341 lines
19 KiB
TeX
341 lines
19 KiB
TeX
\documentclass[a4paper, final]{article}
|
||
%\usepackage{literat} % Нормальные шрифты
|
||
\usepackage[14pt]{extsizes} % для того чтобы задать нестандартный 14-ый размер шрифта
|
||
\usepackage{tabularx}
|
||
\usepackage[T2A]{fontenc}
|
||
\usepackage[utf8]{inputenc}
|
||
\usepackage[russian]{babel}
|
||
\usepackage{amsmath}
|
||
\usepackage[left=25mm, top=20mm, right=20mm, bottom=20mm, footskip=10mm]{geometry}
|
||
\usepackage{ragged2e} %для растягивания по ширине
|
||
\usepackage{setspace} %для межстрочного интервала
|
||
\usepackage{moreverb} %для работы с листингами
|
||
\usepackage{indentfirst} % для абзацного отступа
|
||
\usepackage{moreverb} %для печати в листинге исходного кода программ
|
||
\usepackage{pdfpages} %для вставки других pdf файлов
|
||
\usepackage{tikz}
|
||
\usepackage{graphicx}
|
||
\usepackage{afterpage}
|
||
\usepackage{longtable}
|
||
\usepackage{float}
|
||
|
||
|
||
|
||
% \usepackage[paper=A4,DIV=12]{typearea}
|
||
\usepackage{pdflscape}
|
||
% \usepackage{lscape}
|
||
|
||
\usepackage{array}
|
||
\usepackage{multirow}
|
||
|
||
\renewcommand\verbatimtabsize{4\relax}
|
||
\renewcommand\listingoffset{0.2em} %отступ от номеров строк в листинге
|
||
\renewcommand{\arraystretch}{1.4} % изменяю высоту строки в таблице
|
||
\usepackage[font=small, singlelinecheck=false, justification=centering, format=plain, labelsep=period]{caption} %для настройки заголовка таблицы
|
||
\usepackage{listings} %листинги
|
||
\usepackage{xcolor} % цвета
|
||
\usepackage{hyperref}% для гиперссылок
|
||
\usepackage{enumitem} %для перечислений
|
||
|
||
% Настраиваем листинги, чтобы они использовали счётчик figure
|
||
% \AtBeginDocument{
|
||
% \renewcommand{\thelstlisting}{\thefigure} % Листинги используют тот же счетчик, что и рисунки
|
||
% \renewcommand{\lstlistingname}{Рис.} % Меняем подпись на "Рисунок"
|
||
% }
|
||
|
||
% Автоматически увеличиваем счетчик figure перед каждым листингом
|
||
% \let\oldlstlisting\lstlisting
|
||
% \renewcommand{\lstlisting}[1][]{%
|
||
% \refstepcounter{figure}% Увеличиваем счетчик figure
|
||
% \oldlstlisting[#1]% Вызываем оригинальную команду lstlisting
|
||
% }
|
||
|
||
\newcommand{\specialcell}[2][l]{\begin{tabular}[#1]{@{}l@{}}#2\end{tabular}}
|
||
|
||
|
||
\setlist[enumerate,itemize]{leftmargin=1.2cm} %отступ в перечислениях
|
||
|
||
\hypersetup{colorlinks,
|
||
allcolors=[RGB]{010 090 200}} %красивые гиперссылки (не красные)
|
||
|
||
% подгружаемые языки — подробнее в документации listings (это всё для листингов)
|
||
\lstloadlanguages{ Haskell}
|
||
% включаем кириллицу и добавляем кое−какие опции
|
||
\lstset{tabsize=2,
|
||
breaklines,
|
||
basicstyle=\footnotesize,
|
||
columns=fullflexible,
|
||
flexiblecolumns,
|
||
numbers=left,
|
||
numberstyle={\footnotesize},
|
||
keywordstyle=\color{blue},
|
||
inputencoding=cp1251,
|
||
extendedchars=true
|
||
}
|
||
\lstdefinelanguage{MyC}{
|
||
language=Haskell,
|
||
% ndkeywordstyle=\color{darkgray}\bfseries,
|
||
% identifierstyle=\color{black},
|
||
% morecomment=[n]{/**}{*/},
|
||
% commentstyle=\color{blue}\ttfamily,
|
||
% stringstyle=\color{red}\ttfamily,
|
||
% morestring=[b]",
|
||
% showstringspaces=false,
|
||
% morecomment=[l][\color{gray}]{//},
|
||
keepspaces=true,
|
||
escapechar=\%,
|
||
texcl=true
|
||
}
|
||
|
||
\textheight=24cm % высота текста
|
||
\textwidth=16cm % ширина текста
|
||
\oddsidemargin=0pt % отступ от левого края
|
||
\topmargin=-1.5cm % отступ от верхнего края
|
||
\parindent=24pt % абзацный отступ
|
||
\parskip=5pt % интервал между абзацами
|
||
\tolerance=2000 % терпимость к "жидким" строкам
|
||
