程序設(shè)計(jì)幫助查詢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 晶，和添錦

(麗江文化旅游學(xué)院，云南 麗江 674100)

0 引言

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的發(fā)展，程序設(shè)計(jì)相關(guān)工作的從業(yè)人員逐漸增多，部分高校也開展了相關(guān)課程。與此同時(shí)，因經(jīng)驗(yàn)不足而無(wú)法熟練進(jìn)行程序調(diào)試，在入門階段也逐漸顯現(xiàn)?，F(xiàn)階段，大多數(shù)集成開發(fā)環(huán)境都是使用英文，對(duì)自主學(xué)習(xí)與分析報(bào)錯(cuò)能力還不足的新人而言，面對(duì)英文提示信息無(wú)法準(zhǔn)確快速地定位信息中蘊(yùn)含的重點(diǎn)，導(dǎo)致將大量時(shí)間用在了調(diào)試代碼中[1]。因此，本文利用文獻(xiàn)研究法和軟件工程法設(shè)計(jì)了一個(gè)匯集程序設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤與警告提示信息的系統(tǒng)，為用戶實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵詞查詢并返回經(jīng)驗(yàn)化的解決方案，從而為初學(xué)者學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)提供幫助。

1 學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

目前，高校關(guān)于程序設(shè)計(jì)的課程有C語(yǔ)言，C++，Java，Python等編程語(yǔ)言，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容，在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)遇到各種困難。典型的有語(yǔ)句語(yǔ)法不會(huì)編寫，這種情況可以繼續(xù)深入學(xué)習(xí)解決。還有能夠編寫語(yǔ)句，但一直運(yùn)行報(bào)錯(cuò)。一般對(duì)于明顯的報(bào)錯(cuò)與警告提示，可以根據(jù)提示到相關(guān)位置插入輸出語(yǔ)句、輸出程序的運(yùn)行狀態(tài)以及程序中某些變量的信息，通過(guò)分析這些信息得到程序的錯(cuò)誤所在，從而進(jìn)行檢查與更改[2-5]，但此方法需要設(shè)計(jì)者對(duì)程序的思路以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分熟悉才能順利解決。因此，當(dāng)初學(xué)者遇到無(wú)法辨別或者陌生的提示信息時(shí)，大多數(shù)會(huì)通過(guò)查詢相關(guān)資料或者詢問(wèn)他人等方式解決，但解決過(guò)程較為波折，無(wú)法立即獲得解決信息。遇到邏輯不對(duì)這種情況，則需要程序員自行檢查或?qū)で笃渌麑I(yè)人員幫助。以上這些困難，會(huì)使初學(xué)者在學(xué)習(xí)的過(guò)程中逐漸降低學(xué)習(xí)積極性。

2 程序設(shè)計(jì)幫助系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

2.1 程序設(shè)計(jì)活動(dòng)分析

2.1.1 程序設(shè)計(jì)警告問(wèn)題及解決方案

通常遇到的警告有：關(guān)于被棄用的特征的警告(Deprecation Warning)、可疑的語(yǔ)法的警告(Syntax Warning )、關(guān)于構(gòu)造將來(lái)語(yǔ)義會(huì)有改變的警告(Future Warning)等。出現(xiàn)這些警告信息的原因，一般有所使用的函數(shù)等已經(jīng)過(guò)時(shí)、語(yǔ)法問(wèn)題、引用的參數(shù)值即將改變等，可以采用忽略警告、禁止警告以及修改代碼等方法解決。大部分警告消息不會(huì)影響程序運(yùn)行，但是警告消息的出現(xiàn)都是有其原因的，要搞清楚問(wèn)題，確認(rèn)對(duì)程序運(yùn)行沒有影響時(shí)才可以忽略。

2.1.2 程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤問(wèn)題及解決方案

在程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到的報(bào)錯(cuò)種類一般有：變量名錯(cuò)誤(Name Error)、語(yǔ)法錯(cuò)誤(Syntax Error)、類型錯(cuò)誤(Type Error)、索引錯(cuò)誤(Index Error)、值錯(cuò)誤(Value Error)等。其中變量名、語(yǔ)法等錯(cuò)誤，一般是因?yàn)榇中膶?dǎo)致的，解決方法是查找變量名、冒號(hào)和空格是否打錯(cuò)或遺漏；類型、索引和值等錯(cuò)誤，一般是因?yàn)楦袷藉e(cuò)誤，解決方法是檢查傳入的類型是否為期望的類型，索引是否存在，序列是否超出范圍。

