201871010102-常龙龙 实验二 个人项目—《求解D{0-1}背包问题》项目报告

项目	内容
课程班级博客链接	https://edu.cnblogs.com/campus/xbsf/2018CST?filter=all
这个作业要求链接	https://www.cnblogs.com/nwnu-daizh/p/14552393.html
我的课程学习目标	1. 熟悉github操作 2. 熟悉springboot+vue网站开发的技术 3.加深对D{0-1}问题的动态规划和回溯算法的解法的理解 4.熟悉java语言开发程序的一般流程 5.掌握程序设计的模块化开发 6.掌握PSP流程
这个作业在哪些方面帮助我实现学习目标	1. 更加熟练git的相关操作 2. 熟练markdown编辑器的使用方法 3.温习使用前后端分离技术开发网站的过程 4.学会算法设计的思想 5.理解了PSP流程对一个项目的重要意义
项目Github的仓库链接地址	1.后台数据接口： https://github.com/beike666/bag_serve 2.前台页面：https://github.com/beike666/bag_client

博客正文

任务一：阅读教师博客“常用源代码管理工具与开发工具”内容要求，点评班级博客中已提交相关至少3份作业。

作业点评链接

• https://www.cnblogs.com/weinana/p/14550875.html
  
  
• https://www.cnblogs.com/mayan0821/p/14547899.html
  
  
• https://www.cnblogs.com/chms/p/14550446.html

任务二：详细阅读《构建之法》第1章、第2章，掌握PSP流程

作用

PSP可以帮助软件工程师在个人的基础上运用过程的原则，借助于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 作的评估、计划和预测更加准确、更加有效，进而改进个人的工作表现，提高个人的工作质量和产量，积极而有效地参与高级管理人员和过程人员推动的组织范围的 软件工程过程改进。

我的理解：

每个软件项目都有自己的特点，因此它们的PSP流程在细节处理上也会各有千秋，但是我们要掌握它的一般流程，知道如何书写一份正确的PSP流程。

任务三：个人软件项目开发

一、需求分析

在看到本次个人项目题目中出现散点图的时候，我就想到要使用javaWeb的方式来完成本次项目，因为我可以将echarts图表引入到web项目中来实现题目要求，并且使用网页能让本次个人项目拥有更加友好的人机交互界面。以下是我基于springboot+vue的网站技术做出的的需求分析：

1. 后台要能够从给定的文件中读取出正确的数据并保存，方便后续的工作
   
   
2. java后端给前端传递正确的数据，前端根据后端传的数据绘制散点图
   
   
3. java后端实现对自定义数据类型的列表的排序（实现Comparator接口），并向前端传数据
   
   
4. 实现java后台解决D{0-1}背包问题的动态规划和回溯算法
   
   
5. 后台将求解后的数据写入文件并保存，前端展示文件下载阅览

开发环境

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

二、功能设计

• 绘制任意一组D{0-1}KP数据以重量为横轴、价值为纵轴的数据散点图
  
  
• 对任意一组D{0-1}KP数据按项集第三项的价值:重量比进行非递增排序；
  
  
• 用户能够自主选择动态规划算法、回溯算法求解指定D{0-1} KP数据的最优解和求解时间（以秒为单位）
  
  
• 任意一组D{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

三、设计实现

1. 主要类

• FileControler类:负责所有的数据处理并向前端传递数据
  
  
• Scatter类:前端通过表单请求数据的有个封装类，效果是

｛
    fileName:"idkp1-10.txt",
    group:1,
//  0代表动态规划算，1代表回溯算法
    type:0,
    fileType:'.txt'
｝

• ScatterUtil类:画数据散点图和排序时的一个工具类，效果是

｛
    profit:168,
    weight:309
｝

• OrderUtil类:做自定义数据类型排序时的类工具类，效果是

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

• AnswerUtil类:将求解结果返回前端的呢的一个工具类，效果是

｛
//  最优解的路径
    answer:10453,
//  运行时间
    runtime:0.0341,
//  解向量
    bestPath:[]
｝

2. 类的关系

3. FileController类中的函数

• getScatterData：绘制散点图的后台数据接口
  
  

  参数

  • Scatter scatter:其中包含需要绘制散点图的文件，文件的第几组数据，采用什么算法（此处为空），保存为什么文件（此处为空）

  返回数据类型

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

• getScatterData：数据非递增排序的后台数据接口
  
  

