题目数据合法性检验

Macw07

2025-01-11 01:29:23

发布于：加拿大

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本文将简要介绍在竞赛与工程场景中，如何进行数据合法性检验，并分别展示在 C++ 中使用 cassert、使用 testlib 框架，以及在 Python 中使用内置的 assert 关键字进行数据校验的基本方法。文中所有示例的代码风格均与之前分享的示例风格相似，力求简洁易读。

一、为什么要进行数据合法性检验

在命题和解题场景中，确保输入数据符合题目要求是非常关键的。若输入数据出现非法值（例如越界、格式错误、非法字符等），会导致后续的算法逻辑失效，甚至程序崩溃。为了保证测试数据的准确性，往往需要在提交前（或评测中）就对输入数据做严格的合法性检验。

常见需要检验的地方：

整数的范围：例如 1 <= T <= 100，-10000 <= A[i] <= 10000 等。
字符串的格式：是否包含非法字符、大小写是否符合要求、长度是否超限等。
数组或列表的大小：输入的数组大小与预期是否一致，或者剩余的输入行数是否满足需要。
组合条件：多条数据之间的逻辑是否符合，如 L <= R, abs(a - c) + abs(b - d) == 1 等。

二、使用 C++ 的 cassert 进行数据校验

1. 基本示例

C++ 中的 cassert 头文件提供了一个简单的断言机制 assert(condition)，在编译时若开启断言（默认 Debug 模式开启），当 condition 为 false 时，程序会直接退出并抛出一条错误信息，提示断言失败。

下面以一个简化的示例展示如何使用 cassert 验证输入范围。假设我们想要检验有 T 组数据，每组数据给出一个整数 x，并保证 1 <= T <= 100 且 1 <= x <= 10^8：

#include <bits/stdc++.h>
#include <cassert>
using namespace std;

int main() {
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);

    int T;
    cin >> T;
    assert(1 <= T && T <= 100);

    while (T--) {
        long long x;
        cin >> x;
        assert(1 <= x && x <= 100000000);  // 10^8
    }

    cout << "Testcases are valid." << "\n";
    return 0;
}

在本示例中，如果 T 或任意 x 超出指定范围，程序会立即触发断言错误并退出，从而保证数据的合法性。

三、使用 testlib 进行数据校验

testlib 是 Codeforces 出品的测试数据生成与校验框架，常用于创建和校验测试数据文件。

1. 典型用法

一般在校验脚本中（验证器），使用方式如下（示例风格与官网文档相似，但逻辑简化）：

#include "testlib.h"
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main(int argc, char* argv[]) {
    registerValidation(argc, argv);

    // 读取 T, 范围 1~100
    int T = inf.readInt(1, 100, "T");
    inf.readEoln();

    for (int i = 0; i < T; i++) {
        // 读取一个整数 x, 范围 1~10^8
        long long x = inf.readLong(1, 100000000, "x");
        inf.readEoln();
    }

    inf.readEof();
    return 0;
}

inf.readInt(1, 100, "T") 会自动校验输入是否在 [1, 100] 范围内，否则验证器会抛出错误并停止校验。
inf.readEoln() 用于读取并检验当前行末尾是否存在额外字符，确保输入行的格式正确。

2. testlib 的优势

自动化：无需手写 assert 或 if 条件语句，阅读与维护更加方便。
详细错误信息：当出现越界或格式错误时，会给出精确的报错行数和提示信息，便于快速排查问题。
完备的读取方法：对于整数、实数、字符串都有对应的读取与检验方法，包括严格的格式检查。

四、使用 Python 的内置 assert 进行数据校验

对于 Python 的数据校验，最常见的做法是直接使用内置的 assert 关键字。
一旦断言失败，会抛出 AssertionError 并停止程序运行。

1. 基本用法

下面是之前展示过的若干个题目的 Python 校验示例，它们都遵循了一个相似的模式：

首先读取需要的参数（如 T、n、m 等）。
使用 assert 检查该参数是否在指定范围。
依次读取数据并对每条数据做对应的断言。

以下为几个常见场景的示例——从简单的整型范围校验、字符串校验到多维数组及综合逻辑检验。

T1 - 纪元流星雨

T = int(input())
assert 1 <= T <= 100

for i in range(T):
    B, L, E = map(int, input().split())
    assert 1 <= B <= 10 ** 8
    assert 20 <= L <= 10 ** 8
    assert 0 <= E <= 49
    
print("Testcases are valid.")

