结对伙伴:陈振华

 项目要求

 1.题目:实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序。

 2.需求:  

  1. 使用 -n 参数控制生成题目的个数

  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。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. 生成的题目中计算过程不能产生负数,也就是说算术表达式中如果存在形如e1 − e2的子表达式,那么e1 ≥ e2

  4. 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

  5. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。

  6. 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+×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)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+33+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

  7. 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

  8. 程序应能支持一万道题目的生成。

  9. 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


 Github项目地址:https://github.com/kvhong/Myapp

 设计

生成表达式:

1.通过命令行输入题目数量决定for循环的循环次数;输入数值大小决定表达式中整数、真分数分母分子的大小。

 2.调用FormExpression函数生成表达式并输出:用两个数组分别存储随机得到的整数分数和运算符。如果表达式中有除运算符,将数值数组中的整数分数从1开始生成,以解决出现除号右边结果为0的情况;如果表达式中有减号,则比较减号两边结果大小,在需要时进行交换,以解决生成负数结果。

 计算结果:

 1.先将上面生成的表达式(以字符串存储)处理为列表形式,再将此列表中的中缀表达式变换为后缀表达式,再用后缀表达式计算最终结果。

 2.计算过程:遍历后缀表达式列表,如果是数值存入栈中,如果是运算符则弹出栈中元素进行运算,再压入栈中。

 生成文件:

 1.将生成的表达式和结果分别用FileOutputStream存入Exercises.txt和Answers.txt文件中

 比较对错:

 1.用命令行输入试卷文件和答案文件,分别用InputStreamReader和BufferReader读取内容。

 2.取一行存入数组,取数组最后一个元素,加入数组中,然后对两个数组进行对比,以得到正确率。

 未完善问题

 1.处理减号时,仍会出现极少数负数问题,需重新构思实现。

  2.未实现括号,由于先实现了表达式的输出,未即使同时实现括号的加入,现比较难加入。

 代码  

 Fenshu:定义分数结构,并实现分数的加减乘除,其中包括了对两部分表达式的大小比较函数compute

分数类

 FormExpression:生成表达式

  1. import java.util.Random;
  2.  
  3. public class FormExpression {
  4.  
  5. String FormExpression(int size , int operatenum) {
  6. Random r = new Random();
  7. String[] operate = {"+","-","×","÷"};
  8. StringBuffer str = new StringBuffer();
  9. StringBuffer strnew = new StringBuffer();
  10. int num;
  11. int numerator;
  12. int denominator;
  13. String oper;
  14. Fenshu fenshu;
  15. int divcount = 0;
  16. String[] numlist = new String[operatenum+1];
  17. String[] operlist = new String[operatenum];
  18. for(int i=0;i<operatenum;i++) {
  19. oper=operate[r.nextInt(4)];
  20. operlist[i]=oper;
  21. if(oper.equals("÷")) {
  22. divcount++;
  23. }
  24. }
  25.  
  26. for(int i=0;i<operatenum+1;i++) {
  27. if(divcount==0) {
  28. num=r.nextInt(size);
  29. numerator = r.nextInt(size);
  30. denominator = r.nextInt(size);
  31. }else {
  32. num=r.nextInt(size)+1;
  33. numerator = r.nextInt(size)+1;
  34. denominator = r.nextInt(size)+1;
  35. }
  36. if(denominator!=0&&numerator<=denominator) {
  37. fenshu = new Fenshu(numerator,denominator);
  38. }else {
  39. fenshu = new Fenshu(denominator, numerator);
  40. }
  41. numlist[i]=randominput(num, fenshu);
  42. }
  43.  
  44. for(int i=0;i<2*operatenum+1;i++) {
  45. if(i%2==0) {
  46. str.append(numlist[i/2]+" ");
  47. }
  48. if(i%2!=0) {
  49. str.append(operlist[(i-1)/2]+" ");
  50. }
  51. }
  52. str.append("="+" ");
  53.  
  54. String[] judge = str.toString().split(" ");
  55. for(int i=1;i<judge.length-1;i+=2) {
  56. if(judge[i].equals("-")) {
  57. Fenshu fs = new Fenshu();
  58. Expression ex = new Expression();
  59. StringBuffer font = new StringBuffer();
  60. StringBuffer back = new StringBuffer();
  61. StringBuffer newstr = new StringBuffer();
  62. for(int k=0;k<i;k++) {
  63. font.append(judge[k]+" ");
  64. }
  65. for(int k=i+1;k<judge.length-1;k++) {
  66. back.append(judge[k]+" ");
  67. }
  68. Fenshu fontfs = ex.count(font.toString());
  69. Fenshu backfs = ex.count(back.toString());
  70. String fontstr = fontfs.numerator+"/"+fontfs.denominator;
  71. String backstr = backfs.numerator+"/"+backfs.denominator;
  72. if(fs.compute(fontstr, backstr)) {
  73. newstr.append(back.toString()+"- "+font.toString()+"= ");
  74. String[] newjudge = newstr.toString().split(" ");
  75. for(int k=0;k<newjudge.length;k++) {
  76. judge[k]=newjudge[k];
  77. }
  78. }
  79. }
  80. }
  81. for(int i=0;i<judge.length;i++) {
  82. strnew.append(judge[i]+" ");
  83. }
  84. return strnew.toString();
  85. }
  86.  
  87. String randominput(int num,Fenshu fenshu) {
  88. String numstr = num+"";
  89. String fenshustr = fenshu.getNumerator() +"/"+fenshu.getDenominator();
  90. String[] strlist = {numstr , fenshustr};
  91. Random r = new Random();
  92. return strlist[r.nextInt(2)].toString();
  93. }
  94. }

