个人作业1—四则运算

博客代码地址：https://gitee.com/llQ13/four_operations/tree/master/SZYSExp_1

一、题目描述：

       实践能力的提高当然就是得多动手了，那么就从第一个个人项目开始吧，用一周的时间完成一个基于控制台的四则运算程序，实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序。

从《构建之法》第一章的 “程序” 例子出发，像阿超那样，花二十分钟写一个能自动生成小学四则运算题目的命令行 “软件”，满足以下需求：

（以下参考博客链接：http://www.cnblogs.com/jiel/p/4810756.html）

 

1. 使用 -n 参数控制生成题目的个数，例如

       Myapp.exe -n 10 -o Exercise.txt

将生成10个题目。

2. 使用 -r 参数控制题目中数值（自然数、真分数和真分数分母）的范围，例如 

      Myapp.exe -r 10

 将生成10以内（不包括10）的四则运算题目。该参数可以设置为1或其他自然数。该参数必须给定，否则程序报错并给出帮助信息。

3. 生成的题目中如果存在形如e1 ÷ e2的子表达式，那么其结果应是真分数。

4. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。

5. 程序一次运行生成的题目不能重复，即任何两道题目不能通过有限次交换+和×左右的算术表达式变换为同一道题目。例如，23 + 45 = 和45 + 23 = 是重复的题目，6 × 8 = 和8 × 6 = 也是重复的题目。3+(2+1)和1+2+3这两个题目是重复的，由于+是左结合的，1+2+3等价于(1+2)+3，也就是3+(1+2)，也就是3+(2+1)。但是1+2+3和3+2+1是不重复的两道题，因为1+2+3等价于(1+2)+3，而3+2+1等价于(3+2)+1，它们之间不能通过有限次交换变成同一个题目。

生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件，格式如下：

     1. 四则运算题目1

     2. 四则运算题目2

          ……

 

其中真分数在输入输出时采用如下格式，真分数五分之三表示为3/5，真分数二又八分之三表示为2’3/8。

6. 在生成题目的同时，计算出所有题目的答案，并存入执行程序的当前目录下的Answers.txt文件，格式如下：

    1. 答案1

    2. 答案2

 

    特别的，真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

7. 程序应能支持一万道题目的生成。

8. 程序支持对给定的题目文件和答案文件，判定答案中的对错并进行数量统计，并会输出所有题目中重复的题目，输入参数如下：

     Myapp.exe -e <exercisefile>.txt -a <answerfile>.txt -o Grade.txt

 

统计结果输出到文件Grade.txt，格式如下：

 

Correct: 5 (1, 3, 5, 7, 9)

Wrong: 5 (2, 4, 6, 8, 10)

Repeat:2

RepeatDetail:

(1)   2,45+32  Repeat 3,32+45                    

(2)   5,3+(2+1)  Repeat 7,1+2+3

 

解释：

Correct: 5 ----5道题目正确，正确的题号 1,3,5,7,9

Wrong:5 -----5道题目错误，错误的题号 2,4,6,8,10

Repeat:2   2---组题目重复

(1) 第一组 题号2，题目 45+32  与题号3的题目重复，题号3为 32+45

(2)第二组  题号5，题目 3+(2+1) 与题号7的题目重复，题号7为 1+2+3

 

其中“:”后面的数字5表示对/错的题目的数量，括号内的是对/错题目的编号。为简单起见，假设输入的题目都是按照顺序编号的符合规范的题目。

二、.需求分析，即使老师已经给出了题目，也要对题目的需求做分析，需求分析可以是自己的思考分析，也可以是找小学老师，学生甚至家长调查后挖掘出更细致的需求，别小看这个过程，请真实的做这个过程。

该程序能控制需要生成多少的题跟控制操作数的生成，能在可接受范围内生成10000道题。结果应该能接受真分数。然后，能将生成的题目与答案分别加入到相应的文件中。对于题目，能根据一定的规则进行查重。最后能进行作答并进行判错给出相应的信息。

