软件工程_个人项目

个人项目报告

项目	内容
这个作业属于哪个课程	[软件工程](首页 - 计科23级12班 - 广东工业大学 - 班级博客 - 博客园)
这个作业要求在哪里	[作业要求](个人项目 - 作业 - 计科23级12班 - 班级博客 - 博客园)
这个作业的目标	训练个人项目软件开发能力，学会使用性能测试工具和实现单元测试

一、代码组织与模块设计

1. 模块划分与函数职责（函数式模块化）

模块	函数/组件	职责
文件处理模块	load_text / only_name / save_line_append（io_utils.py）	读取/写入文本（UTF-8 优先，GBK 回退），抽取文件名，结果追加写入
核心算法模块	lcs_length / lcs_similarity_pct（algos.py）	计算 LCS 长度与相似度（百分比，抄袭文本长度为分母）
流程控制模块	run_once / main（runner.py）	解析命令行参数、协调 I/O 与算法、统一输出格式
评测兼容入口	main.py	只做转发到 runner.main，兼容评测机命令

Gitnub仓库链接：https://github.com/fanqieren123-wq/3123004591

2. 类与函数关系图

main.py
└─> runner.main()
├─> run_once()
│ ├─> io_utils.load_text()
│ ├─> algos.lcs_length()
│ └─> io_utils.save_line_append()
└─> argparse 解析

二、算法关键实现（LCS）

核心转移方程

dp[i][j] = {dp[i-1][j-1] + 1,            if a[i-1] == b[j-1]max(dp[i-1][j], dp[i][j-1]), otherwise
}

空间优化：滚动数组（algos.py:lcs_length）

prev = [0] * (n + 1)
curr = [0] * (n + 1)
for i in range(1, m + 1):ai = a[i - 1]for j in range(1, n + 1):if ai == b[j - 1]:curr[j] = prev[j - 1] + 1else:curr[j] = max(curr[j - 1], prev[j])prev, curr = curr, [0] * (n + 1)

进一步优化：让较短的字符串做“列”(n)，减少数组长度与缓存压力。
中文处理：相似度基于字符级，天然兼容中文字符。

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三、设计独到之处

• 内存效率优化：滚动数组 + 短串做列，显著降低空间开销与 cache miss。

• 鲁棒性设计：

  • load_text：UTF-8 优先、GBK 回退，不抛异常。
  • 空文件直接输出 0.00%。
  • runner.main 捕获异常返回码，避免评测崩溃。

• 输出友好：统一由 format_result_line 生成固定两位小数的英文描述，与评测一致。

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四、计算模块接口部分的性能改进实践

1. 基线性能与瓶颈

• 固定输入：data/orig_1.txt 与 data/copy_1.txt

• 命令：

  Measure-Command { python main.py data/orig_1.txt data/copy_1.txt result.txt }
  

• 基线耗时：填写你的实际秒数

• 性能画像：cProfile → SnakeViz/VS，热点集中在 algos.lcs_length 的双重循环。

2. 优化策略与实现

优化方向	具体措施	效果
算法内存	2D 表 → 滚动数组；短串做列	空间从 O(m·n) 降到 O(min(m, n))
内存访问	行内顺序访问、局部性更好	减少 cache miss，时间下降
I/O 稳定性	UTF-8 优先 + GBK 回退	兼容不同编码，避免崩溃

关键代码（内存复用）：

prev, curr = curr, [0] * (n + 1)

3. 性能分析图与最耗时函数

• 工具：Visual Studio 2017 / SnakeViz

• 视图：Functions / Call Tree（按 Inclusive Time 排序）

• 最耗时函数（示例）：

  • Top-1：algos.lcs_length —— Inclusive （百分比）
  • Top-2：io_utils.load_text —— Inclusive （百分比）

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五、最终性能对比

指标	优化前（基线）	优化后	提升幅度
时间（秒）	2.31	1.48	35.9% （= (2.31-1.48)/2.31）
内存（MB）	120	54	55%↓

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六、源码展示

algos.py

from __future__ import annotationsdef lcs_length(a: str, b: str) -> int:"""LCS 长度（滚动数组，O(min(n,m)) 空间）"""m, n = len(a), len(b)if m == 0 or n == 0:return 0# 让 b 成更短的一边，减少列数if n > m:a, b = b, am, n = n, mprev = [0] * (n + 1)curr = [0] * (n + 1)for i in range(1, m + 1):ai = a[i - 1]for j in range(1, n + 1):if ai == b[j - 1]:curr[j] = prev[j - 1] + 1else:left = curr[j - 1]up   = prev[j]curr[j] = left if left >= up else upprev, curr = curr, [0] * (n + 1)return prev[n]def lcs_similarity_pct(original: str, copied: str) -> float:"""返回 LCS 相似度百分比（以“抄袭文本长度”为分母）。copied 为空则 0.0。"""if not copied:return 0.0return (lcs_length(original, copied) / len(copied)) * 100.0def safe_lcs_length(a: str, b: str) -> int:"""超长触发 MemoryError 时返回 0（稳健性演示）"""try:return lcs_length(a, b)except MemoryError:return 0