生成表达式类

 Expression:计算结果

  1. import java.util.*;
  2. public class Expression {
  3.  
  4. public char[] op = {'+','-','×','÷','(',')'};
  5. public String[] strOp = {"+","-","×","÷","(",")"};
  6. public boolean isDigit(char c){
  7. if(c>='0'&&c<='9'){
  8. return true;
  9. }
  10. return false;
  11. }
  12. public boolean isOp(char c){
  13. for(int i=0;i<op.length;i++){
  14. if(op[i]==c){
  15. return true;
  16. }
  17. }
  18. return false;
  19. }
  20. public boolean isOp(String s){
  21. for(int i=0;i<strOp.length;i++){
  22. if(strOp[i].equals(s)){
  23. return true;
  24. }
  25. }
  26. return false;
  27. }
  28. public boolean isFenshu(char c) {
  29. if(c=='/') {
  30. return true;
  31. }
  32. return false;
  33. }
  34.  
  35. //处理输入的计算式
  36. public List<String> process(String str){
  37. List<String> list = new ArrayList<String>();
  38. char c;
  39. StringBuilder sb = new StringBuilder();
  40. for(int i=0;i<str.length();i++){
  41. c = str.charAt(i);
  42. if(isDigit(c)||isFenshu(c)){
  43. sb.append(c);
  44.  
  45. }
  46. if(isOp(c)){
  47. if(sb.toString().length()>0){
  48. list.add(sb.toString());
  49. sb.delete(0, sb.toString().length());
  50. }
  51. list.add(c+"");
  52. }
  53. }
  54. if(sb.toString().length()>0){
  55. list.add(sb.toString());
  56. sb.delete(0, sb.toString().length());
  57. }
  58. return list;
  59. }
  60. public void printList(List<String> list){
  61. for(String o:list){
  62. System.out.print(o+" ");
  63. }
  64. }
  65.  
  66. //一般计算式转换为后缀表达式
  67. public List<String> simpleTosuffix(List<String> list){
  68. List<String> Postfixlist = new ArrayList<String>();//存放后缀表达式
  69. Stack<String> stack = new Stack<String>();//暂存操作符
  70. for(int i=0;i<list.size();i++){
  71.  
  72. String s = list.get(i);
  73. if(s.equals("(")){
  74. stack.push(s);
  75. }else if(s.equals("×")||s.equals("÷")){
  76. stack.push(s);
  77. }else if(s.equals("+")||s.equals("-")){
  78. if(!stack.empty()){
  79. while(!(stack.peek().equals("("))){
  80. Postfixlist.add(stack.pop());
  81. if(stack.empty()){
  82. break;
  83. }
  84. }
  85. stack.push(s);
  86. }else{
  87. stack.push(s);
  88. }
  89. }else if(s.equals(")")){
  90. while(!(stack.peek().equals("("))){
  91. Postfixlist.add(stack.pop());
  92. }
  93. stack.pop();
  94. }else{
  95. Postfixlist.add(s);
  96. }
  97. if(i==list.size()-1){
  98. while(!stack.empty()){
  99. Postfixlist.add(stack.pop());
  100. }
  101. }
  102. }
  103. return Postfixlist;
  104. }
  105.  
  106. //后缀表达式计算
  107. public Fenshu count(String str){
  108. List<String> list2 = process(str);
  109. List<String> list = simpleTosuffix(list2);
  110. Stack<Fenshu> stack = new Stack<Fenshu>();
  111. for(int i=0;i<list.size();i++){
  112. String s = list.get(i);
  113. if(!isOp(s)){
  114. Fenshu fenshu;
  115. StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(s, "/");
  116. int numerator = Integer.parseInt(tokenizer.nextToken());
  117. if(tokenizer.hasMoreTokens()) {
  118. int denominator = Integer.parseInt(tokenizer.nextToken());
  119. fenshu = new Fenshu(numerator, denominator);
  120. }else {
  121. fenshu = new Fenshu(numerator, -1);
  122. }
  123. stack.push(fenshu);
  124. }else{
  125. if(s.equals("+")){
  126. Fenshu a1 = stack.pop();
  127. Fenshu a2 = stack.pop();
  128. Fenshu v = a2.add(a1);
  129. stack.push(v);
  130. }else if(s.equals("-")){
  131. Fenshu a1 = stack.pop();
  132. Fenshu a2 = stack.pop();
  133. Fenshu v = a2.sub(a1);
  134. stack.push(v);
  135. }else if(s.equals("×")){
  136. Fenshu a1 = stack.pop();
  137. Fenshu a2 = stack.pop();
  138. Fenshu v = a2.muti(a1);
  139. stack.push(v);
  140. }else if(s.equals("÷")){
  141. Fenshu a1 = stack.pop();
  142. Fenshu a2 = stack.pop();
  143. Fenshu v = a2.div(a1);
  144. stack.push(v);
  145. }
  146. }
  147. }
  148. return stack.pop();
  149. }
  150. }

