寫代碼一天，debug一年？
說到這，小編得強調(diào)一下，代碼層面的問題是不會有人教你怎么去解決的，因為這些問題太具體了，一切都得靠自己來。但是吧，看著幾千甚至及萬行的代碼，在自己搓出來的shi山之中找一個非語法層面的錯誤，這談何容易！這時候大家想必更絕望了，自己找又找不出錯誤，別人又幫不了，那豈不是涼了？
別急，今天小編就來談?wù)劊鯓涌焖俣ㄎ粏栴}，從而對癥下藥，解決問題。與其坐著絕望，不如自己動手豐衣足食！當(dāng)然了，對于語法錯誤或者配置錯誤導(dǎo)致代碼無法運行的，這些根本不算錯誤，不在本文的討論之列哦。
一、大致定位問題
大家首先要明確一點，錯誤不會憑空產(chǎn)生，如果結(jié)果與預(yù)期不符合，那么在整個過程中肯定存在著大大小小的錯誤。第一步首先是要定位問題，相信寫代碼的同學(xué)，在開始之前肯定會有一套理論支撐，而代碼無非就是把理論落實到了機器上面，最后發(fā)現(xiàn)運行結(jié)果與自己預(yù)期的不一致。好了，大家想想，為什么不一致？因為從理論上來說這個結(jié)果應(yīng)該是A，而代碼卻給出了B。現(xiàn)在，大家記住這句話，因為我們下面的找錯過程都是基于這句話進行的。
從理論推導(dǎo)到代碼落地，出現(xiàn)問題的大范圍一般有以下幾個地方：
a. 輸入錯誤
如果算法提示找不到可行解，那么是不是數(shù)據(jù)設(shè)計的有問題，需要檢查一下。這個比較簡單。
b. 理論上的錯誤
你的理論推導(dǎo)不正確，這是最根源的錯誤。沒啥好說的，趕緊去修正理論。那么怎樣判斷是理論上的錯誤呢？很簡單，你把代碼中跑的數(shù)據(jù)，給手動模擬一遍，如果你堅信理論是正確的話，那么你手工模擬的結(jié)果應(yīng)該也是在預(yù)期之內(nèi)的。如果不是的話，那很有可能就是理論出現(xiàn)了問題。tip：手動模擬數(shù)據(jù)量不要太大，不然累死你。
c. 代碼邏輯出現(xiàn)了錯誤
這是最常見的，也是最棘手的錯誤，畢竟咱們都是咱在巨人肩膀上做的研究（大部分理論前人已經(jīng)給我們證明好了），沒見過豬跑，總吃過豬肉，理論上出錯的可能性還是比較小的。而并非每個人都是代碼老司機，秋名山碼神，大多數(shù)都是剛?cè)胄械男率郑圆涣粜膶懧┮粋€else導(dǎo)致邏輯錯誤也是大大有可能的。
這方面的原因判斷也不麻煩，如果你做了上一步的手工模擬以后，發(fā)現(xiàn)手工模擬的結(jié)果和理論預(yù)期是一致的，那么很大概率是代碼的鍋。
二、找出問題所在
定位問題是解決問題的第一步，我見過很多人遇到問題，居然原因都不找就坐在屏幕前絕望的。作為科研人，這是非常不可取的，我們要有迎難而上的決心和courage，只要思想不滑坡，辦法總比困難多嘛……
對于理論上的問題，基本上你手工模擬一遍以后就能發(fā)現(xiàn)那個地方不合理，那么修正一下模型或者推導(dǎo)就行了，比如哪里推導(dǎo)錯了一個小數(shù)點等等。這個就是根據(jù)你做的主題以及個人一些科研經(jīng)驗來修復(fù)了，小編也沒啥經(jīng)驗。
而對于代碼邏輯上的問題，那就是咱們今天要講的重點了。最有效也是最簡單粗暴的做法就是debug！當(dāng)然這個概念太廣了，針對不同的方向有一套不同的法子，比如算法、開發(fā)等。小編就著這個運籌算法這個方向的兩大類算法（啟發(fā)式和精確解）給大家介紹一下一些debug的思路。
首先無論是對于什么算法，在初版完成以后，第一件要做的事情是寫一個check的程序。這個程序有什么作用呢？第一，檢查得出結(jié)果中是否所有約束都滿足了。如果存在著某個約束沒有得到滿足，那么你就可以去找找相應(yīng)的約束處理代碼，看看到底是哪里沒做到位。第二，根據(jù)得出來的解，重新把目標(biāo)值從頭到尾，從上到下，從左到右再算一遍，然后檢查重新算的目標(biāo)值和算法得出來的目標(biāo)值是否相同。如果不同，那么可能是你目標(biāo)值的計算出現(xiàn)了問題。
而目標(biāo)值計算出錯這種類型的錯誤在啟發(fā)式算法中非常常見，為什么呢？大家可以看看我之前講過了幾期推文：
如何實現(xiàn)一個高效的啟發(fā)式算法？（VRPTW篇）
為了能夠?qū)崿F(xiàn)比較快速評估鄰居解，我們很有必要在啟發(fā)式中記錄大量的Delta值，以減少冗余的計算，加快算法的求解速度。如果目標(biāo)值過于復(fù)雜，記錄的Delta值過多，難免會出錯。最后導(dǎo)致目標(biāo)值偏離了真實的目標(biāo)值。因此最后重新驗算目標(biāo)值能夠確保啟發(fā)式算法的結(jié)果無誤。
而且，對于一個啟發(fā)式而言，得出的解滿足約束，目標(biāo)值又正確，那么就已經(jīng)能算沒有“錯誤”了，至于如何提高解的質(zhì)量……請大家多關(guān)注公眾號哈。
