結對項目

結對編程

軟件工程	網工1934
作業要求	作業要求
作業目標	實現一個自動生成小學四則運算題目的命令行程序

陳卓鴻 3119005320
張栩 3119005350
Github項目鏈接

一. PSP表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	預估耗時（分鍾）	實際耗時（分鍾）
Planning	計划
- Estimate	估計這個任務需要多少時間	970	1100
Development	開發
- Analysis	需求分析（包括學習新技術）	100	100
- Design Spec	生成設計文檔	40	50
- Desgin Review	設計復審	30	30
- Coding Standard	代碼規范（為目前的開發指定合適的規范）	60	80
- Desgin	具體設計	50	100
- Coding	具體編碼	300	300
- Code Review	代碼復審	60	60
- Test	測試（自我測試，修改代碼，提交修改）	200	300
Reporting	報告
- Test Repor	測試報告	50	50
- Size Measurement	計算工作量	20	20
- Postmortem & Process Improvement Plan	事后總結，並提出過程改進計划	60	60
	總結	970	1100

二. 需求分析

類名	功能
EquationHandler	主啟動類
Equation	四則運算的基本算式類
EquationUtils	算式的處理工具類，包括生成算式和檢查
ElementUtils	算式中的元素判斷和處理類，元素包括運算數和運算符等
CalculateUtils	算式計算類，包括對算式轉換為逆波蘭式和別的四則運算
AccessUtils	文件存取類，負責讀寫文件
RandomUtils	隨機數生成器類，生成隨機運算數和運算符

三. 效能分析

耗時1

耗時2

耗內存1

耗內存2

四. 設計說明

1.算式實體類Equation

Java中String作為不可變對象，不方便處理，因此：

• Equation中使用ArrayList<String>作為底層存儲方式，運算數和運算符以String存放在其中
• 需要將Equation轉換為String時，依次獲取list中的元素通過StringBuilder生成字符串即可

2.減法檢查方法checkMinus

該項目減法檢查為生成算式后對算式進行處理，而不是在生成的過程中檢查

• 減法可能出現的情況設a,b為運算數,(...)為子算式
• 1. a-b如2/3 - 4
• 2. a-(...)如1-(4/5-3)
• 3. (...)-b如(1/3-1)-2
• 4. (...)-(...)如(1-2)-(3-4)

1. 對輸入的算式從左到右進行查找減號
2. 獲取減號兩邊的運算數，記錄左運算數和右運算數的下標（此時該減法為子算式）
3. 對運算數進行比較（不進行計算），若左運算數小於右運算數，則調換兩數位置
4. 若右運算數是一個復雜的子算式，則將右運算數作為本方法的參數，遞歸進行減法檢查，檢查完后計算結果（此時右運算數的結果一定大於0）並返回，左運算數再與結果進行比較
5. 若結果小於0，則通過處理第二步的下標，將處理后的子算式替換原下標的子算式；若結果大於0，則原來位置的子算式不改變

• 補充
  由於算式從左到右檢查，左運算數實際已經檢查過，因此第4步不必檢查左運算數

獲取減號兩邊的運算數

同位置上， +和-可替換，×和÷可替換

• 減號左邊的運算數情況
• a-b運算數為a
• a×(b+c)-d運算數為a×(b+c)
• (a+b)×c-d運算數為(a+b)×c

3.計算模塊

生成的算式為中綴表達式，由於我們的實現思路需要將運算數和運算符存入List中，如果存入中綴表達式的話並不方便計算，而將中綴表達式轉換為后綴表達式(即逆波蘭式)以后能有效地簡化計算問題，而且也方便生成題目時查重的判斷。

• 逆波蘭表示法是波蘭邏輯學家J・盧卡西維茲(J・ Lukasewicz)於1929年首先提出的一種表達式的表示方法。后來,人們就把用這種表示法寫出的表達式稱作“逆波蘭表達式”。逆波蘭表達式把運算量寫在前面,把算符寫在后面。例如：[1, 2, 3, +, -，它等價於1-(2+3)。]

參考資料和實現方法：

• 逆波蘭表達式
• 前綴、中綴、后綴表達式(逆波蘭表達式)
• 你還不知道【逆波蘭表達式】(后綴表達式)用Java怎么實現?

分數處理

由於運算數以String的形式存儲，因此我們判斷是否為分數只需要判斷字符串中是否存在帶分數符號" ' "和分數符號" / "，如1'2/3和4/5都是分數類型

注：若計算時輸入的字符串為負數，類似-3，會識別為分數類型，但是在轉換分數時會拋出異常，因為該字符串中不存在帶分數符號和分數符號

負數處理和無窮大處理

若計算中出現負數，假設有某種減法情況沒有處理導致結果出現負數，或者計算過程中出現了分母為0的分數（除數為0的除法）導致結果會無窮大，則計算方法Calculate不會再往下執行，而是立即返回字符串"NaN"

若外層方法檢查到Calculate方法返回"NaN"，會循環重新生成算式，直至結果不再為"NaN"，然后將新生成的算式替代原算式

題目查重

經過逆波蘭式處理后，我們將得到的后綴表達式中的運算數和運算符按序存入List中。按照題目的要求，對於重復的題目的定義是完全相同的運算數、運算符、和運算順序。而根據逆波蘭式的性質，運算符的先后順序正好是從左往右的。故我們可以對存放題目的List進行遍歷，發現首個運算符后，存儲這個運算符，並取該運算符前的兩個運算數進行比對，如果是重復的，則遞歸調用該方法，直到所有運算符都檢查完畢。

五. 代碼實現

六. 運行實例和測試

生成一萬道算式

判斷運算數是否為整數測試

除法測試

查重測試

七. 項目小結

陳卓鴻：通過本次合作編程，我了解到自己在開發上有很多不足，對git和github的使用還需要多加學習，尤其是最后的merge非常糟糕，而且在項目管理上還是會出現混亂，比如不同git版本之間的切換和復原。在本次和同學共同開發過程中，我深刻體會到編程中交流的重要性，有效率的交流會提高項目完成的速度。

張栩：首先這次結對作業是我為數不多的和同學合作開發的經歷，比起平時獨立思考的作業，合作開發更多的是需要我和搭檔之間的配合與交流，比如這次作業中我和我的搭檔首先商量好了大致的思路和數據結構，由我的搭檔首先建立項目，而后我在GitHub上Fork之后進行一些方法的擴充，完善和測試。雖然在項目中遇到了比想象之中多得多的問題和異常，但因為合作開發，我們對對方的代碼都有比較深入的了解，所以在探討交流下都一一解決了，我認為結對編程對於開發效率的提高還是十分有幫助的。