\flushbottom % выравнивание высоты страниц
|
||
|
||
|
||
% Настройка листингов
|
||
\lstset{
|
||
language=Haskell,
|
||
extendedchars=\true,
|
||
inputencoding=utf8,
|
||
keepspaces=true,
|
||
captionpos=t,
|
||
}
|
||
|
||
\begin{document} % начало документа
|
||
|
||
|
||
|
||
% НАЧАЛО ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА
|
||
\begin{center}
|
||
\hfill \break
|
||
\hfill \break
|
||
\normalsize{МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ\\
|
||
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»\\[10pt]}
|
||
\normalsize{Институт компьютерных наук и кибербезопасности}\\[10pt]
|
||
\normalsize{Высшая школа технологий искусственного интеллекта}\\[10pt]
|
||
\normalsize{Направление: 02.03.01 <<Математика и компьютерные науки>>}\\
|
||
|
||
\hfill \break
|
||
\hfill \break
|
||
\hfill \break
|
||
\hfill \break
|
||
\large{Отчет по лабораторной работе №4}\\
|
||
\large{по дисциплине}\\
|
||
\large{<<Функциональное программирование>>}\\
|
||
\large{Вариант 12}\\
|
||
\hfill \break
|
||
|
||
% \hfill \break
|
||
% \hfill \break
|
||
\end{center}
|
||
|
||
\small{
|
||
\begin{tabular}{lrrl}
|
||
\!\!\!Студент, & \hspace{2cm} & & \\
|
||
\!\!\!группы 5130201/20102 & \hspace{2cm} & \underline{\hspace{3cm}} &Тищенко А. А. \\\\
|
||
\!\!\!Преподаватель,\\ \hspace{-5pt}к. т. н., доц. & \hspace{2cm} & \underline{\hspace{3cm}} & Моторин Д. Е. \\\\
|
||
&&\hspace{4cm}
|
||
\end{tabular}
|
||
\begin{flushright}
|
||
<<\underline{\hspace{1cm}}>>\underline{\hspace{2.5cm}} 2024г.
|
||
\end{flushright}
|
||
}
|
||
|
||
\hfill \break
|
||
% \hfill \break
|
||
\begin{center} \small{Санкт-Петербург, 2024} \end{center}
|
||
\thispagestyle{empty} % выключаем отображение номера для этой страницы
|
||
|
||
% КОНЕЦ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА
|
||
\newpage
|
||
|
||
\tableofcontents
|
||
|
||
|
||
\newpage
|
||
\section {Постановка задачи}
|
||
Для выполнения лабораторной работы необходимо было сделать следующее. Создать проект в \texttt{stack}. Функции записать в библиотеку \texttt{Lib.hs} и ограничить доступ к вспомогательным функциям. Тесты записать в \texttt{Spec.hs}.
|
||
|
||
\textbf{Функция 1:} Напишите функцию проверки равенства по модулю \texttt{isCongruent :: Int -> Int -> Int -> Bool}, которая проверяет, равны ли два числа по модулю третьего числа. Используя \texttt{QuickCheck}, проверьте следующие свойства:
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Если два числа равны по модулю, то их разность делится на модуль:
|
||
\texttt{isCongruent a b m == (modulus (a - b) m == 0)}.
|
||
\item Равенство по модулю является симметричным:
|
||
\texttt{isCongruent a b m == isCongruent b a m}.
|
||
\item Если одно число равно другому, то они равны по любому модулю:
|
||
если \texttt{a == b}, то \texttt{isCongruent a b m == True}.
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
\textbf{Функция 2:} Напишите функцию \texttt{filterByPredicate :: (a -> Bool) -> [a] -> [a]}, которая фильтрует элементы списка по заданному предикату. Используя \texttt{QuickCheck}, проверьте следующие свойства:
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Все элементы результата удовлетворяют предикату: для каждого элемента \texttt{x} из результата должно выполняться условие: \texttt{predicate x == True}.
|
||
\item Длина результата не превышает длину исходного списка:
|
||
\texttt{length (filterByPredicate predicate xs) <= length xs}.
|
||
\item Если предикат всегда возвращает \texttt{True}, то результат совпадает с исходным списком:
|
||
если \texttt{predicate x == True} для всех \texttt{x}, то \texttt{filterByPredicate predicate xs == xs}.