2.1.3 程序設(shè)計(jì)的其他問(wèn)題

在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了遇到提示信息不理解的情況外，還會(huì)遇到其他問(wèn)題，例如：所用語(yǔ)言的版本不一致造成不兼容的問(wèn)題；陷入死循環(huán)、程序健壯性不夠；在算法中使用了不符合算法的值，例如四則運(yùn)算里輸入了0等操作，都有可能導(dǎo)致程序崩潰。

2.1.4 程序設(shè)計(jì)問(wèn)題解決

通過(guò)上述問(wèn)題的分析，可以根據(jù)報(bào)錯(cuò)與警告中蘊(yùn)含的通用性，將常見的報(bào)錯(cuò)與警告語(yǔ)句分類，與其經(jīng)驗(yàn)化的解決方案整理成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶通過(guò)關(guān)鍵詞搜索，查找與用戶遇到的問(wèn)題相符的錯(cuò)誤與警告語(yǔ)句，并顯示其解決方案。除此之外，用戶還可以收藏搜索出來(lái)的、感興趣的解決方案，添加數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有出現(xiàn)的錯(cuò)誤與警告語(yǔ)句，添加數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有的其他解決方案。通過(guò)這樣一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可以為學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的過(guò)程增加便利，提高學(xué)習(xí)效率。

2.2 程序設(shè)計(jì)幫助系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.2.1 界面設(shè)計(jì)

查詢頁(yè)面的布局如圖1所示，此界面中，①板塊為實(shí)現(xiàn)查詢功能的搜索框部分，用戶在這里可以通過(guò)關(guān)鍵詞進(jìn)行查詢；②板塊為實(shí)現(xiàn)管理員以及用戶登錄注冊(cè)的導(dǎo)航部分，通過(guò)點(diǎn)擊這里跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的登錄或注冊(cè)頁(yè)面，用戶登錄后才可以實(shí)現(xiàn)收藏以及添加修改語(yǔ)句信息的功能。

圖1 查詢頁(yè)面布局

查詢結(jié)果顯示頁(yè)面如圖2所示，此界面中，①版塊是根據(jù)前面的關(guān)鍵詞查詢出來(lái)的相關(guān)語(yǔ)句，用戶可點(diǎn)擊這些相關(guān)語(yǔ)句進(jìn)一步查看詳細(xì)信息；②版塊是返回上一界面與登錄的導(dǎo)航部分；③板塊為用戶可添加未曾查詢到或未出現(xiàn)的語(yǔ)句，待管理員審核通過(guò)后便可發(fā)布等待其他人解答。

圖2 查詢結(jié)果顯示頁(yè)面

查看詳細(xì)信息頁(yè)面如圖3所示，此界面中，①版塊為根據(jù)前面點(diǎn)擊的相關(guān)語(yǔ)句進(jìn)一步展開詳細(xì)信息的部分；②版塊為用戶添加其他解決辦法以及實(shí)現(xiàn)收藏功能的部分。

圖3 查看詳細(xì)信息頁(yè)面

2.2.2 業(yè)務(wù)流程圖

業(yè)務(wù)流程如圖4所示，用戶通過(guò)查詢關(guān)鍵詞或語(yǔ)句可以得到與其相符的查詢結(jié)果，當(dāng)用戶選擇對(duì)點(diǎn)開的語(yǔ)句詳細(xì)信息不進(jìn)行收藏，可返回查詢結(jié)果的頁(yè)面繼續(xù)查看；如果進(jìn)行收藏，就要考慮是否擁有賬號(hào)，如果已有則登錄后收藏，如果沒有則先注冊(cè)再登錄收藏。

圖4 業(yè)務(wù)流程

2.2.3 功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)為程序設(shè)計(jì)幫助查詢系統(tǒng)，功能結(jié)構(gòu)如圖5所示，分為4部分功能。(1)查詢功能，利用關(guān)鍵詞進(jìn)行查詢，把用戶輸入的關(guān)鍵詞與數(shù)據(jù)庫(kù)中的語(yǔ)句進(jìn)行匹配，再把匹配到的語(yǔ)句詳細(xì)信息展示出來(lái)。(2)用戶部分功能。即用戶注冊(cè)、登錄、查看、修改用戶信息，以及管理員對(duì)用戶的刪除、修改、查看。(3)管理員對(duì)語(yǔ)句進(jìn)行增加、刪除、修改、查看以及用戶可收藏語(yǔ)句。(4)用戶可添加數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有的解決方案或語(yǔ)句，以及對(duì)用戶添加過(guò)的信息進(jìn)行刪除、修改、查看。