计算结果类

 build:实现命令行题目数量和数值大小输入和输出表达式和答案到TXT文件

表达式和答案输出到TXT文件

  1. import java.io.File;
  2. import java.io.FileOutputStream;
  3. import java.io.IOException;
  4. import java.util.Random;
  5. import java.util.Scanner;
  6.  
  7. public class build {
  8. @SuppressWarnings("resource")
  9. build() throws IOException {
  10. Scanner scannernum;
  11. Scanner scannersize;
  12. int num=0;
  13. int size=0;
  14. FormExpression fe = new FormExpression();
  15. Expression ex = new Expression();
  16. Random r = new Random();
  17. File que = new File("Exercises.txt");
  18. File ans = new File("Answers.txt");
  19. if(!que.exists()) {
  20. que.createNewFile();
  21. }
  22. if(!ans.exists()) {
  23. ans.createNewFile();
  24. }
  25. FileOutputStream fosque = new FileOutputStream(que);
  26. FileOutputStream fosans = new FileOutputStream(ans);
  27.  
  28. System.out.println("请输入要生成的题目数(命令形式为:-n 自然数):");
  29. scannernum = new Scanner(System.in);
  30. String[] strnum = scannernum.nextLine().split(" ");
  31.  
  32. if(strnum[0].equals("-n")&&strnum.length==2) {
  33. if(Integer.parseInt(strnum[1])>=1) {
  34. num = Integer.parseInt(strnum[1]);
  35.  
  36. System.out.println("请输入题目中数值的最大值(命令形式为:-r 自然数):");
  37. scannersize = new Scanner(System.in);
  38. String[] strsize = scannersize.nextLine().split(" ");
  39.  
  40. if(strsize[0].equals("-r")&&strsize.length==2) {
  41. if(Integer.parseInt(strsize[1])>=2) {
  42. size = Integer.parseInt(strsize[1]);
  43.  
  44. for(int i=0;i<num;i++) {
  45. int opernum = r.nextInt(3)+1;
  46. String res = fe.FormExpression(size, opernum);
  47. String result = i+1 + "." + res +"\r\n";
  48. byte[] print = result.getBytes();
  49. fosque.write(print);
  50. Fenshu ansresult = ex.count(res);
  51. String ansres = null;
  52. if(ansresult.getDenominator()==1) {
  53. ansres = i+1 + ". " +ansresult.getNumerator() + "\r\n";
  54. }else {
  55. if(ansresult.getNumerator()>ansresult.getDenominator()) {
  56. int fz = ansresult.getNumerator();
  57. int fm = ansresult.getDenominator();
  58. int mut = fz / fm;
  59. int newfz = fz % fm;
  60. ansres = i+1 + ". " + mut + "'" +newfz+"/"+fm + "\r\n";
  61. }else if(ansresult.getNumerator()==ansresult.getDenominator()) {
  62. ansres = i+1 + ". " + "1" + "\r\n";
  63. }else {
  64. ansres = i+1 + ". " +ansresult.getNumerator()+"/"+ansresult.getDenominator() + "\r\n";
  65. }
  66. }
  67. byte[] ansprint = ansres.getBytes();
  68. fosans.write(ansprint);
  69. System.out.println(res);
  70. }
  71. fosque.flush();
  72. fosans.flush();
  73. fosque.close();
  74. fosans.close();
  75. }else {
  76. System.out.println("-r参数设置错误,请重新输入,-n参数必须大于等于2!");
  77. }
  78. }else {
  79. System.out.println("-r命令输入错误,请重新输入!");
  80. }
  81. }else {
  82. System.out.println("-n参数设置错误,请重新输入,-n参数必须大于等于1!");
  83. }
  84. }else {
  85. System.out.println("-n命令输入错误,请重新输入!");
  86. }
  87. }
  88. }

