1 实验目标概述

本次实验通过求解三个问题，训练基本 Java 编程技能，能够利用 Java OO 开发基本的功能模块，能够阅读理解已有代码框架并根据功能需求补全代码，能够为所开发的代码编写基本的测试程序并完成测试，初步保证所开发代码的正确性。另一方面，利用 Git 作为代码配置管理的工具，学会 Git 的基本使用方法。

l 基本的 Java OO 编程

l 基于 Eclipse IDE 进行 Java 编程

l 基于 JUnit 的测试

l 基于 Git 的代码配置管理

2 实验环境配置

2.1 IDEA

在官网下载了安装包并成功安装IntelliJ IDEA 2022.3.2(Ultimate Edition)

2.2 JDK

之前在软件工程导论的实践项目中已经配置好了JDK8

2.3 Git

在官网下载安装程序，勾选Windows系统并按步骤进行安装

2.4 Junit

我用的是IDEA自带的Junit4，首先点击Project Structure

在窗口中添加Junit4并apply

3 实验过程

3.1 Magic Squares

本题与Magic Squares有关，即幻方。通过实验要求描述以及查阅资料可知，幻方一个n阶的魔法平方是n×n个数的排列，通常是不同的整数，在一个平方中，所有行、所有列和两个对角线中的n个数之和为相同的常数。

实验要求写出判断n*n矩阵是否是幻方的函数isLegalMagicSquare()，并对要求对各种特殊情况作出反应，最后对已给的五个文件进行测试；读懂函数generateMagicSquare()，并在main()中对其进行测试，再将它生成的n*n矩阵写入第六个文件并对其进行是否为幻方的测试。

3.1.1 isLegalMagicSquare()

按步骤给出你的设计和实现思路/过程/结果。

函数分析

本题要求编写一个函数isLegalMagicSquare()判断一个txt文件中保存的矩阵是否为符合幻方要求的矩阵。输入参数为txt文件的文件路径，函数返回一个boolean值，若符合要求返回true，否则返回false。

幻方的正确性：每一行、每一列、两条对角线上的元素相加之和相等

幻方的合法性：行数和列数相等；元素之间用\t分隔；元素必须是不同的正整数。

实现思路

首先将读入文件，若打开失败则结束程序

依次用Scanner读入文件的每一行，并以“\t”切割字符串存入myline

以行为单位处理字符串：

设置变量row记录已读入的行数；col记录列数，初始化为myline的长度，用以判断行列元素个数是否相等

用myline自带的方法将字符转换为数字存入matrix_row，若符合一切矩阵的合理性要求，则将matrix_row存入matrix，否则报错并结束程序

至此为止文件读入及数据处理完成

接下来判断该矩阵是不是幻方，具体思路是：

以第一行和第一列为基准，首先计算出第一行及第一列的元素和，作比较，若不等则提示不是幻方，若相等则继续计算

对于每一行、每一列的计算使用两个for循环即可，由于计算过第一行和第一列的元素

循环从第二行、列开始即可；对于两条对角线的计算，首先将第一行、列位于两条对角线上的元素加入对角线和，再通过循环计算对角线和

若存在任意一行、列、对角线上元素和与第一行不相等，则判断不是幻方

实现结果

3.1.2 generateMagicSquare()

程序流程图

代码实现

将第一个数字填入首行的中间位置，下移至最后一行然后沿右上格进行填入数字；若填至最右边一列就再从最左边的列开始；若填至最上面的一行则从最后一行再次填起；若遇到可以整除n的一行则将数字填在原位置正下方的格子里。

循环赋值直到正好将方格填完。

错误分析

输入n为偶数时，报错：数组下标越界，因为会访问到matrix[][n]

输入n为负数时，报错及出错原因：数组负长度异常

实现报错退出、文件读写和判断生成矩阵

测试结果

3.2 Turtle Graphics

本题的主要任务是将实验的代码导入P2包里，实现TurtleSoup里的各种方法，控制Turtle绘制自定义图案并完成TurtleSoupTest中的测试

3.2.1 Problem 1: Clone and import

如何从GitHub获取该任务的代码、在本地创建git仓库、使用git管理本地开发。

获取任务代码：进入报告里的链接，下载相关代码文件，新建directory将代码放进去并将其mark为Sources Root
使用Git管理本地开发：先用Git创建本地仓库，然后和远程仓库连接，git pull拉取代码。实现一个功能后用git add .上传项目文件，然后commit、push提交到远程仓库上。
主要任务：利用已给的forward和turn方法画一个矩形，并测试（实例化对象是turtle，参数sideLength已给）
实现思路及代码

3.2.2 Problem 3: Turtle graphics and drawSquare

循环执行4次，每次forward前行sideLength的距离，然后画笔方向旋转90 度，继续下一次执行。即可得到所要求的正方形

实现结果

3.2.3 Problem 5: Drawing polygons

主要任务

创建多边形：首先需要实现函数calculateRegularPolygonAngle，计算多边形的内角，并测试；然后实现函数drawRegularPolygon，绘制一个多边形，类比正方形进行绘制即可。

实现思路及代码

从网上查得多边形内角和计算公式，除以边数即得内角

绘制多边形思路与正方形差不多，因计算内角为静态方法可直接调用

实现结果

此处展示八边形

3.2.4 Problem 6: Calculating Bearings

主要任务

计算轴承，即计算从起始点到终点需要旋转的角度，主要有两个函数，点对点的calculateBearingToPoint，和计算连续几个轴承的函数calculateBearings

实现思路及代码

先计算两个坐标连线与垂线的夹角，若角度小于零则取正，否则计算360减去该角度，在将计算结果减去初偏角加上90，再对360取余便得到最后的结果

第二个函数，连续计算即可

3.2.5 Problem 7: Convex Hulls

主要任务
实现思路及代码

可以先通过点的个数分类讨论，当点的个数为0时返回空集，点的个数小于等于3时可直接返回。

运用Gift wrapping算法，先找到凸包上一个点，然后从那个点开始按逆时针方向逐个找凸包上的点，每次都选择转向角最小且点间距离最长的点加入集合中，计算转向角度可使用上题的calculateBearingToPoint函数。其中相同转向角点之间的取舍，可以在循环中使用标记变量Dist_target记录其与当前目标点的距离，如果之后出现了新的目标点，就用Dist_target和计算得到的当前点的距离Dist_temp来比较，取更大者为新的Dist_target。