软件构造实验三

1. 实验目标概述

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）

1. 实验环境配置

实验环境：

• 系统：windows10，JDK8
• ide：Eclipse IDE for Eclipse Committers 2018-12 (4.10.0)
• 版本管理：git
• 代码托管：Github

在这里给出你的GitHub Lab2仓库的URL地址（Lab2-学号）。

https://github.com/ComputerScienceHIT/Lab3-1170300527.git

1. 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！）。

1. 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）。

1. Stellar System
2. Atom Structure
3. Social Network Circle

共性：

1. 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
2. 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：

1. 包含的结构不同，行星需要考虑其绝对位置，并且位置会根据时间变化，原子与社交网络则无需考虑
2. 具体实现的功能要求也存在差异
   1. 基于语法的图数据输入

根据给出的输入结构写出正则表达式进行匹配，每读入一行将其分别进行匹配，并进行处理

行星系统：

原子系统：

社交网络：

1. 1. 面向复用的设计：CircularOrbit<L,E>

设计为接口，提取系统中的共有方法

方法	作用
public CircularOrbit<L,E>  concreteCircularOrbit ();	创建一个空的 CircularOrbit 对象
public void setOrbit(Track t);	增加一条轨道
public void removeOrbit(Track t);	去除一条轨道
public void setCenter(L center);	增加中心点物体
public void setObject(E object, Track t);	向特定轨道上增加一个物体（不考虑物理位置）
public void readFile(String file);	从外部文件读取数据构造轨道系统对象
public void transit (E object, Track t);	将 object 从当前所在轨道迁移到轨道 t
public void move(E object, double sitha);	将 object 从 当前位置移动到新的 sitha 角度所对应的位置

   

1. 1. 面向复用的设计：Track

包含两个属性，编号及半径

在行星系统中track按半径由小到大排列

在原子模型及社交网络中由于不存在半径大小，故编号及半径都设为轨道的层数

重写hashcode及equals方法，只要半径相同及认为相等

1. 1. 面向复用的设计：L

L及中心物体，恒星，原子核，人都有名称的属性，故其父类提取出name属性

恒星，原子核，人全部继承于CentralObject并增加自己的属性，恒星还有重量和半径均为double类型的属性，电子只有名字一个属性直接继承即可，人还有int的年龄和性别，由于性别只有两种，故以boolean类型代替

1. 1. 面向复用的设计：PhysicalObject

physicalObject及为多轨道系统中的E，行星，电子分别继承自它，社交网络中的人使用CentralObject中的person即可，由于电子属性较少，只设置了一个name属性代表其所在轨道层数。physicalObject为其共有父类也只有一个name属性，行星属性较多，继承后添加其独有的属性。

并重写了hashcode于与equals方法

1. 1. 可复用API设计
2. 计算轨道系统熵值。
3. 获取最短逻辑距离。行星之间无逻辑距离，电子逻辑距离为电子层数的差，社交网络逻辑距离为两人之间路径的长度
4. 获取物理距离：只在行星系统中实现
5. 计算两个多轨道系统之间的差异：行星轨道的差异以轨道编号区分而未使用轨道的实际半径，如使用实际半径，每一条轨道都将不同，行星系统中基本无法找到相同轨道半径的行星

CircularOrbitAPIs设计为接口，由ConcreteCircularOrbit继承并在三个系统中分别实习，这样可以根据系统的不同，将CircularOrbit安全的强转为其子类

1. 1. 图的可视化：第三方API的复用

可视化工具使用的是Swing

1. 行星轨道系统

 

本系统为考虑行星的实际半径，其差异太大，将无法显示完全系统的轨道，行星运行使用角速度，虽然外层行星运动较快但角速度较小，故运动时基本看不到外层行星运动，即使将运动速度设置为int类型的最大值最外层也基本不动，但将其position输出后可以看出角度还是有很小的变化的。

运动时采用多线程，否则将导致屏幕不断闪烁，每执行一次使用getNewPositon方法得出新的position并用repaint重绘制

1. 电子轨道系统

根据传入的map知道其电子层数及各层电子数即可绘制

1. 社交网络系统

基本的绘制与电子的类似，但还需要加上有关系的两人间的连线，这就要麻烦很多，在画轨道时设置map，以每个人的下标记录每个人的位置。之后再遍历关系的邻接矩阵edge，edge中两人亲密度不为0时添加线，不过要注意，亲密度不为0也可能不在轨道系统中，还要判断。