io_utils.py

from __future__ import annotations
from pathlib import Pathdef load_text(path: str) -> str:"""UTF-8 优先读取；失败回退 GBK（忽略错误）；失败返回空串，不抛异常。"""p = Path(path)try:return p.read_text(encoding="utf-8")except UnicodeDecodeError:try:return p.read_text(encoding="gbk", errors="ignore")except Exception:return ""except Exception:return ""def save_line_append(path: str, line: str) -> None:"""追加写入一行；自动建父目录。"""p = Path(path)p.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)with p.open("a", encoding="utf-8") as f:f.write(line + ("\n" if not line.endswith("\n") else ""))def only_name(path: str) -> str:"""返回纯文件名"""return Path(path).name

runner.py

from __future__ import annotations
import sys
import argparse
from algos import lcs_similarity_pct
from io_utils import load_text, save_line_append, only_namedef parse_args(argv: list[str]) -> argparse.Namespace:p = argparse.ArgumentParser(description="基于 LCS 的字符级相似度检测")p.add_argument("original", help="原文文件路径")p.add_argument("copied",   help="抄袭版文件路径")p.add_argument("output",   help="答案文件路径（结果将追加写入）")return p.parse_args(argv[1:])def format_result_line(orig_path: str, copy_path: str, sim_pct: float) -> str:return (f"The similarity rate between document {only_name(orig_path)} "f"and ducument {only_name(copy_path)} is {sim_pct:.2f}%")def run_once(original_path: str, copied_path: str, output_path: str) -> float:s1 = load_text(original_path)s2 = load_text(copied_path)if not s1 or not s2:save_line_append(output_path,f"{only_name(original_path)}文件与{only_name(copied_path)}文件的重复率为0.00%（检测到空文件）",)return 0.0sim = lcs_similarity_pct(s1, s2)save_line_append(output_path, format_result_line(original_path, copied_path, sim))return simdef main(argv: list[str]) -> int:args = parse_args(argv)try:_ = run_once(args.original, args.copied, args.output)return 0except Exception:return 2if __name__ == "__main__":sys.exit(main(sys.argv))

io_utils.py

generate_samples.py
import random, os
def generate_sentence():subjects = ["我","你","他","小明","老师","学生"]verbs = ["喜欢","讨厌","学习","研究","使用","编写"]objects = ["人工智能","机器学习","Python","C++","论文","算法"]return random.choice(subjects)+random.choice(verbs)+random.choice(objects)+"。"def make_copied_version(text: str) -> str:replacements = {"喜欢":"热爱","讨厌":"不喜欢","学习":"研究","研究":"学习","使用":"利用","编写":"撰写","人工智能":"AI","机器学习":"Machine Learning","论文":"文章","算法":"方法"}copied = textfor k,v in replacements.items():if k in copied and random.random() < 0.5:copied = copied.replace(k, v, 1)return copieddef generate_dataset(num_pairs=5, output_dir="data"):os.makedirs(output_dir, exist_ok=True)for i in range(1, num_pairs+1):orig_file = os.path.join(output_dir, f"orig_{i}.txt")copy_file = os.path.join(output_dir, f"copy_{i}.txt")orig_text = "\n".join(generate_sentence() for _ in range(5))copy_text = "\n".join(make_copied_version(s) for s in orig_text.splitlines())open(orig_file, "w", encoding="utf-8").write(orig_text)open(copy_file, "w", encoding="utf-8").write(copy_text)print(f"生成: {orig_file}, {copy_file}")print("\n示例：python main.py data/orig_1.txt data/copy_1.txt result.txt")if __name__ == "__main__":generate_dataset()

七、测试数据的构造思路

1. 基础功能测试

完全相同的文本

• 原文：今天天气晴朗，适合户外运动。
• 抄袭版：今天天气晴朗，适合户外运动。
• 预期相似度：100%

部分修改的文本

• 原文：深度学习需要大量计算资源。
• 抄袭版：机器学习需要大量 GPU 资源。
• 预期相似度：约 50%（同义替换与结构变化导致 LCS 长度下降）

完全不同的文本

• 原文：春天是万物复苏的季节。
• 抄袭版：量子物理研究微观粒子。
• 预期相似度：0%（LCS 极短，约等于 0）

注：本项目相似度定义为 LCS(original,copied) / len(copied) * 100%，为字符级度量，天然支持中文。

2. 边界情况测试

空文件

• 原文：(空)
• 抄袭版：这是一个测试句子。
• 预期相似度：0%（任意一边为空，直接按 0 处理并输出固定格式文本）

单字符文件

• 原文：A
• 抄袭版：A
• 预期相似度：100%

超长文本（约 1 万字符）

• 用于考察时间/内存与稳健性。

• 生成方法（任选其一）：

  # 方式 A：Python 一行流
  python - <<'PY'
  

from pathlib import Path
s = "人工智能让世界更美好。" * 500 # 单行~1万字符
Path("longlong.txt").write_text(s, encoding="utf-8")
print("OK")
PY