對于精確式算法而言，它的代碼實現(xiàn)是和你的理論推導(dǎo)緊密聯(lián)系的。不啟發(fā)式那一套達到相同功能隨便怎么來都行，要是你的數(shù)學(xué)推導(dǎo)搞錯了一個小數(shù)點，那么就恭喜你，可能要debug上一年了。。。
其實像約束不滿足這種錯誤精確式算法里面還是比較好解決的，而這類算法最麻煩的一個地方是，精確式跑出來的居然不是最優(yōu)解（通過和CPLEX結(jié)果進行對比得知）！
這就比較絕望了，你說你出個bug，比如目標(biāo)值沒算對，或者是約束沒做好，或許還能搶救下。你這下直接找不到最優(yōu)解，茫茫shi山，錯誤要我從何找起？別急！還沒到山窮水盡的地步。
首先，我們從精確算法的本質(zhì)入手，它的本質(zhì)是什么？窮舉！對，就是窮舉，只不過它在窮舉的同時，會使用一些dominance rules把一些比較差的分支給干掉，這樣在保證最優(yōu)性的同時又能以比較快的速度找到最優(yōu)解。那么，我們就順著這個思路，相比大家的代碼中肯定設(shè)置了一些dominance rules用來加速的。那么，先把dominance rules給注釋掉，或者讓他永遠返回False，就是不會干掉任何一個解。就相當(dāng)于full extension，全遍歷了。這樣是一定能找到最優(yōu)解的，如果找到了，那么問題簡單了，就是dominance rules出了問題。
如果還是沒找到。。。那么恭喜你，問題又變復(fù)雜了。現(xiàn)在，讓我們喝杯茶思考下人生，再想想還有什么辦法。這個時候就很有必要上終極大法了--逆向調(diào)試法！沒錯，我們之前不是通過CPLEX得出了問題的最優(yōu)解嗎？（前提是你CPLEX的結(jié)果一定要正確，把模型構(gòu)建出來并調(diào)正確，這個應(yīng)該不是很難吧~）。我們通過觀察CPLEX得出的最優(yōu)解，然后逆向回來看算法的執(zhí)行流程，仔細(xì)想想，為什么我們算法沒有得出這個最優(yōu)解呢？
然后你就回到算法中，看看是哪個部分和解的生成最接近，從那里開始一層一層往上調(diào)試。比如再branch and price求解vrp類問題中，CPLEX得出的一條路徑中有0-1-2-3-4，而branch and price輸出的最優(yōu)解卻沒有這個路徑。大家想想，在bp算法中路徑是通過子問題的labeling algorithm加進去的，我們先在spprc中把每次迭代找到的路徑全部輸出來，看看是否包含了0-1-2-3-4。如果沒有包含，那么就斷定是spprc的問題，如果包含了，就想想是不是branch干掉了。。。
不信給大家看一下，為了找出我的labeling中為啥沒有找出這條最優(yōu)解的路徑，我在擴展過程中寫了如下調(diào)試代碼：
可真是人肉調(diào)試了，不可謂不壯觀。。。
三、小結(jié)
總之，debug是一門大學(xué)問，它的中心思想是定位問題的所在，才能對癥下藥。定位的過程也應(yīng)當(dāng)是先從大到小，再從內(nèi)到外。所謂從大到小，先大概定位一下錯誤可能出現(xiàn)在了哪些地方，然后再從內(nèi)部一層一層往外驗證。
這個確實是需要經(jīng)驗，而且需要大量的時間。調(diào)試本身也是發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，偶然的時候還能發(fā)現(xiàn)理論上的一些致命錯誤。因此是一門體力兼腦力活。每次有人問我，代碼出現(xiàn)了邏輯上的錯誤該怎么辦？我的回復(fù)往往只有一句話：System.out.println()；因為這個真的很有用！！！
然后，建議大家不要去看代碼，要去System.out.println()；即不斷的輸出，通過輸出來發(fā)現(xiàn)問題。因為你自己寫的代碼，寫完以后你就給大腦灌輸了我的代碼一定是對的這種想法，無論你看10遍還是100遍，基本上都很難發(fā)現(xiàn)問題。而且代碼量這么大，你從頭到尾看得過來嗎？
每次遇到問題的時候，我思考的不是怎么去解決這個問題，而是怎么去debug這個問題，即：我要輸出什么信息，在哪里輸出，才能定位到這個問題？想好以后便開始debug了。找出了問題，才能去修復(fù)它！所以呀，大家遇到問題一定要立刻馬上right now動起來，手動起來，眼動起來，腦瓜子動起來。不然，坐著什么也不干，把他丟在一邊，久而久之，這個問題就成了歷史遺留問題。若干天后你就再也不想碰他了，這樣就前功盡棄了。。。
不過，小編實在是太笨了，本來想把這些方法好好給寫一寫，后來寫著寫著就亂起來了，因此大家也就將就著看一看吧。畢竟這東西吧，只可意會不可言傳。每個人都有自己的一些經(jīng)驗和法則，小編只是把自己的一些經(jīng)驗分享出來而已。
推薦閱讀：
干貨 | 想學(xué)習(xí)優(yōu)化算法，不知從何學(xué)起？
干貨 | 運籌學(xué)從何學(xué)起？如何快速入門運籌學(xué)算法？
干貨 | 學(xué)習(xí)算法，你需要掌握這些編程基礎(chǔ)（包含JAVA和C++）
干貨 | 算法學(xué)習(xí)必備訣竅：算法可視化解密