设计之初打算把物体，轨道，连线分别设计成不同的panel，之后根据系统的不同之间再jframe中之间分别add不同的panel就可以了也比较简单复用性也比较好，但应用时会遇到只显示最后一个panel，查了好久还是失败了。最后采用了分别绘制的方法

行星轨道运动时需要使用多线程操作，否则将发生屏幕不断闪烁的问题

1. 1. 设计模式应用
2. 三个系统采用工厂的设计模式，根据需要的不同返回相应的子类，并可以进行安全的强转
3. 对电子操作后采用moment模式，用moment存储相应的状态记录轨道及电子，Storage存储moment，每次对电子操作后创建一个新的moment进行存储，，可以根据操作的编号进行恢复
   1. 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。

1. 1. 1. TrackGame
      2. StellarSystem

完成了需求中的全部要求

1.GUI可视化展示轨道

2.删除轨道及行星

3.增加行星

4.输出t时刻后行星位置

5.计算两行星间距离

6.计算熵值  CircularOrbitAPIs中实现

7.得到两系统中不同 CircularOrbitAPIs中实现

由于行星系统中轨道与行星是一对一的，所以将删除轨道与删除行星结合在一起，只需输入轨道半径即可删除

设立了两个map，分别存储轨道和当前位置，position是可变的，其中包含角度，速度，方向，半径，这样通过position和时间即可计算出指定时间后的位置，也可通过行星之间找到map，行星和轨道都按照轨道半径的大小进行排序，每次增删时都进行了重新排序。

合法性检查：按照要求，每次更改操作后均进行check

1. 1. 1. AtomStructure

完成了需求中的全部要求

1.GUI可视化展示轨道

2.删除轨道 指定轨道编号

3.删除电子 指定轨道及电子数量

4.模拟电子跃迁 由指定旧轨道跃迁指点电子数到新轨道

5.新增轨道 轨道不能独立电子存在，故新增轨道时只需指定新轨道电子数量，自动生成下一轨道

6.删除电子 指定轨道及电子数目

7.计算系统熵值 指定轨道系统

判断合法性：无

1. 1. 1. PersonalAppEcosystem
      2. SocialNetworkCircle

完成了需求中的全部要求

1.GUI可视化展示轨道

2.增加一个人

3.删除一个人

4.增加一个关系

5.删除一个关系

6.获取信息扩散度

7.获取两人的逻辑距离 通过关系邻接矩阵的广搜

8.计算系统熵值 CircularOrbitAPIs中实现

通过输入的关系建立邻接矩阵，lab1与lab2均有涉及，通过对邻接矩阵的处理转化为多轨道系统，因为人数都是可变的，故都采用list的存储方式

注意：信息扩散度再计算时两人之间可能存在多条路径，亲密度不相同故首先通过广搜计算所有与之相连的人，再通过深搜计算两人间所有的路径，亲密度为路径上亲密度乘积的最大值，当亲密度大于0.01时视为二者存在联系

合法性：使用邻接矩阵的广搜，搜索到的逻辑距离即为最短的路径，满足条件

1. 1. 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。

1. 1. 1. TrackGame
      2. StellarSystem

创建新的轨道及position属性，修改计算位置的函数

以恒定角速度变化，图为示例，难点在于计算位置

更改计算行星距离的公式,分别计算两点的坐标,然后计算距离

1. 1. 1. AtomStructure

改变原子核类，增加质子及中子数目

修改正则表达式，在原子名称后面输入质子及中子数以/隔开如：ElementName ::= Rb 37/48

1. 1. 1. PersonalAppEcosystem
      2. SocialNetworkCircle

由于建立轨道时是由邻接矩阵转化而来，只需将邻接矩阵建立时改变赋值条件即可，后续改变不大，按要求改变绘图原则。

当画直线时遍历判断两人所处的轨道编号，只能从靠近中心的轨道向边缘轨道画图

1. 实验目标概述

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）

1. 实验环境配置

实验环境：

• 系统：windows10，JDK8
• ide：Eclipse IDE for Eclipse Committers 2018-12 (4.10.0)
• 版本管理：git
• 代码托管：Github