圖5 功能結(jié)構(gòu)

2.2.4 開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中用到的工具與平臺(tái)是 Navicat Premium與PyCharm。其中，Navicat是可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)以及多方面連接的資料庫(kù)進(jìn)行管理操作的工具，可以同時(shí)連線 MySQL，SQLite，MssQL 等資料庫(kù)。程序員可以用Navicat存儲(chǔ)、調(diào)取、使用數(shù)據(jù)，可以對(duì)不同的表進(jìn)行類型設(shè)定，包括查看報(bào)錯(cuò)，使用較簡(jiǎn)單、易操作。PyCharm是Python 的一種集成開發(fā)環(huán)境，擁有一系列工具，比如調(diào)試、智能提示、自動(dòng)完成等，可以高效率地幫助用戶進(jìn)行Python語(yǔ)言開發(fā)。此外，PyCharm還提供了一些高級(jí)功能用于支持Django框架下的專業(yè)Web開發(fā)，本系統(tǒng)將使用其自帶的Html，Css 工具通過(guò)Django框架進(jìn)行 Web 開發(fā)等操作。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.3.1 數(shù)據(jù)流程

系統(tǒng)的總體運(yùn)行如圖6所示，用戶輸入關(guān)鍵詞給系統(tǒng)，系統(tǒng)將關(guān)鍵詞傳遞給數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，數(shù)據(jù)庫(kù)把匹配到的詳細(xì)信息通過(guò)系統(tǒng)再反饋給用戶。

圖6 頂層數(shù)據(jù)流程

總體來(lái)看，本系統(tǒng)是通過(guò)用戶輸入的關(guān)鍵詞查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶注冊(cè)登錄后可對(duì)信息進(jìn)行補(bǔ)充和收藏等操作。按照流程來(lái)看，程序設(shè)計(jì)幫助查詢系統(tǒng)可分為5個(gè)部分，分別是查詢、收藏、注冊(cè)、登錄、補(bǔ)充；為了用戶可以保存感興趣的信息，又設(shè)計(jì)了相應(yīng)的收藏功能，因此系統(tǒng)總共有6個(gè)部分。與系統(tǒng)相關(guān)的實(shí)體為用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)匹配后生成相關(guān)語(yǔ)句表和語(yǔ)句詳細(xì)信息表，在用戶注冊(cè)后生成用戶信息表。第一層數(shù)據(jù)流程如圖7所示。

圖7 第一層數(shù)據(jù)流程

2.3.2 數(shù)據(jù)字典

數(shù)據(jù)字典是對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等進(jìn)行的定義和描述，其目的是對(duì)數(shù)據(jù)流程圖中的各元素做出詳細(xì)的說(shuō)明。如表1和表2所示，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的每個(gè)表都進(jìn)行了數(shù)據(jù)的來(lái)源去向設(shè)計(jì)，流入流出分析，進(jìn)一步理清了數(shù)據(jù)關(guān)系。

表1 數(shù)據(jù)流字典

表2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)字典

2.3.3 E-R圖設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，一般會(huì)根據(jù)E-R圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，本研究所涉及的對(duì)象有用戶和語(yǔ)句這兩類。設(shè)計(jì)時(shí)，需先對(duì)每一類進(jìn)行E-R圖的繪制，再根據(jù)E-R圖進(jìn)行關(guān)系設(shè)置，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，這樣在實(shí)現(xiàn)時(shí)可以快速理清數(shù)據(jù)關(guān)系。用戶實(shí)體屬性如圖8所示，語(yǔ)句實(shí)體屬性如圖9所示，實(shí)體聯(lián)系如圖10所示，全局E-R如圖11所示。

