项目	内容
班级博客	2022年春软件工程课程班
作业要求	实验二 软件工程个人项目
学习目标	掌握软件项目个人开发流程；掌握Github发布软件项目的操作方法
目标实现	已掌握Git及GitHub的基本操作；对软件开发中项目代码的规范要求有了新的认识；对PSP进行了应用，对个人开发进行实践；
项目地址	KPProject

任务1

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任务2

构建之法第一章——概论

1. 软件=程序+软件工程 软件企业=软件+商业模式
2. 程序(算法、数据结构）是基本功，但是在算法和数据结构之上，软件工程决定了软件的质量;商业模式决定了一个软件企业的成败。软件从业人员和软件企业的道德操守会极大地影响软件用户的利益。
3. 软件工程
   • 是把系统的、有序的、可量化的方法应用到软件的开发、运营和维护上的过程。
   • 软件工程包括下列领域:软件需求分析、软件设计、软件构建、软件测试和软件维护。
   • 软件工程和下列的学科相关:计算机科学、计算机工程、管理学、数学、项目管理学、质量管理、软件人体工学、系统工程、工业设计和用户体验设计。
4. 软件的特性
   • 复杂性
   • 不可见性
   • 易变性
   • 服从性
   • 非连续性
5. 软件工程与计算机科学的关系：计算机理论的进展会帮助软件工程（例如对程序正确性的分析);软件工程的进展（更好的工具，更多的应用领域）会帮助计算机科学家更有效地进行实验和探索。

构建之法第二章——个人技术和流程

1. 好的单元测试的标准：
   • 单元测试应该在最基本的功能/参数上验证程序的正确性。
   • 单元测试必须由最熟悉代码的人来写。
   • 单元测试过后,机器状态保持不变。
   • 单元测试要快。
   • 单元测试应该产生可重复、一致的结果。
   • 独立性——单元测试的运行/通过/失败不依赖于别的测试，可以人为构造数据，以保持单元测试的独立性。
   • 单元测试应该覆盖所有代码路径。
   • 单元测试应该集成到自动测试的框架中。
   • 单元测试必须和产品代码一起保存和维护。
2. 回归测试的目的：
   • 验证新的代码的确改正了缺陷
   • 同时要验证新的代码有没有破坏模块的现有功能，有没有Regression
3. 效能分析：
   • 抽样(Sampling)，抽样就是当程序运行时，Visual Studio时不时看一看这个程序运行在哪一个函数内，并记录下来。
   • 代码注入(Instrumentation)，代码注人就是将检测的代码加入到每一个函数中，这样程序的一举一动都被记录在案，程序的各个效能数据都可以被精准地测量。
4. 个人开发流程(Personal Software Process)的特点：
   • 不局限于某一种软件技术，而是着眼于软件开发的流程。
   • 不依赖于考试，而主要靠工程师自己收集数据，然后分析，提高。
   • 在小型、初创的团队中，很难找到高质量的项目需求，这意味着给程序员的输入质量不高。在这种情况下，程序员的输出（程序/软件）往往质量也不高，然而这并不能全部由程序员负责。
   • PSP依赖于数据。
   • PSP的目的是记录工程师如何实现需求的效率，而不是记录顾客对产品的满意度。

任务3

需求分析

• 正确读入实验数据文件的有效{0-1}KP数据
• 能够绘制任意一组{0-1}KP数据以价值重量为横轴、价值为纵轴的数据散点图
• 能够对一组{0-1}KP数据按价值重量比进行非递增排序
• 用户能够自主选择贪心算法、动态规划算法、回溯算法求解指定{0-1} KP数据的最优解和求解时间（以秒为单位）
• 任意一组{0-1} KP数据的最优解、求解时间和解向量可保存为txt文件或导出EXCEL文件

功能设计

• 数据读入：将用户选择的数据导入
• 散点图绘制：将用户选择的数据进行散点图的绘制，横轴为重量，纵轴为价值
• 数据排序：将用户选择的数据按照价值重量比非递增排序
• 01背包问题求解：将用户选择的数据及方法进行问题求解，有以下三种方法：
  • 动态规划
  • 贪心
  • 回溯
• 将01背包问题求解得到的最优解，解向量，求解时间保存到相应的txt文件里
• 扩展功能：将散点图绘制得到的散点图进行保存（已实现）

设计实现

总体设计

　　该系统运行时会提示用户进行输入从而选择对应的功能，如果输入为“0”，则退出该系统；如果输入为1—4，则会转到对应的模块来实现用户的功能；当执行完对应功能后便会回到起始，即——提示用户选取相应的功能，直到用户输入“0”退出该系统为止。