在这里给出你的GitHub Lab2仓库的URL地址（Lab2-学号）。

https://github.com/ComputerScienceHIT/Lab3-1170300527.git

1. 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！）。

1. 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）。

1. Stellar System
2. Atom Structure
3. Social Network Circle

共性：

1. 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
2. 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：

1. 包含的结构不同，行星需要考虑其绝对位置，并且位置会根据时间变化，原子与社交网络则无需考虑
2. 具体实现的功能要求也存在差异
   1. 基于语法的图数据输入

根据给出的输入结构写出正则表达式进行匹配，每读入一行将其分别进行匹配，并进行处理

行星系统：

原子系统：

社交网络：

1. 1. 面向复用的设计：CircularOrbit<L,E>

设计为接口，提取系统中的共有方法

方法	作用
public CircularOrbit<L,E>  concreteCircularOrbit ();	创建一个空的 CircularOrbit 对象
public void setOrbit(Track t);	增加一条轨道
public void removeOrbit(Track t);	去除一条轨道
public void setCenter(L center);	增加中心点物体
public void setObject(E object, Track t);	向特定轨道上增加一个物体（不考虑物理位置）
public void readFile(String file);	从外部文件读取数据构造轨道系统对象
public void transit (E object, Track t);	将 object 从当前所在轨道迁移到轨道 t
public void move(E object, double sitha);	将 object 从 当前位置移动到新的 sitha 角度所对应的位置

   

1. 1. 面向复用的设计：Track

包含两个属性，编号及半径

在行星系统中track按半径由小到大排列

在原子模型及社交网络中由于不存在半径大小，故编号及半径都设为轨道的层数

重写hashcode及equals方法，只要半径相同及认为相等

1. 1. 面向复用的设计：L

L及中心物体，恒星，原子核，人都有名称的属性，故其父类提取出name属性

恒星，原子核，人全部继承于CentralObject并增加自己的属性，恒星还有重量和半径均为double类型的属性，电子只有名字一个属性直接继承即可，人还有int的年龄和性别，由于性别只有两种，故以boolean类型代替

1. 1. 面向复用的设计：PhysicalObject

physicalObject及为多轨道系统中的E，行星，电子分别继承自它，社交网络中的人使用CentralObject中的person即可，由于电子属性较少，只设置了一个name属性代表其所在轨道层数。physicalObject为其共有父类也只有一个name属性，行星属性较多，继承后添加其独有的属性。

并重写了hashcode于与equals方法

1. 1. 可复用API设计
2. 计算轨道系统熵值。
3. 获取最短逻辑距离。行星之间无逻辑距离，电子逻辑距离为电子层数的差，社交网络逻辑距离为两人之间路径的长度
4. 获取物理距离：只在行星系统中实现
5. 计算两个多轨道系统之间的差异：行星轨道的差异以轨道编号区分而未使用轨道的实际半径，如使用实际半径，每一条轨道都将不同，行星系统中基本无法找到相同轨道半径的行星

CircularOrbitAPIs设计为接口，由ConcreteCircularOrbit继承并在三个系统中分别实习，这样可以根据系统的不同，将CircularOrbit安全的强转为其子类

1. 1. 图的可视化：第三方API的复用

可视化工具使用的是Swing

1. 行星轨道系统

 

本系统为考虑行星的实际半径，其差异太大，将无法显示完全系统的轨道，行星运行使用角速度，虽然外层行星运动较快但角速度较小，故运动时基本看不到外层行星运动，即使将运动速度设置为int类型的最大值最外层也基本不动，但将其position输出后可以看出角度还是有很小的变化的。

运动时采用多线程，否则将导致屏幕不断闪烁，每执行一次使用getNewPositon方法得出新的position并用repaint重绘制

 

