201871010102-常龍龍實驗二個人項目—《求解D{0-1}背包問題》項目報告

本文轉載自查看原文 2021-03-29 18:29 236

項目	內容
課程班級博客鏈接	https://edu.cnblogs.com/campus/xbsf/2018CST?filter=all
這個作業要求鏈接	https://www.cnblogs.com/nwnu-daizh/p/14552393.html
我的課程學習目標	1. 熟悉github操作 2. 熟悉springboot+vue網站開發的技術 3.加深對D{0-1}問題的動態規划和回溯算法的解法的理解 4.熟悉java語言開發程序的一般流程 5.掌握程序設計的模塊化開發 6.掌握PSP流程
這個作業在哪些方面幫助我實現學習目標	1. 更加熟練git的相關操作 2. 熟練markdown編輯器的使用方法 3.溫習使用前后端分離技術開發網站的過程 4.學會算法設計的思想 5.理解了PSP流程對一個項目的重要意義
項目Github的倉庫鏈接地址	1.后台數據接口： https://github.com/beike666/bag_serve 2.前台頁面：https://github.com/beike666/bag_client

博客正文

任務一：閱讀教師博客“常用源代碼管理工具與開發工具”內容要求，點評班級博客中已提交相關至少3份作業。

作業點評鏈接

任務二：詳細閱讀《構建之法》第1章、第2章，掌握PSP流程

作用

PSP可以幫助軟件工程師在個人的基礎上運用過程的原則，借助於PSP提供的一些度量和分析工具，了解自己的技能水平，控制和管理自己的工作方式，使自己日常工作的評估、計划和預測更加准確、更加有效，進而改進個人的工作表現，提高個人的工作質量和產量，積極而有效地參與高級管理人員和過程人員推動的組織范圍的軟件工程過程改進。

我的理解：

每個軟件項目都有自己的特點，因此它們的PSP流程在細節處理上也會各有千秋，但是我們要掌握它的一般流程，知道如何書寫一份正確的PSP流程。

任務三：個人軟件項目開發

一、需求分析

在看到本次個人項目題目中出現散點圖的時候，我就想到要使用javaWeb的方式來完成本次項目，因為我可以將echarts圖表引入到web項目中來實現題目要求，並且使用網頁能讓本次個人項目擁有更加友好的人機交互界面。以下是我基於springboot+vue的網站技術做出的的需求分析：

后台要能夠從給定的文件中讀取出正確的數據並保存，方便后續的工作
java后端給前端傳遞正確的數據，前端根據后端傳的數據繪制散點圖
java后端實現對自定義數據類型的列表的排序（實現Comparator接口），並向前端傳數據
實現java后台解決D{0-1}背包問題的動態規划和回溯算法
后台將求解后的數據寫入文件並保存，前端展示文件下載閱覽

開發環境

名稱	版本
jdk	1.8.0
vue-cli	3.12.1
node.js	14.15.0
git	2.29.1.windows.1

二、功能設計

繪制任意一組D{0-1}KP數據以重量為橫軸、價值為縱軸的數據散點圖
對任意一組D{0-1}KP數據按項集第三項的價值:重量比進行非遞增排序；
用戶能夠自主選擇動態規划算法、回溯算法求解指定D{0-1} KP數據的最優解和求解時間（以秒為單位）
任意一組D{0-1} KP數據的最優解、求解時間和解向量可保存為txt文件或導出EXCEL文件

三、設計實現

1. 主要類

FileControler類:負責所有的數據處理並向前端傳遞數據
Scatter類:前端通過表單請求數據的有個封裝類，效果是

｛
    fileName:"idkp1-10.txt",
    group:1,
//  0代表動態規划算，1代表回溯算法
    type:0,
    fileType:'.txt'
｝

ScatterUtil類:畫數據散點圖和排序時的一個工具類，效果是

｛
    profit:168,
    weight:309
｝

OrderUtil類:做自定義數據類型排序時的類工具類，效果是

{
 data:[
   ｛profit:168,weight:309｝,
   ｛profit:168,weight:309｝,
   ｛profit:168,weight:309｝
 ],
 rate:1.0978
}

AnswerUtil類:將求解結果返回前端的呢的一個工具類，效果是

｛
//  最優解的路徑
    answer:10453,
//  運行時間
    runtime:0.0341,
//  解向量
    bestPath:[]
｝

