第一次作業——四則運算

 

一、需求分析

         1. 使用 -n 參數控制生成題目的個數，例如

           Myapp.exe -n 10 -o Exercise.txt

• 將生成10個題目。
  2. 使用 -r 參數控制題目中數值（自然數、真分數和真分數分母）的范圍，例如 
        Myapp.exe -r 10
   將生成10以內（不包括10）的四則運算題目。該參數可以設置為1或其他自然數。該參數必須給定，否則程序報錯並給出幫助信息。
  3. 生成的題目中如果存在形如e1 ÷ e2的子表達式，那么其結果應是真分數。
  4. 每道題目中出現的運算符個數不超過3個。
  5. 程序一次運行生成的題目不能重復，即任何兩道題目不能通過有限次交換+和×左右的算術表達式變換為同一道題目。例如，23 + 45 = 和45 + 23 = 是重復的題目，6 × 8 = 和8 × 6 = 也是重復的題目。3+(2+1)和1+2+3這兩個題目是重復的，由於+是左結合的，1+2+3等價於(1+2)+3，也就是3+(1+2)，也就是3+(2+1)。但是1+2+3和3+2+1是不重復的兩道題，因為1+2+3等價於(1+2)+3，而3+2+1等價於(3+2)+1，它們之間不能通過有限次交換變成同一個題目。
  生成的題目存入執行程序的當前目錄下的Exercises.txt文件，格式如下：
       1. 四則運算題目1
       2. 四則運算題目2
            ……
   
  其中真分數在輸入輸出時采用如下格式，真分數五分之三表示為3/5，真分數二又八分之三表示為2’3/8。
  6. 在生成題目的同時，計算出所有題目的答案，並存入執行程序的當前目錄下的Answers.txt文件，格式如下：
      1. 答案1
      2. 答案2
      特別的，真分數的運算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。
  7. 程序應能支持一萬道題目的生成。
  8. 程序支持對給定的題目文件和答案文件，判定答案中的對錯並進行數量統計，並會輸出所有題目中重復的題目，輸入參數如下：
       Myapp.exe -e <exercisefile>.txt -a <answerfile>.txt -o Grade.txt

二、功能設計

• 基本功能

1. 每個數字定義為一個包含分子、分母、符號的結構體
2. 隨機生成數字
3. 隨機生成四則運算符號
4. 隨機生成括號
5. 在重新定義的數字上實現通分、約分、以及加減乘除的基本操作
6. 將生成的式子以及計算出的答案保存到txt文件
7. 對提供的式子和答案進行打分校驗，包括查重，並將統計結果保存到txt文件
8. 通過命令行傳遞參數

三、設計實現

• 整體思路是根據范圍隨機生成參數，然后隨機生成操作符和括號，然后用兩個字符串數組分別存儲txt中可讓小學生看懂的表達式格式，另一個數組存儲電腦計算的表達式格式，不太想用常規的中綴轉后綴表達式進行計算，所以直接使用eval對表達式進行 計算，不過這部分有點問題，當結果是無限小數時由於變量長度導致不能轉變為分數。
• 關於查重功能的實現。在表達式生成的時候直接按照數字的大小排序存入到字符串數組中，操作符也是類似，具體還得看代碼，，在進行打分校驗的時候，如果表達式的結果相同，就通過存儲的表達式對比進行查重，不過這種查重有很小概率會有BUG。

四、代碼說明

//    生成題目
    public static String rubric(int m,int []num,int optn){
     char[] ch=new char[]{'+','-','*','/'};
     char[] ch2=new char[]{'+','-','×','÷'};
     char[] opt=new char[optn+1];
     int i=new Random().nextInt(5);
     int fs=new Random().nextInt(10);
     int a=0,b=0;
     String rub;
//     隨機生成括號
     if(i==0&&optn!=0){
         a=new Random().nextInt(optn+1);
         while(a>=b){
         b=new Random().nextInt(optn+1)+1;
         }
         if(a==0&&b!=optn+1){
             rub="("+Integer.toString( num[0]);
         }
         else{
         rub=Integer.toString( num[0]);
         b=0;
         }
     }
     else{
     rub=Integer.toString( num[0]);
     }
     rubs[m]=rub;
//     合成四則運算表達式
     int[] temp=new int[optn+1];
        for(int j=0;j<=optn;j++){
            int t=new Random().nextInt(4);
            temp[j]=t;
           opt[j]=ch[t];
           if(b!=0){
               rub=rub+opt[j];
               rubs[m]=rubs[m]+ch2[t];
               if(a!=0&&j==a-1){
                   rub=rub+"(";
                   rubs[m]=rubs[m]+"(";
               }
               rub=rub+num[j+1];
               rubs[m]=rubs[m]+num[j+1];
               if(b-1==j){
                   rub=rub+")";
                   rubs[m]=rubs[m]+")";
               }
           }
           else{
           rub=rub+opt[j]+num[j+1];
           rubs[m]=rubs[m]+ch2[t]+num[j+1];
           }
        }      
     num=sort(num);
     for(int j=0;j<num.length;j++){
         houzhui[m]=houzhui[m]+String.valueOf(num[j]);
     }
     temp=sort(temp);
     for(int j=0;j<temp.length;j++){
         houzhui[m]=houzhui[m]+ch[temp[j]];
     }
        rubs[m]=rubs[m]+" =";
        return rub;
    }

五、測試運行

 

 

六、PSP展示(單位：天）

PSP2.1	Personal Software Process Stages	Time Senior Student	Time
Planning	計划	1.5	1
· Estimate	估計這個任務需要多少時間	1.5	1
Development	開發	1.2	0.8
· Analysis	需求分析 (包括學習新技術)	10分鍾	10分鍾
· Design Spec	生成設計文檔	5分鍾	0分鍾
· Design Review	設計復審	5分鍾	0分鍾
· Coding Standard	代碼規范	5分鍾	2分鍾
· Design	具體設計	20分鍾	20分鍾
· Coding	具體編碼	1天	0.8天
· Code Review	代碼復審	10分鍾	5分鍾
· Test	測試（自我測試，修改代碼，提交修改）	20分鍾	10分鍾
Reporting	報告	20分鍾	20分鍾
·	測試報告	5分鍾	0
·	計算工作量	5分鍾	0
·	並提出過程改進計划	50分鍾	0

 

七、小結

      此外這次作業的內容看起來並不是很難，但是真正做起來的時候還是很花時間的，尤其是在一些細節的地方，因為不太想用老師上課分享的方法做，所以作業完成度不高。

      最后附上代碼地址：https://gitee.com/royal_cfp/arithmetic