 CorrectandWrong:命令行输入试卷文件和答案文件,判断对错并统计

  1. import java.io.BufferedReader;
  2. import java.io.File;
  3. import java.io.FileInputStream;
  4. import java.io.IOException;
  5. import java.io.InputStreamReader;
  6. import java.text.NumberFormat;
  7. import java.util.Scanner;
  8.  
  9. public class CorrectandWrong {
  10.  
  11. private Scanner scanner1;
  12. private Scanner scanner2;
  13.  
  14. CorrectandWrong() throws IOException {
  15. System.out.println("请输入试题文件名: ");
  16. scanner1 = new Scanner(System.in);
  17. String Exefile = scanner1.nextLine();
  18. System.out.println("请输入答案文件名: ");
  19. scanner2 = new Scanner(System.in);
  20. String Ansfile = scanner2.nextLine();
  21. File exefile = new File(Exefile);
  22. File ansfile = new File(Ansfile);
  23. if(exefile.exists()&&ansfile.exists()) {
  24. InputStreamReader exread = new InputStreamReader(new FileInputStream(Exefile), "GB2312");
  25. BufferedReader exbr = new BufferedReader(exread);
  26. InputStreamReader anread = new InputStreamReader(new FileInputStream(Ansfile), "GB2312");
  27. BufferedReader anbr = new BufferedReader(anread);
  28. String ex;
  29. String an;
  30. String exback = null;
  31. String anback = null;
  32. String[] exlist = null;
  33. String[] anlist = null;
  34. String[] Exercises = null;
  35. StringBuffer exercises = new StringBuffer();
  36. String[] Answers = null;
  37. StringBuffer answers = new StringBuffer();
  38. int correctnum = 0;
  39. int wrongnum = 0;
  40. StringBuffer correct = new StringBuffer();
  41. StringBuffer wrong = new StringBuffer();
  42. while((ex=exbr.readLine())!=null) {
  43. exlist = ex.split(" ");
  44. if(exlist[exlist.length-1].equals("=")) {
  45. exback = "-";
  46. }else {
  47. exback = exlist[exlist.length-1];
  48. }
  49. exercises.append(exback+",");
  50. }
  51. Exercises = exercises.toString().split(",");
  52. while((an=anbr.readLine())!=null) {
  53. anlist = an.split(" ");
  54. anback = anlist[anlist.length-1];
  55. answers.append(anback+",");
  56. }
  57. Answers = answers.toString().split(",");
  58. for(int i=0;i<Exercises.length;i++) {