2. 類的關系

3. FileController類中的函數

getScatterData：繪制散點圖的后台數據接口

參數
- Scatter scatter:其中包含需要繪制散點圖的文件，文件的第幾組數據，采用什么算法（此處為空），保存為什么文件（此處為空）
返回數據類型

[
  {profit:121,weight:456},
  {profit:121,weight:456},
  {profit:121,weight:456},
  {profit:121,weight:456}
]

getScatterData：數據非遞增排序的后台數據接口

參數
- Scatter scatter:其中包含需要繪制散點圖的文件，文件的第幾組數據，采用什么算法（此處為空），保存為什么文件（此處為空）
返回數據類型

[
  {
    item:[{121,456},{121,456},{121,456}],
    rate:1.234245
  }，
  {
    item:[{121,456},{121,456},{121,456}],
    rate:1.234245
  }，
  {
    rate:[{121,456},{121,456},{121,456}],
    item:1.234245
  }
]

answer：使用動態規划或回溯求解的后台數據接口

參數
- Scatter scatter:其中包含需要繪制散點圖的文件，文件的第幾組數據，采用什么算法，保存為什么文件（此處為空）
返回數據類型

{
  answer:10453,
  runTime:0.00363s,
  bestpath:""
}

answerAndSave：使用動態規划或回溯求解並保存的后台數據接口

參數
- Scatter scatter:其中包含需要繪制散點圖的文件，文件的第幾組數據，采用什么算法，保存為什么文件
返回數據類型

{
  answer:10453,
  runTime:0.00363s,
  bestPath:"",
  downUrl:'http:localhost:8088/file/2022-3-26-123512354123.txt'
}

dp：動態規划算法

參數
- ArrayList profitsList:某組數據的價值列表
- ArrayList weightsList:某組數據的重量列表
- int volume:某組數據的背包最大容量
back：為回溯算法准備數據

參數
- ArrayList profitsList:某組數據的價值列表
- ArrayList weightsList:某組數據的重量列表
- int volume:某組數據的背包最大容量
recursion：回溯算法

參數
- ArrayList ret:存放所有結果的列表
- int volume:某組數據的背包最大容量
- int[][] p:存放某組價值的二維數組
- int[][] w:存放某組重量的二維數組
- int totalProfit：存放回溯過程中的物品總價值
- int totalProfit：存放回溯過程中的物品總重量
- int i：回溯過程中訪問的物品二維數組的行下標
- int j：回溯過程中訪問的物品二維數組的列下標
splitDataTwoGroup：將數據分割成【重量，價值】的數組

參數
- Scatter scatter:其中包含需要繪制散點圖的文件，文件的第幾組數據，采用什么算法（此處為空），保存為什么文件（此處為空）
- ArrayList scatterUtils:封裝散點數據結果的工具類
readFile：創建文件對象，清洗數據的前期准備

參數
- String fileName:需要清洗數據的文件
- Integer group:需要清洗數據的文件中的那一組
- ArrayList profitsList:將清洗過的組數據的價值保存起來的列表
- ArrayList profitsList:將清洗過的組數據的重量保存起來的列表
splitData：分割具體某一組數據

參數
- Integer group:需要分割數據的文件中的那一組
- ArrayList divided:分割好的數據列表
- ArrayList undivided:分割好的數據列表
clearData：具體的清洗數據的操作

參數
- BufferedReader reader:文件讀取流對象
- ArrayList profits:文件中所有的價值列表（每一組為一個字符串）
- ArrayList weights:文件中所有的重量列表（每一組為一個字符串）
volumeCount：找出文件中某一組組的最大背包容量

參數
- String fileName:文件名
- Integer group:要找出哪一組的最大容量
writeTxt：將內容保存為txt文件

參數
- File file:文件對象
- String data:要寫入的數據
writeExcel：將內容保存為excel文件

參數
- File file:文件對象
- AnswerUtil answerUtil:要寫入的數據

4. FileController類中函數的關系

5. FileController類中answerAndSave方法流程圖（關鍵方法，也是一個數據接口）

四、測試運行

繪制任意一組D{0-1}KP數據以重量為橫軸、價值為縱軸的數據散點圖

對一組D{0-1}KP數據按項集第三項的價值:重量比進行非遞增排序

3.用戶能夠自主選擇動態規划算法、回溯算法求解指定D{0-1} KP數據的最優解和求解時間（以秒為單位）

動態規划算法

回溯算法

任意一組D{0-1} KP數據的最優解、求解時間和解向量可保存為txt文件或導出EXCEL文件

保存為txt文件

保存為excel文件

五、重要代碼

/* 
  回溯算法
*/
public void recursion(ArrayList<Integer> ret,int volume,int[][] p,int[][] w,int totalProfit,int totalWeight,int i,int j){
  if(j!=3){
//            相當於不選當前的項集
    totalProfit=totalProfit+p[i][j];
    totalWeight=totalWeight+w[i][j];
  }
//        如果加上當前物品時總重量超過了背包容量則返回上一級
  if(totalWeight>volume){
    return;
  } 
//        如果已經遍歷到最后一個元素，則將當前的最大價值存入列表
  if(i==p.length-1){
    ret.add(totalProfit);
    return;
  }
//        便利當前結點的所有子結點
  for (int k = 0; k <4 ; k++) {
    recursion(ret,volume,p,w,totalProfit,totalWeight,i+1,k);
  }
}