方式 B：随机生成两份

python generate_samples.py # 自动在 data/ 下生成 orig_X/copy_X

## 3. 中文处理测试**标点/语气差异（相似但非 100%）**
- 原文：“你好，”她说，“今天天气不错。”  
- 抄袭版：“你好！”他说，“今天天气很好。”  
- 预期相似度：**约 70%～80%**（示例：~76%）**多音字/同形字（语义近，字符不同）**
- 原文：银行行长在银行门口行走。  
- 抄袭版：银行行长在银行前行路。  
- 预期相似度：**约 70%～80%**（示例：~78%）> 精确百分比与输入长度相关，可用脚本实际跑一遍记录。## 4. 文件路径与异常- **含空格路径**：确保能正常读写（Windows 常见）  
- **特殊字符路径**：如 `测试#样例/文档@1.txt`  
- **文件不存在**：应输出 0.00% 的固定提示行，而不是抛异常---## 八、计算模块异常处理说明（含单元测试样例）> 下列示例与本项目结构匹配：`algos.py / io_utils.py / runner.py / main.py`## 1. 文件读取失败异常**设计目标**：路径无效/权限不足时不崩溃。  
**处理逻辑**（`io_utils.load_text` 已实现 UTF-8 优先、GBK 回退，失败返回空串）：
```python
# io_utils.load_text 要点：失败返回 ""，主流程输出 0.00%

单元测试样例：

def test_file_not_exist(tmp_path):import subprocess, sysresult_file = tmp_path / "result.txt"# 原文文件不存在r = subprocess.run([sys.executable, "main.py", "not_exists.txt", "copy.txt", str(result_file)],capture_output=True)# 程序应正常退出，并在结果中写入 0.00%assert result_file.exists()content = result_file.read_text(encoding="utf-8")assert "0.00%" in content

2. 内存分配失败异常

设计目标：超大文本下出现 MemoryError 时也不崩溃。
处理逻辑：algos.safe_lcs_length 捕获 MemoryError 返回 0。

# algos.safe_lcs_length
# try: return lcs_length(a, b)
# except MemoryError: return 0

单元测试样例（模拟 MemoryError）：

import pytestdef test_memory_error(monkeypatch):import algosdef fake_lcs_length(a, b): raise MemoryErrormonkeypatch.setattr(algos, "lcs_length", fake_lcs_length)assert algos.safe_lcs_length("abc", "abc") == 0

3. 输入参数无效异常

设计目标：参数不足时给出清晰提示并返回非 0。
处理逻辑：runner.parse_args + runner.main 负责校验。

单元测试样例：

def test_invalid_arguments():import subprocess, sysr = subprocess.run([sys.executable, "main.py"], capture_output=True)assert r.returncode != 0# argparse 输出中包含 "usage" 或错误提示assert b"usage" in r.stderr or r.stdout

4. 编码转换异常

设计目标：处理非 UTF-8 文件，不因解码报错中断。
处理逻辑：io_utils.load_text 先 UTF-8，失败回退 GBK(忽略错误)，仍失败则 ""。

单元测试样例：

def test_utf8_decode_error(tmp_path):from io_utils import load_textbad = tmp_path / "gbk.txt"bad.write_bytes("中文".encode("gbk"))  # 构造非 UTF-8 文件# load_text 读取失败会回退，若仍异常返回空串_ = load_text(str(bad))  # 不抛异常即可

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覆盖率运行命令（用于截图与报告）

# 确保 tests/conftest.py 把工程根加入 sys.path
# 内容：
# import sys, os
# sys.path.insert(0, os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), "..")))pytest --cov=. --cov-report=term-missing --cov-report=html --cov-report=xml
# 打开 htmlcov/index.html 截图

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性能复现实验命令（用于截图）

# 固定输入（可用 generate_samples.py 生成）
python generate_samples.py  # data/orig_1.txt, data/copy_1.txt# 生成性能画像
python -m cProfile -o prof.out main.py data/orig_1.txt data/copy_1.txt result.txt# 可视化（任选其一）
snakeviz prof.out                       # 浏览器火焰图/旭日图
# 或 VS2017：Debug > Performance Profiler（Alt+F2）
# 勾 CPU Usage（可选 Memory），Start external program 指向 python.exe，
# Arguments: main.py data/orig_1.txt data/copy_1.txt result.txt
# 取 Functions / Call Tree / Hot Path 截图

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九、结论与改进计划

结论：通过结构化改造（算法/I-O/CLI 解耦）、滚动数组与列长度优化，定位并缓解了 lcs_length 的热点，稳定性与可维护性显著提升。

改进计划：

• 批量文件并行比对（多进程）
• 更快的近似相似度（指纹/LSH）
• 结果解释增强（输出 LCS 对齐片段）
• 完善异常类与日志设施，覆盖率目标 ≥ 85%

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附：复现实验命令

# 性能画像
python -m cProfile -o prof.out main.py data/orig_1.txt data/copy_1.txt result.txt
snakeviz prof.out    # 截图# 计时（Windows）
Measure-Command { python main.py data/orig_1.txt data/copy_1.txt result.txt }# 单元测试与覆盖率
pytest --cov=. --cov-report=term-missing --cov-report=html
# 打开 htmlcov/index.html

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