1. 电子轨道系统

根据传入的map知道其电子层数及各层电子数即可绘制

1. 社交网络系统

基本的绘制与电子的类似，但还需要加上有关系的两人间的连线，这就要麻烦很多，在画轨道时设置map，以每个人的下标记录每个人的位置。之后再遍历关系的邻接矩阵edge，edge中两人亲密度不为0时添加线，不过要注意，亲密度不为0也可能不在轨道系统中，还要判断。

设计之初打算把物体，轨道，连线分别设计成不同的panel，之后根据系统的不同之间再jframe中之间分别add不同的panel就可以了也比较简单复用性也比较好，但应用时会遇到只显示最后一个panel，查了好久还是失败了。最后采用了分别绘制的方法

行星轨道运动时需要使用多线程操作，否则将发生屏幕不断闪烁的问题

1. 1. 设计模式应用
2. 三个系统采用工厂的设计模式，根据需要的不同返回相应的子类，并可以进行安全的强转
3. 对电子操作后采用moment模式，用moment存储相应的状态记录轨道及电子，Storage存储moment，每次对电子操作后创建一个新的moment进行存储，，可以根据操作的编号进行恢复
   1. 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。

1. 1. 1. TrackGame
      2. StellarSystem

完成了需求中的全部要求

1.GUI可视化展示轨道

2.删除轨道及行星

3.增加行星

4.输出t时刻后行星位置

5.计算两行星间距离

6.计算熵值  CircularOrbitAPIs中实现

7.得到两系统中不同 CircularOrbitAPIs中实现

由于行星系统中轨道与行星是一对一的，所以将删除轨道与删除行星结合在一起，只需输入轨道半径即可删除

设立了两个map，分别存储轨道和当前位置，position是可变的，其中包含角度，速度，方向，半径，这样通过position和时间即可计算出指定时间后的位置，也可通过行星之间找到map，行星和轨道都按照轨道半径的大小进行排序，每次增删时都进行了重新排序。

合法性检查：按照要求，每次更改操作后均进行check

1. 1. 1. AtomStructure

完成了需求中的全部要求

1.GUI可视化展示轨道

2.删除轨道 指定轨道编号

3.删除电子 指定轨道及电子数量

4.模拟电子跃迁 由指定旧轨道跃迁指点电子数到新轨道

5.新增轨道 轨道不能独立电子存在，故新增轨道时只需指定新轨道电子数量，自动生成下一轨道

6.删除电子 指定轨道及电子数目

7.计算系统熵值 指定轨道系统

判断合法性：无

1. 1. 1. PersonalAppEcosystem
      2. SocialNetworkCircle

完成了需求中的全部要求

1.GUI可视化展示轨道

2.增加一个人

3.删除一个人

4.增加一个关系

5.删除一个关系

6.获取信息扩散度

7.获取两人的逻辑距离 通过关系邻接矩阵的广搜

8.计算系统熵值 CircularOrbitAPIs中实现

通过输入的关系建立邻接矩阵，lab1与lab2均有涉及，通过对邻接矩阵的处理转化为多轨道系统，因为人数都是可变的，故都采用list的存储方式

注意：信息扩散度再计算时两人之间可能存在多条路径，亲密度不相同故首先通过广搜计算所有与之相连的人，再通过深搜计算两人间所有的路径，亲密度为路径上亲密度乘积的最大值，当亲密度大于0.01时视为二者存在联系

合法性：使用邻接矩阵的广搜，搜索到的逻辑距离即为最短的路径，满足条件

1. 1. 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。

1. 1. 1. TrackGame
      2. StellarSystem

创建新的轨道及position属性，修改计算位置的函数

以恒定角速度变化，图为示例，难点在于计算位置

更改计算行星距离的公式,分别计算两点的坐标,然后计算距离

1. 1. 1. AtomStructure

改变原子核类，增加质子及中子数目

修改正则表达式，在原子名称后面输入质子及中子数以/隔开如：ElementName ::= Rb 37/48

1. 1. 1. PersonalAppEcosystem
      2. SocialNetworkCircle

由于建立轨道时是由邻接矩阵转化而来，只需将邻接矩阵建立时改变赋值条件即可，后续改变不大，按要求改变绘图原则。

当画直线时遍历判断两人所处的轨道编号，只能从靠近中心的轨道向边缘轨道画图