  59. if(Exercises[i].equals(Answers[i])) {
  60. correct.append(i+1+" ");
  61. correctnum++;
  62. }else {
  63. wrong.append(i+1+" ");
  64. wrongnum++;
  65. }
  66. }
  67. System.out.println("Correct: "+correctnum+" ( "+correct+")");
  68. System.out.println("Wrong: "+wrongnum+" ( "+wrong+")");
  69. NumberFormat nt = NumberFormat.getPercentInstance();
  70. nt.setMinimumFractionDigits(2);
  71. double correctpercent = (double) correctnum / (double) Exercises.length;
  72. double wrongpercent = (double) wrongnum / (double) Exercises.length;
  73. System.out.println("正确率: "+nt.format(correctpercent));
  74. System.out.println("错误率: "+nt.format(wrongpercent));
  75. exread.close();
  76. anread.close();
  77. exbr.close();
  78. anbr.close();
  79. }else {
  80. System.out.println("找不到指定文件!");
  81. }
  82. }
  83. }

判断对错并统计

 Myapp:主函数只用while持续调用build类和CorrectandWrong类,此处不展示。

 测试

 表达式输出

 以50条表达式,数值小于10为例(可实现10000条表达式):

  1. 1.2/9 × 6 × 8 - 2/9 =
  2. 2.2 - 1 ÷ 1 - 1/5 =
  3. 3.2 × 5 + 0 =
  4. 4.9 - 6 - 1/9 =
  5. 5.1/1 ÷ 2 =
  6. 6.2 - 3/8 - 1/6 × 0/1 =
  7. 7.7 - 1/2 =
  8. 8.9 ÷ 2/3 =
  9. 9.3/7 × 3 - 7 × 0/1 =
  10. 10.1/4 + 3/7 × 7 - 2/7 =
  11. 11.1 - 0/1 =
  12. 12.2 - 1/8 + 5/6 =
  13. 13.1/2 - 2/7 - 0/1 × 1/4 =
  14. 14.0 + 5 + 1/1 =
  15. 15.5 + 0 =
  16. 16.9 - 5 =
  17. 17.1/2 + 1/3 + 2 ÷ 3/5 =
  18. 18.2/3 ÷ 3 =
  19. 19.3 - 3/4 - 5/9 =
  20. 20.5 + 0/1 × 8 =
  21. 21.1/1 ÷ 1/2 + 10 ÷ 7 =
  22. 22.7 × 1/1 + 2/7 - 1 =
  23. 23.5 × 8 - 8 =
  24. 24.1/2 + 7 × 1/9 × 5 =
  25. 25.1/1 ÷ 5 + 1 =
  26. 26.6 - 5 =
  27. 27.8 ÷ 5/9 ÷ 2/3 =
  28. 28.3 - 0/1 =
  29. 29.2 + 1 - 8/9 =
  30. 30.3/7 ÷ 3 × 1 ÷ 1 =
  31. 31.6 × 2/3 =
  32. 32.4 + 2 ÷ 5 =
  33. 33.2/3 × 2 ÷ 3 =
  34. 34.6 - 1/8 + 3/4 ÷ 1/5 =
  35. 35.7 - 4/7 + 0 =
  36. 36.4 ÷ 10 ÷ 2/9 =
  37. 37.1/2 × 3 - 1/1 =
  38. 38.6 ÷ 1/7 =
  39. 39.1 ÷ 3 × 5 + 6 =
  40. 40.0 + 3 × 6/7 =
  41. 41.2/3 + 7 =
  42. 42.3/5 - 9 × 0 + 1/3 =
  43. 43.2/9 ÷ 1/2 + 1/7 ÷ 4 =
  44. 44.2 - 5/7 =
  45. 45.1 + 1/4 ÷ 9 + 1/9 =
  46. 46.5 ÷ 1/2 - 4 =
  47. 47.2 ÷ 4 - 4/9 =
  48. 48.1/1 - 2/9 × 3/8 =
  49. 49.1/6 - 0 - 1/9 =
  50. 50.1/1 + 0/1 =

