小學生四則運算練習軟件項目報告

一、項目Github地址

https://github.com/LilyFuEnLi/Arithmetic_SE

(注：附上coding.net項目網址：https://git.coding.net/LilyF/Software.git，coding.net與GitHub功能相同，coding.net的語言為中文，而GitHub是英文。)

二、項目報告

1、需求分析

（1）程序可接收一個輸入參數n，然后隨機產生n道加減乘除練習題，每個數字在 0 和 100 之間，運算符在3個到5個之間，即運算數字在4~6個之間。

（2）為了讓小學生得到充分鍛煉，每個練習題至少要包含2種運算符。同時，由於小學生沒有分數與負數的概念，你所出的練習題在運算過程中不得出現負數與非整數，比如不能出 3/5+2=2.6，2-5+10=7等算式。

（3）練習題生成好后，將自己的學號與生成的n道練習題及其對應的正確答案輸出到文件“result.txt”中，不要輸出額外信息，文件目錄與程序目錄一致。

（4）當程序接收的參數為5時，即產生5個運算式，以下為我試驗中輸出的文件，第一行為我的學號。

201571030108
(44*66)+(67-54)=2917
(43+54)-22*(37-37)=97
(74+35)*63+(17-17)=6867
(58+54)-(18+54)=50
(24+65)-(9+50)=30

（5）附加功能：支持有括號的運算式，包括出題與求解正確答案。由於隨機產生的運算數字為4~6個，所以算式中存在的括號設置為2個。

2、功能設計

（1）屏幕打印提示輸入需要產生的運算式個數number。

（2） 生成一個包含4~6個數字，3~5個運算符且包含兩個括號的字符串表達式。
（3）屏幕依次顯示number個運算式，要求學生解答，並顯示答題是否正確。

（5）計算出表達式的結果，並且運算過程中不能出現負數。

（4）統計學生答題情況，計算並顯示學生的正確率。

（5）最后將運算表達式和計算結果寫入result.txt文件，提示學生進行查詢並復習。

3、設計實現

      目含有兩個java文件，分別是Main.java與Calculate_SE .java，Calculate_SE .java中包含calaulate_AE（產生隨機運算式）、transferToPostfix（中綴表達式轉化為逆波蘭式）、calculate（計算逆波蘭式）等方法，Main調用Calculate_SE中的各個方法完成項目，設計流程圖如圖1所示。

圖 1 設計流程圖

4、測試運行

      運行Main.java文件，輸入產生運算式個數number為5，依次進行答題（如圖2所示），同時生成result.txt文件，如圖3所示，cmd運行文件run.bat文件截圖如圖4所示。

 

 

 

                               圖2                                                                                                                                                           圖3

 

圖 4

 5、核心代碼

 

（1）生成隨機運算式,調用方法計算結果

public void calaulate_AE(int number) {
        int Right=0;
        float R = 0;
        int F=0;
        while(F==0)
        {
        for(int i=0;i<number;i++)
        {
            CN[i]=(int)(Math.random()*2+4);
            int Bracket=(int)(Math.random()*CN[i]-2);
            for(int j=0;j<CN[i];j++)
            {
                N[i][j]=(int) (Math.random()*100+1);
            }
            for(int k=0;k<CN[i]-1;k++)
            {
                C[i][k]=Str[(int)(Math.random()*3)];    
            }
            for(int k=0;k<CN[i]-1;k++)
            {
               while(C[i][0]==C[i][1])
                    C[i][1]=Str[(int)(Math.random()*3)];
                if(C[i][k]=='-' && (N[i][k]<N[i][k+1]))
                {
                    int temp=0;
                    temp=N[i][k];
                    N[i][k+1]=temp;
                    N[i][k]=temp;
                }
                if(C[i][k]=='/' && (N[i][k]%N[i][k+1]!=0))
                {
                    int temp=N[i][k];
                    N[i][k] = N[i][k] <N[i][k+1]? N[i][k]: N[i][k+1];
                    N[i][k+1] = temp > N[i][k+1]? temp: N[i][k+1];
                    for(int num = N[i][k]; num >= 1; num--)
                    {
                        if(N[i][k] % num == 0 && N[i][k+1] % num == 0)
                        {
                            N[i][k+1]=num;
                            break;
                        }
                    }
                }
            }
            String AE=new String();
            LinkedList<String> list=new LinkedList<>();
            list.add(String.valueOf('('));
            list.add(String.valueOf(N[i][0]));
            list.add(String.valueOf(C[i][0]));
            list.add(String.valueOf(N[i][1]));
            list.add(String.valueOf(')'));
            list.add(String.valueOf(C[i][1]));
            AE+='('+String.valueOf(N[i][0])+String.valueOf(C[i][0])+String.valueOf(N[i][1])+')'+String.valueOf(C[i][1]);
                for(int j=2;j<CN[i]-2;j++)
                {
                        list.add(String.valueOf(N[i][j]));
                        list.add(String.valueOf(C[i][j]));
                        AE+=String.valueOf(N[i][j])+String.valueOf(C[i][j]);
                }
                list.add(String.valueOf('('));
                list.add(String.valueOf(N[i][CN[i]-2]));
                list.add(String.valueOf(C[i][CN[i]-2]));
                list.add(String.valueOf(N[i][CN[i]-1]));
                list.add(String.valueOf(')'));
                AE+='('+String.valueOf(N[i][CN[i]-2])+String.valueOf(C[i][CN[i]-2])+String.valueOf(N[i][CN[i]-1])+')'+'=';
                String sum=transferToPostfix(list);
                char fir =sum.charAt(0);
                if(fir=='-')
                    F=0;
                else
                    F=1;
                System.out.print(AE);
                String SUM=scanner.nextLine();
                if(SUM.equals(sum))
                {
                    System.out.print("回答真確，Very Good！(*^▽^*)：\n");
                    Right++;
                }
                else
                    System.out.print("回答錯誤，要加油哦！(*^▽^*)：\n");
                float R1 = (float)Right;
                float R2 = (float)number;
                R=(float) (R1/R2*100.00);
                AE+=sum;
                Arithmetic.add(AE);
        }
        System.out.print("本次答題共計"+number+"道，回答正確"+Right+"道，正確率為"+R+"%.\n");
    }
    }