/**
 * 將文件中的特定數據讀取到列表中
* @param reader
* @param profits
* @param weights
* @throws IOException
*/
private static void clearData(BufferedReader reader, ArrayList<String> profits, ArrayList<String> weights) throws IOException {
  String s=null;
//            讀取數據的標志字符串
  String profit="The profit of items are:";
  String weight="The weight of items are:";
//            讀取數據的標志位
  int flag1=0;
  int flag2=0;
  ArrayList<Integer> volumes = new ArrayList<>();
  while ((s = reader.readLine()) != null) {
//        如果如果包含profit，則下一行是當前組的所有，設標志為為1，方便下次讀入
    if (s.contains(profit)) {
      flag1=1;
      continue;
    }else if (s.contains(weight)) {
//        如果如果包含weight，則下一行是當前組的所有，設標志為為1，方便下次讀入
      flag2=1;
      continue;
     }
//        如果如果標志位為1，則本行為數據行，讀入后設標志位為0，停止本次讀入
    if(flag1==1){
//        將當前數據存入列表
      profits.add(s);
      flag1=0;
    }else if(flag2==1){
      weights.add(s);
      flag2=0;
    }
  }
}

六、項目總結

我的程序是如何實現軟件設計的“模塊化”原則的？

1. FileController類是我的數據接口層，前台頁面想要請求數據都必須訪問此類中的方法，其中共有四個接口供使用，每個數據接口職能明確，作用分離。

2. 在FileController類中其余的方法都是為上面四個數據接口服務的，當需要什么類型，什么格式的數據時只需傳入相應的參數即可返回正確的結果。例如項目中的每個功能都需要讀入正確格式的數據，這就產生了一個公共的方法readFile來讀文件，而不需要每次都書寫雷同的代碼，大大減少了工作量。

我的感想

1. 此次的個人項目在總體難度上屬於一般難度，最重要的就是要將D{0-1}背包問題的動態規划和回溯算法編寫出來，因為之前沒有學過算法分析這門課，所以這方面知識的不足在整個項目開展過程中帶給我很大的困擾。最后在和舍友請教交流以及自我思考的情況下，終於將本次個人項目功能基本實現。但是依舊沒有寫出使用動態規划和回溯求背包問題的最優解路徑（解向量）的算法，只做出了最優解和求解時間，所以在這點上項目還是有所欠缺。因此今后我需要補習算法方面的知識，加強軟件課程的學習，在遇到任何問題時都能有一個正確的思路，從而“正確求解”。

2. 通過本次個人項目的完成訓練，我更加熟練地掌握了javaWeb網站技術的開發，越來越明白了后端處理數據，前端接收並展示數據的開發思想；對向GitHub倉庫提交項目的一般流程有了更深層次的掌握（因為在push項目時，我經常會遇到各種各樣的錯誤，通過百度查資料，讓我對這些錯誤都有了更深刻的印象，對於解決這些問題也更加得心應手）；

3. 本次個人項目更讓我明白了PSP的重要性，通過PSP，我們可以更好地掌握整個項目的開發時間及流程，項目在什么時候進行到什么地步，周期慢了需要加快，項目什么時候能夠完工等等問題。有了一份完整且適當的PSP，對於團隊合作的軟件項目將會有非常大好處。相信在今后的學習生活中，PSP的知識一定會給我帶來更多的幫助。

七、展示PSP

PSP	任務內容	計划共完成需要的時間(h)	實際完成需要的時間(h)
Planning	計划	42.3	46
·Estimate	估計這個任務需要多少時間，並規划大致工作步驟	42.3	46
Development	開發	36.3	39.5
·Analysis	需求分析 (包括學習新技術)	6	7
·Design Spec	生成設計文檔和思路	2	2.4
·Design Review	設計復審	1	0.8
·Coding Standard	代碼規范 (為目前的開發制定合適的規范)	0.3	0.3
·Design	具體設計	5	6
·Coding	具體編碼	18	20
·Code Review	代碼復審	1	1
·Test	測試（自我測試，修改代碼，提交修改）	3	3
Reporting	博客	6	6.5
Summer	任務+總結	6	6.5