title: 编程漫谈——问题，套路与工具
date: 2017-12-27 13:21:11
tags:
- 心得
categories: - 编程漫谈
本文是我在2017年12月团队Workshop上所讲内容的底稿。为方便各位同学学习交流，发布于此。
主题1：系统设计-信息管理与算法实现
视角：科研VS产品
在科研过程中，我们经常需要自己动手实现一些算例验证算法。我们通常会进行多组算例的验证，这些算例的背景可能大不相同。例如，如果我要实现开行求解开行方案编制问题的算法，而我此时有两套数据：公交网络和铁路网络。这两套网络的数据结构不相同，以构建网络中的弧为例：
公交网络弧段：前序弧段，后续弧段...设计速度，道路宽度，道路长度...
铁路网络弧段：前序弧段，后续弧段...运营速度，长度，坡度，信号制式...
当然，如果就算法实现而言，我们只要把这两个网络相同的部分建模实现就好。即：
抽象弧段：前序弧段，后续弧段
但是，当我们需要把算法包装成产品（推向市场或者完成实际项目），这样做是不够。如果一个产品仅仅实现一个算法，对于使用者来说，学习的成本太高（这里的使用者包括企业用户和科研用户）。所以通常我们还需要在产品中集成另一部分功能——信息管理。
这里说的信息管理根据对不同项目有不同的含义。以我亲身参与的几个项目来说：
| 项目名称 | 项目维护的信息 | 采用的算法 |
|---|---|---|
| 项目A:铁路货场管理 | 货位，股道 | 状态机模型 |
| 项目B:工务管理 | 钢轨，道岔及其相关配件的状态数据 | HMM |
| 项目C:地震管理 | 地震，铁路路网，列车时刻表 | 插值算法 |
| 开行方案评估项目 | 铁路路网，时刻表信息 |
通常，这些信息可以存放在文件系统或者数据库中。通常信息管理要实现的功能就是对这些信息记录的增删改查（CURD）。信息管理的功能单一，而且一般来说在不同编程语言下都有比较好的工业化实现(Java 的 SSH框架 .NET 的 Entity Framework)。
所谓“大“系统，无非就是集成了信息管理与算法实现这两个功能的系统。同时在此基础上再提供良好的交互和丰富的接口，使之能为更多不同目的的使用者服务。
挑战：如何设计一个大系统
那么如何设计这样一个“大”系统呢？其中的主要问题是，相对于比较成熟的信息管理系统，算法的实现占了更大的比重，这也就要求有更好的方式将两者集合起来。以时刻表管理功能为背景，需求如下：
-
实现时刻表在数据库中的增删改查。
-
从时刻表中计算指标，如车数、平均旅行时间、可达性等等。
回顾：开行方案评估系统
评估系统主要功能有：
-
维护路网、时刻表、和客流信息。
-
时刻表分析和指标计算
-
客流分析和指标计算
评估系统主要采用的是三层结构，一个具体的例子如下：
评估系统分析.png
这种结构好处很明显：每个模块结构紧密，易于理解。
缺陷：
- 算法复用性问题
在这个结构中，算法是在manager中实现的。对于不同项目数据模型model大不相同。由于manager对model的依赖。导致增加了model后也需要对manager进行修改，违反了“开闭原则”（对扩展开放，对修改关闭）。而事实上算法的核心功能并未改变。
public class ShortestPathSearcher
{
public Path DoSearch(RailwayNetwork net)
}
如果上述网络中的 RailwayNetwork 被替换为 AirNetwork 那么整个ShortestPathSearcher类都要被修改。而这种修改显然是不受欢迎的。
- 充血模型问题
在这个结构中，从设计上来说是要放manager的。但是实际中，业务逻辑有时被放到model中，有时也被放到manager中。
例如在计算列车收入指标中，某tjn同学在TTtrainInfo类中加入：
public class TTtrainInfo
{
...
double TotalRev { get; set;}
...
}
虽然这个错误的产生于充血模型无关，但是这种结构允许了错误发生的可能性。
设计：DDD驱动架构
领域模型驱动设计(Domain-Driven Design, DDD)，是一种更加贴近业务实现的设计方式。在此基础上，我将算法需要的输入和算法实现分别抽出，成为两层。
系统层次.png
具体来看：
包关系.png
从应用实现的角度上来讲（还是以时刻表为例）：
DDD驱动设计.png
应用：客票销售仿真系统
每一层要实现的功能：（以客票销售仿真系统为背景）
- 表示层：这一层主要负责与用户的交互逻辑，实现可以是Winform\WPF\ASP.NET
表示层.PNG
-
应用层：这一层有两个任务：
- 整合核心算法和领域资源
-
提供访问各功能的接口
功能实现.png
-
领域层：要维护的信息对象的结构
-
基础设施层：信息对象的持久化，与数据库、文件系统交互。
主题2：一个套路 OO+Matlab+Yalmip+Cplex
虽然大系统的愿景很美好，但是付出的时间成本也是很多的，对于交通专业的硕士生同学来说，独立开发一个大系统难度确实太大。而且大部分时候，为了验证一个模型去开发一个大系统也是得不偿失的（没有人会这么做）。
那么，如何应对这种快速开发的需求呢？
解决这个问题的关键就是尽量用“胶水”而非造“轮子”。Matlab/Python都是不错的“胶水”，而Cplex或者一些第三方C++/.net库都是好用的“轮子”。
套路.png
主题3：一个重要代码工具 Git 与合作平台 Coding.Net
Git是什么?
-
一款免费、开源的分布式版本控制系统
-
Git是文件管理系统
-
Git以目录的方式管理文件
Git.jpg
为什么使用Git?
- 简单、高效
- 适合团队协作
工作流程
git工作流程.png
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