位置，所以不予实现），在其中添加一个迭代下标，hashNext判断下标是否越界，next移动下标后返回值。
4）façade设计模式，实现API类。
StellarSystem
实现strategy设计模式。
设计接口类,分别实现具体策略类，简单编排SimpleStrategy，随即编排RandomStrategy，按bestscore排序编排SortedScoreStrategy。具体类中实现assign函数。
AtomStructure
实现Memento设计模式管理电子跃迁的状态。
设计ElectronTransitMemento类，保存电子轨道跃迁信息，分别保存跃迁电子electron，源轨道fromTrack，目标轨道toTrack。
设计ElectronTransitCareTaker类，负责保存所有的动作列表，回退历史信息（返回删除点之后的所有操作列表）。回退动作先从CareTaker类中获得删除点之后的所有历史信息，然后传入轨道系统中反方向执行操作。
SocialNetworkCircle
不需要实现设计模式
3.10应用设计与开发
利用上述设计和实现的ADT，实现手册里要求的各项功能。
以下各小节，只需保留和完成你所选定的应用即可。
3.10.StellarSystem
功能：给定初始时刻（读入文件时）各行星的位置，
计算输出 t 时刻各行星的位置；功能 2：计算恒星与某颗行星之间、两
颗行星之间的物理距离；
判断合法性：按要求实现
3.10.1AtomStructure
功能：模拟电子跃迁。调用ConcreteCircularOrbit中实现的transit函数即可。
判断合法性：无。
3.10.2SocialNetworkCircle
功能1：从社交关系日志中恢复结构，首先将所有的输入信息读入，这时候我们得到了中心节点，与中心节点相邻的节点，节点之间的关联信息，在这个图上进行BFS，BFS的起始节点集合是所有与中心点相邻的节点，于是我们就可以获得哪些节点与中心节点不相邻（删去），各自的节点应该处于哪一条轨道上。之后调用Builder构造轨道系统即可。
功能2：计算第一条轨道上的亲密度因素：这里我们定义第一层轨道上的物体为V，其他物体为U，记v->u路径上紧密度的乘积为val(v,u)，则v的扩散度为其所有能到达的物体u’的val(v,u’)之和。使用BFS，这里BFS一次的源点为一个第一层轨道上的物体，对每个第一层轨道上的物体都进行一次BFS。
功能3：增加/删除一条社交关系。增加删除关系可以直接调用ConcreteCircularOrbit中实现了的函数，不过考虑到关系改变会引起图的结构的改变（有的节点需要删除，有的节点需要改变所处的轨道），需要调用adjustFriendLocation来调整整个physicalObjectMap，这里采用的（暴力）方法是重复功能1中的BFS过程，重新计算所处轨道，然后删除不能连通的节点。
功能4：计算逻辑距离。调用ConcreteCircularOrbit中的getLogicalDistance即可。
3.11应对应用面临的新变化
以下各小节，只需保留和完成你所选定的应用即可。
3.11.1StellarSystem
画图时改变一下计算策略即可
3.11.2AtomStructure
原子核表达为多个质子和多个中子的组合：设计中子质子类，更改AtomCore，添加中子质子列表。修改AtomCore，覆盖drawGraphics方法，改一下AtomCore的显示字符串为多少个中子质子的组合。
3.11.3SocialNetworkCircle
为关系增加方向性：在原来的实现中，无向边使用两条有向边表示，这里只需要改一下，添加/删除关系的时候只需要操作一条边即可。
忽略边：在读入边的时候，如果存在轨道物体向中心点的边则不操作，然后将其他所有的边加入，这里当然也包括了外层轨道到内层轨道的边，但是这里我们保留它，因为从实际应用角度出发，虽然一条边是从外层轨道到内层轨道的，但是在添加/删除关系之后这条边也可能变成内到外的边。
如何忽略？这里我们求出所有点到中心点的距离，根据距离即可判断内外（也可以求出所在的轨道-更简），每次更改关系结构之后需要重新求一遍距离，所以将求距离操作设计在adjustFriendsLocation中。
忽略影响：修改visualizeContentPanel，不显示外到内的边。修改求扩散度的操作，忽略所有外到内的边。但是如果两点之间是外到内的边，两者依然是相连的关系，这点在面板上的删除边功能上有所体现。
3.12Git仓库结构
请在完成全部实验要求之后，利用Git log指令或Git图形化客户端或GitHub上项目仓库的Insight页面，给出你的仓库到目前为止的Object Graph，尤其是区分清楚312change分支和master分支所指向的位置。