这里我们验证了 T 的范围；每组输入中 (B, L, E) 也都进行了相应的断言。
最后一行 "Testcases are valid." 表示所有断言通过后才会正常输出。

T2 - MARCOncatenation

T = int(input())
assert 1 <= T <= 100

for i in range(T):
    string = input()
    assert string.lower() == string
    assert string.isalpha()
    assert 1 <= len(string) <= 500
    
print("Testcases are valid.")

在这里我们对字符串内容进行了检查：
1. string.lower() == string 确保字符串为全小写；
2. string.isalpha() 确保字符串都是字母；
3. 字符串长度限制。

T3 - TNT接力

T = int(input())
assert 1 <= T <= 100

for i in range(T):
    N, M = map(int, input().split())
    assert 1 <= N <= 10000
    assert 1 <= M <= 10000
    string = input()
    assert len(string) == N
    assert string.count("-") + string.count("#") == N
    
print("Testcases are valid.")

对于长度固定的字符串，可以用 assert len(string) == N 检验；
检查字符串中的某些特殊字符出现次数能否与总长匹配。

T4 - 小丑牌

T = int(input())
assert 1 <= T <= 10 ** 5

numSet = ["J", "Q", "K", "A"]
for i in range(2, 11):
    numSet.append(str(i))
rankSet = ["Spade", "Heart", "Diamond", "Club"]

for testcase in range(T):
    input() 
    for i in range(5):
        num, rank = input().split()
        assert num in numSet
        assert rank in rankSet
        
print("Testcases are valid.")

此例较为典型：先构造 numSet 和 rankSet，然后对牌的数字与花色进行严格校验。
T 的范围较大，达到了 10^5，同样使用 assert 即可。

T5 - Vertex Verse

n, m, q = map(int, input().split())
assert 1 <= n <= 500
assert 1 <= m <= 500
assert 1 <= q * 2 <= min(10 ** 4, n * (n - 1) + m * (m - 1))

for i in range(q):
    for j in range(2):
        a, b, c, d = map(int, input().split())
        assert 1 <= a <= n
        assert 1 <= b <= m
        assert 1 <= c <= n
        assert 1 <= d <= m
        assert abs(a - c) + abs(b - d) == 1
        
print("Testcases are valid.")

这里的重点是 abs(a - c) + abs(b - d) == 1，也就是确保位置间仅有一步之遥。
此类“多次读入 + 组合条件”非常常见，可以把多行检查逻辑封装在循环中。

T6 - 最优政府大楼选址 - 2

N = int(input())
assert 1 <= N <= 5000

E = list(map(int, input().split()))
assert len(E) == N
for i in E:
    assert 1 <= i <= 10

for i in range(N):
    xi, yi = map(float, input().split())
    assert 0 <= abs(xi) <= 10 ** 3
    assert 0 <= abs(yi) <= 10 ** 3
    
print("Testcases are valid.")

在这里我们需要读取一整行整数并进行批量校验，然后再读入浮点数并逐个校验绝对值是否在 10^3 内。

T7 - 乌龟养殖场

N, M = map(int, input().split())
assert 1 <= N <= 500
assert 1 <= M <= 10

for i in range(N):
    row = list(map(int, input().split()))
    assert row.count(0) + row.count(1) == M

print("Testcases are valid.")

需要保证输入矩阵里只含有 0 或 1，并且列数为 M。
通过 row.count(0) + row.count(1) == M 的断言，简洁地验证了矩阵格式。

T8 - 数据中心能耗分析

N, M = map(int, input().split())
assert 1 <= N <= 10 ** 5
assert 1 <= M <= 10 ** 5

A = list(map(int, input().split()))
for i in A:
    assert -10000 <= i <= 10000
assert len(A) == N

for i in range(M):
    op = list(map(int, input().split()))
    assert op[0] == 1 or op[0] == 2
    if op[0] == 1:
        T, L, R, K = op
        assert 1 <= L and L <= R and R <= N
        assert -1000 <= K <= 1000
    else:
        T, L, R = op
        assert 1 <= L and L <= R and R <= N
        
print("Testcases are valid.")