三、.功能设计

• 基本功能    能生成表达式，并计算出答案

         扩展功能

        高级功能

四、  设计实现，设计包括代码如何组织，你会有哪些Java类，这些类分别负责什么功能，他们之间的关系怎样？你会设计哪些重要的函数，关键的函数是否需要画出流程图？

1、有题目subject类：生成题目的类

2、evaluateExpression类：对表达式求解类

五、.代码说明，你一定花了最多时间在代码的编写与调试上，那么，这个环节请把你的重要代码展示出来，代码的排版请做好。

表达式的生成：

将符号放在数组里面，随机生成数来决定生成的符号。

在用随机数来决定表达式的长度。

若生成一个左括号就将相应右括号生成的位置存进数组里面，

当循环时，若之前有左括号，就应该判断当前循环是否是右括号应生成的位置，进行相应的判断。生成表达式。

若不是随机到左括号，则按照生成一个随机数加一个运算符。

表达式的解答：

将中缀表达式转换成后缀表达式，然后进行计算。这是参考网上的一个算法，通过栈实现。

String eHead = "" + (i + 1) + ". ";
String e ="";
int exlength = (int) (Math.random() * 4 + 2);// 表达式的长度
int lbracket = 0;
int rbracket = 0;
int[] whe = new int[exlength]; // 存放右括号出现的地方
for (int j = 0; j < exlength; j++) {
char s = symbol[(int) (Math.random() * 5)];
// System.out.print(s+"| ");
if (j == exlength - 1 && s == '(') { // 如果最后一次是左括号则表达式不再增加
int count1 = lbracket;
if (lbracket == 0) {
e += "" + (int) (Math.random() * range) + "";
} else {
e += "" + (int) (Math.random() * range) + "";
for (int q = 0; q < count1; q++) {
e += ")";
lbracket--;
}
}
e += "=";
continue;
}
if (lbracket == 0) { // 之前没有左括号
if (s == '(') {
e = e + "" + s + "" + (int) (Math.random() * range)
+ "" + symbol[(int) (Math.random() * 4)] + "";

whe[rbracket] = (int) (Math.random()
* (exlength - j - 1) + j + 1);
// System.out.print("|" + whe[rbracket] + "| ");
lbracket++;
rbracket++;
} else {
e = e + "" + (int) (Math.random() * range) + "" + s
+ "";
}
} else if (s != '(') {// 之前有左括号
int count2 = lbracket;
int count_match = 0;// 匹配到左括号的次数
for (int l = 0; l < count2; l++) {
if (whe[(rbracket-count2) + l ] == j) {
if (count_match == 0) {
e = e + "" + (int) (Math.random() * range)
+ ")";
count_match++;
lbracket--;
} else {
e += ')';
lbracket--;
}
}
}
if (count_match == 0) {
e = e + "" + (int) (Math.random() * range) + "" + s
+ "";
} else {
e += "" + s + "";
}
}

 

六、.测试运行

 

 

 

七、个人软件过程：

(以下参考博客链接：http://www.cnblogs.com/happyzm/p/6472120.html)

1. 在开始实现程序之前，理解下Personal Software Process Stages(http://www.cnblogs.com/xinz/archive/2011/10/22/2220872.html)

2. 开始实现程序之前，请使用以下PSP表格，在第3列填上自己对每个环节的估计时间（单位：分钟）。

3. 在做每个环节的过程中，请在第4列填上对应环节的实际消耗时间（单位：分钟）在软件开发中，掌握估计时间是一项重要的技能，请通过PSP表格做到：

• 厘清开发的完整环节，争取在每个环节都有实际的工作，一开始边界不清楚是正常的，但请尝试按自己的理解去努力在对应环节做实际的工作。

• 预估每个环节的时间，并真实统计这些环节的耗时，在完成后输出完整的PSP耗时估计表。

• 注意：该表格是给自己看的，不要伪造数据！
• PSP模版表格如下，第3列和第4列分别对应第2列条目的估计时间和真实时间，模版表格里的时间只是示意。

• PSP2.1	Personal Software Process Stages	Time Senior Student	Time
  Planning	计划	8	6
  · Estimate	估计这个任务需要多少时间	8	6
  Development	开发	82	100
  · Analysis	需求分析 (包括学习新技术)	6	10
  · Design Spec	生成设计文档	5	6
  · Design Review	设计复审	4	6
  · Coding Standard	代码规范	3	3
  · Design	具体设计	10	20
  · Coding	具体编码	36	21
  · Code Review	代码复审	7	9
  · Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	13	21
  Reporting	报告	9	6
  ·	测试报告	3	2
  ·	计算工作量	2	1
  ·	并提出过程改进计划	3	3

  七、实验心得：在表达式的生成方面，用了较多的判断，造成结构比较复杂。发现要做好一个看起来挺简单的其实却没那么容易。自己思考了很久如何去计算表达式，试了很多方法始终无法解决。最后，去网上请教了一下大神，才发现有相应的算法能很好的实现该功能，就参考网上的代码自己修改了一下，运行没有报错，但是存在一些bug。所以，还需要进行更深入的学习。该程序就简单实现了一小部分的功能，对于存进文件，查重、判断错误等重要功能没有实现，还需继续努力改进。这次的作业收获还是挺多的。