Java 为什么该算法不符合其规范？如何尝试证明其正确性？

编写返回字符串的方法getLargeAndSmallLetters 包含以下所有大写和小写ASCII字母的 表单（用空格分隔的大小写字母，字母 以逗号分隔的组，末尾没有逗号）：

A，B，C，D，E，…，Z

算法规范不包含任何关于实现细节的细节，即

StringBuilder

结构的使用、算法必须满足的效率指南或任何关于实现可读性的最佳实践

编译并返回所需输出的算法的我的版本

public static String getLargeAndSmallLetters() {
    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    for (int i = 64; i < 96; ++i) { // WRONG: hard coded
        if (Character.isLetter(i)) {
            String upper = Character.toString((char)i);
            String lower = Character.toString((char)(i+32));
            builder.append(upper + " " + lower + ", "); // WRONG: in loop
        }
    }
    String result = builder.toString();
    result = result.substring(0, result.length() - 2);
    return result;
 }

为什么这种算法“学术上”更正确？这也可以通过简单的字符串连接来解决

我首先想了解为什么我的解决方案不是最优的（但在IMO中是正确的）。有C#背景，只能粗略猜测我的代码不是最佳代码的原因：

• for

  循环经过了太多的迭代。我用

  if（Character.isleter（I））

  以一种“丑陋”但正确的方式纠正了这个问题
• 它没有那么可读
• 它将

  int

  s转换为

  char

  s。是否存在影响性能的装箱/拆箱情况
• 在Java中实现

  String

  的方式是，我是不是通过在

  for

  循环中使用字符串连接和

  +

  操作符在字符串池中创建了更不可变的

  String

  s？使用

  StringBuilder

  会更有效吗？因为它在内部更有效地重用

  “

  和

  ”、“

  字符串”

  s

现在我还想做的是提供一个“学术论证”，证明我的答案的正确性。以下是一些想法：

编译器优化了我的“错误”，并为“错误”和“正确”答案生成了相同的字节码

JIT编译器对“正确”和“错误”答案实现执行相同的机器代码

提供算法的数学模型

选项3似乎是证明我的答案正确性的最直接的方法

对于选项1和2，我认为需要将For循环更正为

For（inti=65；I<91；++I）

，并删除

if（Character.isleter（I））

语句

如果您对我的想法有任何建议、补充或更正，我们将不胜感激

编译器优化了我的“错误”，并为“错误”和“正确”答案生成了相同的字节码

不，编译器通过优化做的很少。它可能会将一些字符串连接更改为

StringBuilder

附录

，但仅此而已；否则，它只是忠实地复制您在代码中以字节码形式编写的内容。基本上所有的智能都发生在JIT中

您可以很容易地看到它们不会产生相同的字节码：使用

javap-c

对它们进行反编译

JIT编译器对“正确”和“错误”答案实现执行相同的机器代码

JIT最终会执行代码。对于这样的东西，它可能只执行一次，因此不值得JIT'ing

但我强烈怀疑JIT是否会为这两种方法生成相同的代码，因为这两种方法完全不同

提供算法正确性的数学证明

在Java中，形式证明很难。有很多微妙的语义，你必须考虑到在证明；或者，至少，证明这些语义不参与代码的执行

你真正能做的就是断言它在功能上是等价的。例如，不是证明它是正确的，而是证明它不是错误的

为此编写测试非常容易，因为您知道正确的输出：

A a, B b, C c, ...

所以只要检查你的代码是否产生了这些，你就完成了。当然，也可以检查代码是否生成与模型答案相同的输出

---

你的答案实际上与模型答案并不完全相同。你把

，

从末尾砍掉；模型答案并非如此。

您正在打一场失败的战斗。如果你的“指导者”懒得去检查你的代码是否产生了正确的输出，他就懒得去读你算法正确性的证明。如果你从中学到了一件事，那就是你经常要忍受愚人的折磨，所以要做好这件事

这就是说，你的代码的正确性可以通过以下方式得到证明：（a）它不接受任何输入（b）它不受副作用的影响（更现实地说，不是那些不影响你的讲解员的解决方案的副作用），然后通过显示（c）你的算法的实际执行跟踪得到正确的输出得出结论（正确的是，它产生的内容与您的讲师的内容相同）

---

有鉴于此，没有充分的理由选择一种实现而不是另一种。如果您更喜欢性能、简洁或优雅的模型答案，那么有一种比您或您的讲师发现的更好、更简单的解决方案：

public static String getLargeAndSmallLetters() {
    return "A a, B b, C c, D d, E e, F f, G g, H h, I i, J j, K k, L l, M m, N n, O o, P p, Q q, R r, S s, T t, U u, V v, W w, X x, Y y, Z z";
}

您可以使其更具可读性，如下所示：

public static String getLargeAndSmallLetters() {
    return String.format("%s%s",
        "A a, B b, C c, D d, E e, F f, G g, H h, I i, J j, K k, L l, M m, ",
        "N n, O o, P p, Q q, R r, S s, T t, U u, V v, W w, X x, Y y, Z z");
}

---

注意：

for

-在

char

s中循环是很糟糕的，你不应该这样做。我不能说我有同事在他的代码中尝试过，但如果那天到来，我会感谢同行的代码审查。

对不起，这个网站是关于代码的。我阅读所有这些并不是为了告诉你你是对还是错。请与你联系r professor.@duffymo这是一个关于算法的话题，但在我看来仍然有太多的文本。可能相关：

sb.append（“x”+y”）；

要执行

“x”+y

Java需要生成cod

public static String getLargeAndSmallLetters() {
    return String.format("%s%s",
        "A a, B b, C c, D d, E e, F f, G g, H h, I i, J j, K k, L l, M m, ",
        "N n, O o, P p, Q q, R r, S s, T t, U u, V v, W w, X x, Y y, Z z");
}