工程结构

• data：存放01背包实验数据

• lib：存放引入的JFreeChart包

• pic：存放导出的散点图

• res：存放导出的解

• src：源码

  • algorithm：该包中分别存放算法代码

    • BT.class 回溯法对应的代码
    • DP.class 动态规划法对应的代码
    • Greedy.class 贪心法对应的代码

  • entity：实体类包

    • Data.class 数据文件对应的实体类

  • utils：存放所用到的各种工具类

    • DataUtils.class 与数据处理有关的类
    • PicUtils.class 与散点图绘制的类

  • Main.class 程序的入口类

    类之间的关系

模块实现

实验数据查看

　　数据查看的思路是通过Java的IO流中的FileReader来将文件按行读取并将数据封装在Data类中。

绘制散点图并导出

　　散点图的绘制是通过JFreeChart这个图表绘制类库来绘制的，通过将数据保存在一个二维数组中，然后通过JFreeChart的DefaultXYDataset和ChartFactory.createScatterPlot()来进行散点图的绘制；

　　散点图的导出是通过JFreeChart的工具类ChartUtilities.writeChartAsPNG()来将绘制的图像保存为一个png格式的图片。

对数据进行排序

　　该任务的实现是通过冒泡排序的方式进行。

问题求解并导出

• 动态规划法

　　\(0/1\)背包问题满足最优性原理，因此可以通过动态规划法进行求解。

　　该问题可以看作为一个决策序列\((x_1, x_2, ...,x_n)\) ,对任意一个变量 \(x_i\) 的决策是决定\(x_i\) 是\(1\)还是\(0\)。设 \(V(n,C)\) 表示将\(n\)个物品装入容量为\(C\)背包获得的最大价值，则初始子问题为把前\(i\)个物品装入容量为\(0\)的背包和把\(0\)个物品装入容量为\(j\)的背包中。即：

\[V(i, 0) = V(0, j) = 0 \qquad0 \leq i\leq n, 0\leq j\leq C \]

　　设\(V(i，j)\)表示将前\(i(1≤i个物品装入容量为\(j(1≤j≤0)\)的背包获得的最大价值，在决策\(x_i\)时，已确定了\((x_1, x_2, ...,x_{i-1})\)，则问题处于下列两种状态之一：

• 背包容量不足以装入物品\(i\)，则装入前i个物品和前\(i-1\)个物品的价值是一样的；

• 背包容量可以装入物品\(i\)，则选择装入前i个物品和前\(i-1\)个物品中价值大的哪个。

  有如下递推式：

  \[V(i,j)= \left\{ \begin{aligned} &V(i-1,\quad j) &j

  流程图

• 贪心法

　　先将物品按照价值重量比非递增排序，然后依次选取物品装入背包，直到无法装入为止。\(0/1\)背包问题不适合用贪心法，因为物品不能够被分割，背包可能无法装满，从而导致闲置的背包容量使得物品的单位重量价值降低。

• 回溯法

　　回溯法也就是从解空间树根节点出发，按照深度优先的策略对满足条件的解进行搜索。在该问题中，如果没有剪枝，则会导致程序运行时间过长，导致部分数据无法得到结果。

流程图

• 结果导出

　　通过Java IO流的FileWriter的writer方法将求得的结果存入对应的txt文件中

测试运行

• 文件读入

• 绘制散点图并导出

• 拓展功能——将图片导出

• 对数据进行排序

• 问题求解及导出

• 动态规划

• 贪心

• 回溯

• 结果导出

代码片段

项目代码规范说明

方面	规范
缩进	缩进采用4个空格，禁止使用tab字符。
变量命名	使用lowerCamelCase风格，必须遵从驼峰形式。
每行最多字符数	单行字符数限制不超过 120个，超出需要换行。
函数、类命名	类名使用UpperCamelCase风格，必须遵从驼峰形式；方法名使用lowerCamelCase风格，必须遵从驼峰形式。
常量	常量命名全部大写，单词间用下划线隔开。
空行规则	方法体内的执行语句组、变量的定义语句组、不同的业务逻辑之间或者不同的语义之间插入一个空行。相同业务逻辑和语义之间不需要插入空行。
注释规则	类、类属性、类方法的注释必须使用Javadoc规范；所有的类都必须添加创建者信息；方法内部单行注释，在被注释语句上方另起一行，使用//注释。方法内部多行注释使用/* */注释，注意与代码对齐。
操作符前后空格	任何运算符左右必须加一个空格；if/for/while/switch/do等保留字与左右括号之间都必须加空格；方法参数在定义和传入时，多个参数逗号后边必须加空格。
包名	包名统一使用小写，点分隔符之间有且仅有一个自然语义的英语单词。

• 散点图的绘制及导出

    /**
     * 画散点图
     *
     * @param data      数据
     * @param dataIndex 文件序号
     * @throws IOException
     */
    public static void scatterPlotPaint(Data data, int dataIndex) throws IOException {
        double[][] tempData = new double[2][data.getN()];
        //将Integer转换为int
        for (int i = 0; i < data.getN(); i++) {
            tempData[0][i] = Integer.parseInt(data.getW().get(i).toString());
        }
        for (int i = 0; i < data.getN(); i++) {
            tempData[1][i] = Integer.parseInt(data.getV().get(i).toString());
        }