（2）中綴表達式轉為后綴表達式

private static String transferToPostfix(LinkedList<String> list){
        Iterator<String> it=list.iterator();
        while (it.hasNext()) 
        {
            String s = it.next();
            if (isOperator(s)) 
            {
                if (operators.isEmpty()) 
                {
                    operators.push(s);
                }
                else 
                {//如果讀入的操作符為非")"且優先級比棧頂元素的優先級高或一樣，則將操作符壓入棧
                    if (priority(operators.peek())<=priority(s)&&!s.equals(")")) 
                    {
                        operators.push(s);
                    }
                    else if(!s.equals(")")&&priority(operators.peek())>priority(s))
                    {
                        while (operators.size()!=0&&priority(operators.peek())>=priority(s)&&!operators.peek().equals("(")) 
                        {
                            if (!operators.peek().equals("(")) 
                            {
                                String operator=operators.pop();
                                sb.append(operator).append(" ");
                                output.push(operator);
                            }
                        }
                        operators.push(s);
                    }
                    //如果讀入的操作符是")"，則彈出從棧頂開始第一個"("及其之前的所有操作符
                    else if (s.equals(")")) 
                    {
                        while (!operators.peek().equals("(")) 
                        {
                            String operator=operators.pop();
                            sb.append(operator).append(" ");
                            output.push(operator);
                        }
                        //彈出"("
                        operators.pop();
                    }
                }
            }
            //讀入的為非操作符
            else 
            {
                sb.append(s).append(" ");
                output.push(s);
            }
        }
        if (!operators.isEmpty()) 
        {
            Iterator<String> iterator=operators.iterator();
            while (iterator.hasNext()) 
            {
                String operator=iterator.next();
                sb.append(operator).append(" ");
                output.push(operator);
                iterator.remove();
            }
        }
        String sum= calculate();
       return sum;
    }

 

（3）根據后綴表達式計算結果

  private static String calculate(){
        LinkedList<String> mList=new LinkedList<>();
        String[] postStr=sb.toString().split(" ");
        for (String s:postStr) 
        {
            if (isOperator(s))
            {
                if (!mList.isEmpty())
                {
                    int num1=Integer.valueOf(mList.pop());
                    int num2=Integer.valueOf(mList.pop());
                    int newNum=cal(num2,num1,s);
                    mList.push(String.valueOf(newNum));
                }
            }
            else 
            { //數字則壓入棧中
                mList.push(s);
            }
        }
        if (!mList.isEmpty())
        {
            return mList.pop();
        }
        return null;
    }

 

6、總結

       在本次項目中，我建立了兩個java文件，分別是Main.java與Calculate_SE .java，Calculate_SE .java用於整體的方法實現，其中包含calaulate_AE（產生隨機運算式）、transferToPostfix（中綴表達式轉化為逆波蘭式）、calculate（計算逆波蘭式）等方法，然后利用Main調用Calculate_SE中的各個方法完成整體項目。實現小學生四則運算練習軟件的設計，加入了附加功能（括號運算），但未能實現分數運算，后期我會繼續學習改進，使其功能較為完善。

7、展示PSP

PSP2.1	任務內容	計划完成的時間(min)	實際完成需要的時間(min)
PLanning	計划	30	30
Estimate	估計這個任務需要多少時間，並規划大致工作步驟	30	40
Developmet	開發	240	360
Analysis	需求分析（包括學習新技術）	30	30
Design Spec	生成設計文檔	10	15
Design Revie	設計復審（和同事審核設計文檔）	15	15
Coding Standard	代碼規范	10	20
Design	具體設計	30	45
Coding	具體編碼	120	240
Code Review	代碼復審	10	10
Test	測試（自我測試，修改代碼，提交修改）	20	30
Reporting	報告	30	40
Test Report	測試報告	20	20
Size Measurement	計算工作量	5	5
Postmortem & Process Improvement Plan	事后總結，並提出過程改機計划	10	15

8、項目心得

       首先，感受到每個項目的分析階段特別重要，你的分析缺陷大就意味着你返工的可能性越大。當你對於一個項目的整體思路把握較好后，代碼編程時會流暢許多，所以我們一定要養成一個良好的開發習慣。其次，本次項目過程中，感覺特別對不起Java老師，好久沒有練習java語言，生疏了許多。這應該就是那句“學如逆水行舟，不進則退”吧。