圖8 用戶實(shí)體屬性

圖9 語(yǔ)句實(shí)體屬性

圖10 實(shí)體聯(lián)系

圖11 全局E-R

為方便在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表時(shí)能獨(dú)立設(shè)計(jì)每張表，并在建立后能快速理清數(shù)據(jù)關(guān)系，如上述E-R圖中，需先對(duì)每個(gè)實(shí)體進(jìn)行分析，再關(guān)聯(lián)每個(gè)實(shí)體，這樣在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表時(shí)參考實(shí)體分析，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)表時(shí)參考關(guān)系圖即可。本系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單分成用戶和語(yǔ)句兩個(gè)實(shí)體，用戶有姓名、性別、年齡、聯(lián)系電話以及密碼這幾個(gè)屬性，語(yǔ)句有編號(hào)、關(guān)鍵詞、語(yǔ)句翻譯以及解決辦法這幾個(gè)屬性，實(shí)體間是多對(duì)多的關(guān)系，可以理解為用戶可以搜索多條語(yǔ)句，語(yǔ)句也可以被多個(gè)用戶查詢。

2.3.4 數(shù)據(jù)表

數(shù)據(jù)庫(kù)中的用戶列表如表3所示，字段有姓名、性別、年齡、聯(lián)系方式、密碼，其中聯(lián)系電話為主鍵，用戶可以利用聯(lián)系電話作為賬號(hào)登錄。

表3 用戶

數(shù)據(jù)庫(kù)中的錯(cuò)誤語(yǔ)句列表如表4所示，字段有錯(cuò)誤語(yǔ)句編號(hào)、錯(cuò)誤語(yǔ)句、語(yǔ)句翻譯、解決方案，其中錯(cuò)誤語(yǔ)句編號(hào)為主鍵。

表4 錯(cuò)誤語(yǔ)句

數(shù)據(jù)庫(kù)中的警告語(yǔ)句列表如表5所示，字段有警告語(yǔ)句編號(hào)、警告語(yǔ)句、語(yǔ)句翻譯、解決方案，其中警告語(yǔ)句編號(hào)為主鍵。

表5 警告語(yǔ)句

3 系統(tǒng)開發(fā)與測(cè)試

3.1 界面設(shè)計(jì)與開發(fā)

3.1.1 界面設(shè)計(jì)要求

系統(tǒng)根據(jù)編程世界的知識(shí)宛如宇宙的特點(diǎn)，以一個(gè)宇宙的圖片為界面主背景，界面中的字體大多居中，右上角設(shè)有返回首頁(yè)按鈕。

3.1.2 界面開發(fā)

如圖12—14所示為系統(tǒng)的主功能頁(yè)面，用戶通過(guò)輸入關(guān)鍵詞或語(yǔ)句點(diǎn)擊搜索按鈕便可進(jìn)行查詢，然后出現(xiàn)與關(guān)鍵詞相關(guān)的語(yǔ)句列表，點(diǎn)擊列表中任意語(yǔ)句后便可展示相關(guān)的詳細(xì)信息，還可以對(duì)詳細(xì)信息進(jìn)行收藏。除主功能外，系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了用戶的注冊(cè)登錄與管理員登錄以及登錄后的增刪改功能。

圖12 查詢頁(yè)面

圖13 查詢結(jié)果列表頁(yè)面

圖14 詳細(xì)結(jié)果頁(yè)面

3.2 測(cè)試

3.2.1 測(cè)試說(shuō)明

系統(tǒng)測(cè)試的目的是檢驗(yàn)系統(tǒng)最終是否符合用戶規(guī)定的需求，此外，也是希望能以最少的人力和時(shí)間，發(fā)現(xiàn)潛在的錯(cuò)誤、缺陷以及系統(tǒng)不完善部分，驗(yàn)證系統(tǒng)功能的正確性和完整性。

3.2.2 測(cè)試用例

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以后，需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試，確保系統(tǒng)功能能夠使用，并滿足需求，測(cè)試用例如表6所示。

表6 測(cè)試用例

3.2.3 測(cè)試結(jié)果分析

測(cè)試結(jié)果分析如表7所示，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各類已設(shè)計(jì)功能，并能對(duì)用戶注冊(cè)登錄時(shí)的失誤操作進(jìn)行提示。

表7 測(cè)試結(jié)果分析

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)初學(xué)者在調(diào)試代碼上花費(fèi)大量時(shí)間的現(xiàn)象，本研究設(shè)計(jì)了一個(gè)將程序設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的提示信息進(jìn)行整合，供用戶查詢的平臺(tái)，為初學(xué)者進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)提供了便利。但由于時(shí)間及技術(shù)等方面問(wèn)題，部分功能不夠完善，后續(xù)將繼續(xù)深入研究解決程序設(shè)計(jì)中的難題。