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
|
||
\newpage
|
||
\section {Особенности реализации}
|
||
\subsection{Функция isCongruent}
|
||
|
||
Код функции для проверки числовой конгруэнтности представлен в листинге~\ref{lst:is-congruent}. Функция \texttt{isCongruent} принимает три числа: \texttt{a}, \texttt{b} и \texttt{d}. Она возвращает \texttt{True}, если остатки от деления \texttt{a} и \texttt{b} на \texttt{d} равны, и \texttt{False} в противном случае.
|
||
|
||
\begin{lstlisting}[caption={Функция для проверки числовой конгруэнтности.}, label={lst:is-congruent}]
|
||
isCongruent :: Int -> Int -> Int -> Bool
|
||
isCongruent a b d = a `mod` d == b `mod` d
|
||
\end{lstlisting}
|
||
|
||
\subsection{Функция filterByPredicate}
|
||
|
||
Код функции для фильтрации элементов списка на основе предиката представлен в листинге~\ref{lst:filter-by-predicate}. Функция \texttt{filterByPredicate} принимает предикат (\texttt{predicate}) и список (\texttt{[a]}). Она возвращает новый список, содержащий только те элементы исходного списка, для которых предикат возвращает \texttt{True}.
|
||
|
||
\begin{lstlisting}[caption={Функция для фильтрации списка по предикату.}, label={lst:filter-by-predicate}]
|
||
filterByPredicate :: (a -> Bool) -> [a] -> [a]
|
||
filterByPredicate _ [] = []
|
||
filterByPredicate predicate (x:xs)
|
||
| predicate x = x : filteredTail
|
||
| otherwise = filteredTail
|
||
where
|
||
filteredTail = filterByPredicate predicate xs
|
||
\end{lstlisting}
|
||
|
||
|
||
\subsection{Тесты для функции isCongruent}
|
||
|
||
Для тестирования функции \texttt{isCongruent} использовались свойства, проверяемые с использованием библиотеки QuickCheck. Ниже приведены описания тестов, представленных в листинге~\ref{lst:congruent-tests}.
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item \texttt{propCongruentDifference}: Проверяет, что два числа конгруэнтны по модулю \texttt{m}, если и только если разность этих чисел делится на \texttt{m} без остатка.
|
||
\item \texttt{propCongruentSymmetric}: Проверяет симметричность конгруэнтности, то есть, если \texttt{a} конгруэнтно \texttt{b}, то \texttt{b} конгруэнтно \texttt{a}.
|
||
\item \texttt{propCongruentEqualNumbers}: Проверяет, что любое число \texttt{a} всегда конгруэнтно самому себе по любому ненулевому модулю.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\begin{lstlisting}[caption={Тесты для функции \texttt{isCongruent} с использованием QuickCheck.}, label={lst:congruent-tests}]
|
||
propCongruentDifference :: Int -> Int -> Int -> Property
|
||
propCongruentDifference a b m =
|
||
m /= 0 ==> isCongruent a b m == ((a - b) `mod` m == 0)
|
||
|
||
propCongruentSymmetric :: Int -> Int -> Int -> Property
|
||
propCongruentSymmetric a b m =
|
||
m /= 0 ==> isCongruent a b m == isCongruent b a m
|
||
|
||
propCongruentEqualNumbers :: Int -> Int -> Property
|
||
propCongruentEqualNumbers a m =
|
||
m /= 0 ==> isCongruent a a m == True
|
||
\end{lstlisting}
|
||
|
||
|
||
\subsection{Тесты для функции filterByPredicate}
|
||
|
||
Для тестирования функции \texttt{filterByPredicate} использовались свойства, проверяемые с использованием библиотеки QuickCheck. Описание тестов приведено в листинге~\ref{lst:filter-tests}.
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item \texttt{propFilterByPredicateSatisfiesPredicate}: Проверяет, что все элементы результирующего списка удовлетворяют переданному предикату.
|
||
\item \texttt{propFilterByPredicateLength}: Проверяет, что длина результирующего списка не превышает длину исходного списка.
|
||
\item \texttt{propFilterByPredicateAlwaysTrue}: Проверяет, что если предикат всегда возвращает \texttt{True}, результирующий список совпадает с исходным.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\begin{lstlisting}[caption={Тесты для функции \texttt{filterByPredicate} с использованием QuickCheck.}, label={lst:filter-tests}]
|
||
propFilterByPredicateSatisfiesPredicate :: Fun Int Bool -> [Int] -> Bool
|
||
propFilterByPredicateSatisfiesPredicate (Fun _ predicate) xs =
|
||
all predicate (filterByPredicate predicate xs)
|
||
|
||
propFilterByPredicateLength :: Fun Int Bool -> [Int] -> Bool
|
||
propFilterByPredicateLength (Fun _ predicate) xs =
|
||
length (filterByPredicate predicate xs) <= length xs
|
||
|
||
propFilterByPredicateAlwaysTrue :: [Int] -> Bool
|
||
propFilterByPredicateAlwaysTrue xs =
|
||
filterByPredicate (\_ -> True) xs == xs
|
||
\end{lstlisting}
|
||
|
||
В листинге~\ref{lst:broken1} представлена реализация функции \texttt{filterByPredicate}, которая не пройдёт ни один из перечисленных тестов. А в листинге~\ref{lst:broken2} представлена реализация, которая не пройдёт два из трёх тестов, первый и третий.