  参数

  • Scatter scatter:其中包含需要绘制散点图的文件，文件的第几组数据，采用什么算法（此处为空），保存为什么文件（此处为空）

  返回数据类型

[
  {
    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：使用动态规划或回溯求解的后台数据接口
  
  

  参数

  • Scatter scatter:其中包含需要绘制散点图的文件，文件的第几组数据，采用什么算法，保存为什么文件（此处为空）

  返回数据类型

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

• answerAndSave：使用动态规划或回溯求解并保存的后台数据接口
  
  

  参数

  • Scatter scatter:其中包含需要绘制散点图的文件，文件的第几组数据，采用什么算法，保存为什么文件

  返回数据类型

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

• dp：动态规划算法
  
  

  参数

  • ArrayList profitsList:某组数据的价值列表
    
    
  • ArrayList weightsList:某组数据的重量列表
    
    
  • int volume:某组数据的背包最大容量
• back：为回溯算法准备数据
  
  

  参数

  • ArrayList profitsList:某组数据的价值列表
    
    
  • ArrayList weightsList:某组数据的重量列表
    
    
  • int volume:某组数据的背包最大容量
• recursion：回溯算法
  
  

  参数

  • ArrayList ret:存放所有结果的列表
    
    
  • int volume:某组数据的背包最大容量
    
    
  • int[][] p:存放某组价值的二维数组
    
    
  • int[][] w:存放某组重量的二维数组
    
    
  • int totalProfit：存放回溯过程中的物品总价值
    
    
  • int totalProfit：存放回溯过程中的物品总重量
    
    
  • int i：回溯过程中访问的物品二维数组的行下标
    
    
  • int j：回溯过程中访问的物品二维数组的列下标
• splitDataTwoGroup：将数据分割成【重量，价值】的数组
  
  

  参数

  • Scatter scatter:其中包含需要绘制散点图的文件，文件的第几组数据，采用什么算法（此处为空），保存为什么文件（此处为空）
    
    
  • ArrayList scatterUtils:封装散点数据结果的工具类
    
    
• readFile：创建文件对象，清洗数据的前期准备
  
  

  参数

  • String fileName:需要清洗数据的文件
    
    
  • Integer group:需要清洗数据的文件中的那一组
    
    
  • ArrayList profitsList:将清洗过的组数据的价值保存起来的列表
    
    
  • ArrayList profitsList:将清洗过的组数据的重量保存起来的列表
    
    
• splitData：分割具体某一组数据
  
  

  参数

  • Integer group:需要分割数据的文件中的那一组
    
    
  • ArrayList divided:分割好的数据列表
    
    
  • ArrayList undivided:分割好的数据列表
• clearData：具体的清洗数据的操作
  
  

  参数

  • BufferedReader reader:文件读取流对象
    
    
  • ArrayList profits:文件中所有的价值列表（每一组为一个字符串）
    
    
  • ArrayList weights:文件中所有的重量列表（每一组为一个字符串）
• volumeCount：找出文件中某一组组的最大背包容量
  
  

  参数

  • String fileName:文件名
    
    
  • Integer group:要找出哪一组的最大容量
• writeTxt：将内容保存为txt文件
  
  

  参数

  • File file:文件对象
    
    
  • String data:要写入的数据
• writeExcel：将内容保存为excel文件
  
  

  参数

  • File file:文件对象
    
    
  • AnswerUtil answerUtil:要写入的数据

4. FileController类中函数的关系

5. FileController类中answerAndSave方法流程图（关键方法，也是一个数据接口）

四、测试运行

1. 绘制任意一组D{0-1}KP数据以重量为横轴、价值为纵轴的数据散点图

2. 对一组D{0-1}KP数据按项集第三项的价值:重量比进行非递增排序

3.用户能够自主选择动态规划算法、回溯算法求解指定D{0-1} KP数据的最优解和求解时间（以秒为单位）

• 动态规划算法

• 回溯算法

4. 任意一组D{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

• 保存为txt文件

• 保存为excel文件

五、重要代码

/* 
  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){
//            相当于不选当前的项集
    totalProfit=totalProfit+p[i][j];
    totalWeight=totalWeight+w[i][j];
  }
//        如果加上当前物品时总重量超过了背包容量则返回上一级
  if(totalWeight>volume){
    return;
  } 
//        如果已经遍历到最后一个元素，则将当前的最大价值存入列表
  if(i==p.length-1){
    ret.add(totalProfit);
    return;
  }
//        便利当前结点的所有子结点
  for (int k = 0; k <4 ; k++) {
    recursion(ret,volume,p,w,totalProfit,totalWeight,i+1,k);
  }
}

