• OO第一单元总结-多项式求导


    OO第一单元总结-多项式求导

    一、第一、第二次作业总结

      因为前两次作业设计复杂度差别不大,因而放在这里统一总结。

    基于度量分析程序结构:

    前两次作业确实存在缺乏可拓展设计的构想,基本还是面向过程的思维方式。“一类到底,一main到底”,因为有代码风格的要求被迫将代码模块化(捂脸)。

    初次接触正则表达式,第一次设计正则表达式的时候并不知道正则的内部实现,出现了“一个大正则”,后来了解到许多正则匹配模式(贪婪,懒惰,独占)。两次作业都改成了小正则匹配同时捕获,这样可以有效避免正则爆栈的问题。

    String expon = "[\t ]*(\^[\t ]*[+-]{0,1}\d{1,}){0,1}[\t ]*";//指数
    String subterm = "([\t ]*(\*[\t ]*" +        //后续表达式
            "(((cos[\t ]*\([\t ]*x[\t ]*\)[\t ]*)|" +
            "(sin[\t ]*\([\t ]*x[\t ]*\)[\t ]*)|x)" +
            expon + "|([+-]{0,1}\d{1,}[\t ]*))))*";
    String regax1 = "([\t ]*\d{1,}[\t ]*" + subterm +    
            "|([\t ]*((cos[\t ]*\([\t ]*x[\t ]*\)[\t ]*)|" +
            "(sin[\t ]*\([\t ]*x[\t ]*\)[\t ]*)|x)" +
            "(" + expon  + subterm  + "|" + subterm + ")" + ")" +
            "|([\t ]*[+-]\d{1,}"  + subterm + ")" +
            ")";
    String regex = "([\t ]*[+-][\t ]*" +      //表达式开头
                    "((((cos[\t ]*\([\t ]*x[\t ]*\)[\t ]*)|(sin[\t ]*\([\t ]*x[\t ]*\)[\t ]*)|x)" + expon + subterm + ")" +
                    "|([+-]" + regax1 + ")" +
                    "|(\d{1,}[\t ]*"  + subterm + ")" +
                    ")[\t ]*)";

      设计正则表达式时,我运用了简单的树结构,因为每个项的第一个因子较为特殊,所以单独设计,每个项的后续因子具有重复性,所以统一设计。(其实就是暴力列举所有情况)

      求导处理方面,因为没有很好考虑到可拓展性,简单的暴力求导,公式如下:

         $(ax^bsin(x)^ccos(x)^d)′=abx^{b-1}cos(x)^dsin(x)^c+acx^bcos(x)^{d+1}sin(x)^{c−1}−adx^bcos(x)^{d−1}sin(x)^{c+1}$

      存储方面,利用Arraylist存储每一个项,每个项内存储各个因子的指数。因为后来才解了Hashmap,发现对于前两次作业,Hashmap比ArrayList合并时有更大优势。

    程序bug分析

      bug主要存在于输出方面的,因为优化时想去除常数因子为0的项,因为考虑不周,所以出现+0无输出的bug。

    发现别人bug的策略

      1、聚焦于WF检测,根据自己设计的正则反向构造许多反例,但是发现大家WF写的都很好,确实难顶。

      2、设计一些边缘数据,比如0*sin(x)^0。(在我那个组基本没用,大家都统一设计,未发现刁钻数据一刀hack1人以上)

      3、借别人的数据来测·····难顶

      4、写了个shell脚本,能用操作系统的知识解决一次测一组人的实际需求(太顶了)

    二、第三次作业总结

      这次作业简直就是地狱,周五发指导书,本来还想沿用前两次的正则构造思想,大量查阅资料,发现要递归定义正则(自己定义自己),实在是写不出来,放弃了这个选择。周六周天毫无头绪,周一了解到了一个递归下降的算法,看懂代码之后本来想拿来主义变成自己的,但是无奈自己无法复现如此精妙的递归下降,周二凌晨3点重构,从头开始。

    本次作业主要分成两个工作:

      1、WF判断,这一部分我并不想前两次,在处理之前就判断,而是考虑到括号的递归存在,所以在处理时如果不符合简单小正则规范,则输出WF(在这之前有“错误符号检测”“空格及制表符模式检测”“+-符号个数检测”)。

      2、求导,针对这次作业十分复杂的特性,使用递归求导:

        1)、Poly求导结果为Poly中的Term求导相加

        2)、Term求导为Term中每个Factor求导后与剩余所有Factor相乘;

        3)、Factor求导分为5大类:x、sin(x)、cos(x)、constant、Polyfactor,其中Polyfactor求导遵循1)规则

      表达式处理是我认为本次作业最难的部分,我采用的(借鉴的)办法是,用+将Poly分成Term(在这之前用栈的方式,标记处于每个Term外的+,将Term内的+换成别的符号),然后用*将Term分成Factor(分成Factor过程分为5类,同时进行简单小正则WF判断),进而求导。(这里注意,在求导前,所有构造已经完成,即已经将所有表达式因子(Polyfactor)拆分成新的Term)

      (Poly和Term之间不存在继承关系,Factor与其他5个因子均为继承关系)

    三、说说自己的理解

      以上即为我的方法(借鉴吸收别人的方法),下面我想重点介绍我理解的(仅仅个人理解,欢迎大牛指导批评),仅针对本题的递归下降算法:

      递归下降算法在本题主要针对于表达式处理,因为代码版权属于别人(我真菜),就不贴代码了,简单介绍一下:

        1)、各个类的构造办法比较平凡,和我的办法中类的构造大同小异。

        2)、在判定表达式WF中(前提是已经进行了“无效字符检查”“空格格式检查”),采用的方式是将问题下放,在最终的各个因子中进行“小正则”的简单检查。

          eg:sin((x)

          整体方法:调用toPoly()方法,toPoly()方法中调用toTerm()方法,toTerm()方法中调用toFactor()方法,toFactor()方法先检测到这属于sin类,判断“sin(” 是否存在且合法,然后跳过,接着对于中间的部分进行toFactor()方法继续构造(根据定义,sin括号内必须为一个5种因子(constant,sin,cos,x,Polyfactor)中的一种),接着回到toFactor()方法,检测后面的“)”,即完成了Sin(Factor)检查,(至于Factor是否合法,那是Factor的事)。

          追踪本eg:toFactor()方法,判断“sin(” 存在且合法后,跳过“sin(”,接着对于中间的部分使用toFactor()方法继续构造,在toFactor中发现了一个‘(’,因此判断它为一个Polyfactor类型的Factor,继续调用toPolyFactor()方法,toPolyFactor()方法构造完毕(结果为取出了“(x)”)后返回至最初的toFactor()方法检查最后的“)”,发现没有这个“)”,因为已经将“)”匹配给了里面的“(x)”,进而抛出异常,输出WF。

        3)、这种方法我读懂之后让我惊叹大自然的鬼斧神工(还有自己真菜)。个人认为它的精妙之处在于,他不关注顶层Poly如何构造,只需要知道Poly是一个一个Term构成的;同时也不需要知道Term怎么构造,因为它是一个一个Factor构成的。所有所有的问题只存在于,如何写出正确的Factor构造(这相对简单很多啊)。所有表达式提取问题迎刃而解。

        看完这份代码,我感觉到自己的渺小与可怜兮兮。仅仅针对本题,我认为这个递归下降的思想也许蕴含了面向对象的很多道理,不关心大问题的具体实现,只关心大问题可以由解决哪些小问题来解决,然后利用对象或方法来解决小问题,在这点上,差不多是我第三次作业的最大收获了。

    (默默感谢对我提供帮助的大牛们)

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