|
||
|
||
\begin{lstlisting}[caption={Пример реализации функции filterByPredicate, которая не пройдёт ни один тест.}, label={lst:broken1}]
|
||
filterByPredicate :: (a -> Bool) -> [a] -> [a]
|
||
filterByPredicate _ [] = []
|
||
filterByPredicate predicate (x:xs)
|
||
| not $ predicate x = x : x : filteredTail
|
||
| otherwise = x : x : filteredTail
|
||
where
|
||
filteredTail = filterByPredicate predicate xs
|
||
\end{lstlisting}
|
||
|
||
\begin{lstlisting}[caption={Пример реализации функции filterByPredicate, которая не пройдёт первый и третий тесты.}, label={lst:broken2}]
|
||
filterByPredicate :: (a -> Bool) -> [a] -> [a]
|
||
filterByPredicate _ [] = []
|
||
filterByPredicate predicate (x:xs)
|
||
| not $ predicate x = x : filteredTail
|
||
| otherwise = filteredTail
|
||
where
|
||
filteredTail = filterByPredicate predicate xs
|
||
\end{lstlisting}
|
||
|
||
\subsection{Запуск тестов}
|
||
|
||
Для выполнения всех тестов в проекте создан файл \texttt{Spec.hs}, в котором определена функция \texttt{main}. Она последовательно запускает все тесты, используя библиотеку \texttt{QuickCheck}. Код функции \texttt{main} приведён в листинге~\ref{lst:test-main}.
|
||
|
||
Функция \texttt{quickCheck} используется для автоматического тестирования свойств. Она генерирует случайные входные данные, проверяет выполнение свойства на каждом из них и сообщает о результатах. В случае провала теста \texttt{quickCheck} предоставляет пример данных, на которых свойство не выполняется.
|
||
|
||
Для сборки проекта и выполнения всех тестов достаточно выполнить команду \texttt{stack test}.
|
||
|
||
\begin{lstlisting}[caption={Функция \texttt{main} для запуска тестов.}, label={lst:test-main}]
|
||
main :: IO ()
|
||
main = do
|
||
quickCheck propCongruentDifference
|
||
quickCheck propCongruentSymmetric
|
||
quickCheck propCongruentEqualNumbers
|
||
|
||
quickCheck propFilterByPredicateSatisfiesPredicate
|
||
quickCheck propFilterByPredicateLength
|
||
quickCheck propFilterByPredicateAlwaysTrue
|
||
\end{lstlisting}
|
||
|
||
|
||
|
||
\newpage
|
||
\section {Результаты работы программы}
|
||
|
||
\begin{figure}[h!]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width=0.6\linewidth]{img/main.png}
|
||
\caption{Результаты работы программы.}
|
||
\label{fig:main}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
Сама программа лишь выводит примеры работы функций \texttt{isCongruent} и \texttt{filterByPredicate}. Результаты её запуска представлены на Рис.~\ref{fig:main}.
|
||
|
||
\begin{figure}[h!]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width=0.6\linewidth]{img/test.png}
|
||
\caption{Результаты запуска тестов.}
|
||
\label{fig:test}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
Результаты запуска тестов с помощью команды \texttt{stack test} представлены на Рис.~\ref{fig:test}.
|
||
|
||
|
||
|
||
\newpage
|
||
\section*{Заключение}
|
||
\addcontentsline{toc}{section}{Заключение}
|
||
В данной работе был создан проект с использованием \texttt{stack}, включающий разработку и тестирование двух функций: проверки равенства по модулю и фильтрации списка по предикату. Для каждой функции были написаны три теста. Тесты запускаются на сгенерированных данных с помощью \texttt{QuickCheck}. Они подтверждают корректность реализации этих функций. В ходе выполнения лабораторной работы были получены базовые знания об автоматическом тестировании программ, написанных на языке Haskell.
|
||
|
||
|
||
\newpage
|
||
\section*{Список литературы}
|
||
\addcontentsline{toc}{section}{Список литературы}
|
||
|
||
\vspace{-1.5cm}
|
||
\begin{thebibliography}{0}
|
||
\bibitem{JuicyPixels}
|
||
Hackage -- QuickCheck: Automatic testing of Haskell programs, URL: \url{https://hackage.haskell.org/package/QuickCheck}, Дата обращения: 19.11.2024
|
||
\end{thebibliography}
|
||
\end{document} |