/**
 * 将文件中的特定数据读取到列表中
* @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;
//            读取数据的标志字符串
  String profit="The profit of items are:";
  String weight="The weight of items are:";
//            读取数据的标志位
  int flag1=0;
  int flag2=0;
  ArrayList<Integer> volumes = new ArrayList<>();
  while ((s = reader.readLine()) != null) {
//        如果如果包含profit，则下一行是当前组的所有，设标志为为1，方便下次读入
    if (s.contains(profit)) {
      flag1=1;
      continue;
    }else if (s.contains(weight)) {
//        如果如果包含weight，则下一行是当前组的所有，设标志为为1，方便下次读入
      flag2=1;
      continue;
     }
//        如果如果标志位为1，则本行为数据行，读入后设标志位为0，停止本次读入
    if(flag1==1){
//        将当前数据存入列表
      profits.add(s);
      flag1=0;
    }else if(flag2==1){
      weights.add(s);
      flag2=0;
    }
  }
}

六、项目总结

我的程序是如何实现软件设计的“模块化”原则的？

1. FileController类是我的数据接口层，前台页面想要请求数据都必须访问此类中的方法，其中共有四个接口供使用，每个数据接口职能明确，作用分离。

2. 在FileController类中其余的方法都是为上面四个数据接口服务的，当需要什么类型，什么格式的数据时只需传入相应的参数即可返回正确的结果。例如项目中的每个功能都需要读入正确格式的数据，这就产生了一个公共的方法readFile来读文件，而不需要每次都书写雷同的代码，大大减少了工作量。

我的感想

1. 此次的个人项目在总体难度上属于一般难度，最重要的就是要将D{0-1}背包问题的动态规划和回溯算法编写出来，因为之前没有学过算法分析这门课，所以这方面知识的不足在整个项目开展过程中带给我很大的困扰。最后在和舍友请教交流以及自我思考的情况下，终于将本次个人项目功能基本实现。但是依旧没有写出使用动态规划和回溯求背包问题的最优解路径（解向量）的算法，只做出了最优解和求解时间，所以在这点上项目还是有所欠缺。因此今后我需要补习算法方面的知识，加强软件课程的学习，在遇到任何问题时都能有一个正确的思路，从而“正确求解”。

2. 通过本次个人项目的完成训练，我更加熟练地掌握了javaWeb网站技术的开发，越来越明白了后端处理数据，前端接收并展示数据的开发思想；对向GitHub仓库提交项目的一般流程有了更深层次的掌握（因为在push项目时，我经常会遇到各种各样的错误，通过百度查资料，让我对这些错误都有了更深刻的印象，对于解决这些问题也更加得心应手）；

3. 本次个人项目更让我明白了PSP的重要性，通过PSP，我们可以更好地掌握整个项目的开发时间及流程，项目在什么时候进行到什么地步，周期慢了需要加快，项目什么时候能够完工等等问题。有了一份完整且适当的PSP，对于团队合作的软件项目将会有非常大好处。相信在今后的学习生活中，PSP的知识一定会给我带来更多的帮助。

七、展示PSP

PSP	任务内容	计划共完成需要的时间(h)	实际完成需要的时间(h)
Planning	计划	42.3	46
·Estimate	估计这个任务需要多少时间，并规划大致工作步骤	42.3	46
Development	开发	36.3	39.5
·Analysis	需求分析 (包括学习新技术)	6	7
·Design Spec	生成设计文档和思路	2	2.4
·Design Review	设计复审	1	0.8
·Coding Standard	代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	0.3	0.3
·Design	具体设计	5	6
·Coding	具体编码	18	20
·Code Review	代码复审	1	1
·Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	3	3
Reporting	博客	6	6.5
Summer	任务+总结	6	6.5

任务四：个人软件项目推送GitHub

一、bag_serve仓库（后台数据接口）

• 推送项目展示

• 提交及推送记录

二、bag_client仓库（前台页面）

• 推送项目展示

• 提交及推送记录