        DefaultXYDataset defaultXYDataset = new DefaultXYDataset();
        //添加数据
        defaultXYDataset.addSeries(" ", tempData);
        //设置表头，x轴，y轴
        JFreeChart chart = ChartFactory.createScatterPlot("", "Weight", "Value", 		 defaultXYDataset, PlotOrientation.VERTICAL, true, true, false);
        XYPlot xyplot = (XYPlot) chart.getPlot();
        //设置背景面板颜色
        xyplot.setBackgroundPaint(Color.white);
        ValueAxis valueAxis = xyplot.getDomainAxis();
        //设置坐标轴粗细
        valueAxis.setAxisLineStroke(new BasicStroke(1.0f));

        //输出PNG文件
        OutputStream os_png = new FileOutputStream("pic/beibao" + dataIndex + ".png");
        ChartUtilities.writeChartAsPNG(os_png, chart, 500, 500);
        System.out.println("文件已导出到KP/pic/beibao" + dataIndex + ".png");

        //以面板显示
        ChartPanel chartPanel = new ChartPanel(chart);
        chartPanel.setPreferredSize(new java.awt.Dimension(560, 400));
        
        //创建一个主窗口来显示面板
        JFrame frame = new JFrame("散点图");
        frame.setLocation(500, 400);
        frame.setSize(600, 500);

        //将主窗口的内容面板设置为图表面板
        frame.setContentPane(chartPanel);
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.DISPOSE_ON_CLOSE);
        frame.setVisible(true);
    }

• 动态规划

 /**
     * 动态规划
     *
     * @param w 物品重量
     * @param v 物品价值
     * @param n 物品个数
     * @param C 背包容量
     * @param x 解向量
     * @return 最大价值
     */
    public static int KnapsackDP(int[] w, int[] v, int n, int C, int[] x) {
        int[][] V = new int[n + 1][C + 1];
        //初始化第0列
        for (int i = 0; i <= n; i++)
            V[i][0] = 0;
        //初始化第0行
        for (int j = 0; j <= C; j++)
            V[0][j] = 0;
        //计算第i行，进行第i次迭代
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            for (int j = 1; j <= C; j++) {
                if (j < w[i - 1]) {
                    V[i][j] = V[i - 1][j];
                } else {
                    V[i][j] = Math.max(V[i - 1][j], V[i - 1][j - w[i - 1]] + v[i - 1]);
                }
            }
        }
        //求装入背包的物品
        for (int j = C, i = n; i > 0; i--) {
            if (V[i][j] > V[i - 1][j]) {
                x[i - 1] = 1;
                j = j - w[i - 1];
            } else {
                x[i - 1] = 0;
            }
        }
        //返回背包取得的最大价值
        return V[n][C];
    }

GitHub的使用

• 仓库
  
• commit
  
• release
  
• branch master为主分支，dev为开发分支
  

总结

　　该系统完全符合模块化设计，该项目将不同的功能划分为不同的模块，每个模块可以单独解决一个问题，所有的模块是通过Main类来进行调用从而完整的实现项目要求的功能，而且如果以后要添加，删除或修改功能均可快速找到对应的模块来进行修改，并且不影响其他模块的执行。

PSP

PSP2.1	计划共完成需要的时间（min）	实际完成需要的时间（min）
Planning(计划)	20	20
Estimate(估计任务时间，规划大致步骤)	20	20
Development(开发)	290	1030
Analysis(需求分析)	15	10
Design Spec(生成设计文档)	15	10
Design Review(设计复审)	10	10
Coding Standard(代码规范)	5	5
Design(具体设计)	30	60
Coding(具体编码)	180	900
Code Review(代码复审)	30	30
Test(测试)	5	5
Reporting(报告)	15	154
Test Report(测试报告)	5	5
Size Measurement(计算工作量)	5	5
Postmortem & Process Improvement Plan(事后总结，提出过程改进计划)	5	5

　　开发环节耗时最多，并且估计和实践相差巨大。

原因：

• 在设计的时候没有考虑全面，导致在开发过程中有些方法之间的调用出现问题
• 部分知识欠缺，在使用的时候不熟练

实践总结

　　对于本次实践，我使用了PSP来进行整体活动的安排，因为是第一次使用，部分环节的时间估计与实际差异很大。本次实践活动相比之前的课程设计之类的开发更具有条理性，活动更加科学，因此开发起来也是比较顺利的。通过此次实践，我也发现了我在开发方面的不足之处，比如：在根据需求来设计软件整体结构的时候考虑不全面，导致开发速度大幅降低。在以后的开发时，一定要重视前期的规划工作，这将会为之后的编码等工作带来极大的好处。