 答案:

  1. 1. 10'4/9
  2. 2. 4/5
  3. 3. 10
  4. 4. 2'8/9
  5. 5. 1/2
  6. 6. 1'5/8
  7. 7. 6'1/2
  8. 8. 13'1/2
  9. 9. 1'2/7
  10. 10. 2'27/28
  11. 11. 1
  12. 12. 2'17/24
  13. 13. 3/14
  14. 14. 6
  15. 15. 5
  16. 16. 4
  17. 17. 4'1/6
  18. 18. 2/9
  19. 19. 1'25/36
  20. 20. 5
  21. 21. 3'3/7
  22. 22. 6'2/7
  23. 23. 32
  24. 24. 4'7/18
  25. 25. 1'1/5
  26. 26. 1
  27. 27. 9'3/5
  28. 28. 3
  29. 29. 2'1/9
  30. 30. 1/7
  31. 31. 4
  32. 32. 4'2/5
  33. 33. 4/9
  34. 34. 9'5/8
  35. 35. 6'3/7
  36. 36. 4/45
  37. 37. 1/2
  38. 38. 42
  39. 39. 6'1/15
  40. 40. 2'4/7
  41. 41. 7'2/3
  42. 42. 14/15
  43. 43. 121/252
  44. 44. 1'2/7
  45. 45. 1'5/36
  46. 46. 6
  47. 47. 1/18
  48. 48. 11/12
  49. 49. 1/18
  50. 50. 1

 判断对错并统计:以上面50条为例,将其中10条填入正确答案,其他为空,随机分布在50条表达式中:

 PSP

PSP2.1 Personal Software Process Stages 预估耗时(分钟) 实际耗时(分钟)
Planning 计划 120 210
· Estimate · 估计这个任务需要多少时间 120 210
Development 开发 3170 4420
· Analysis · 需求分析 (包括学习新技术) 90 180
· Design Spec · 生成设计文档 120 200
· Design Review · 设计复审 (和同事审核设计文档) 80 120
· Coding Standard · 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) 40 60
· Design · 具体设计 120 200
· Coding · 具体编码 2400 3000
· Code Review · 代码复审 120 300
· Test · 测试(自我测试,修改代码,提交修改) 200 360
Reporting 报告 190 220
· Test Report · 测试报告 100 120
· Size Measurement · 计算工作量 30 20
· Postmortem & Process Improvement Plan · 事后总结, 并提出过程改进计划 60 80
合计   3480 4850

 总结

 在这次的结对编程中,真正体会到了两个人不同思想的碰撞,虽然你一开始想出来的方法可行,但是别人想出来的可能更加的简便易实现。所以多跟他人交流沟通会有很大的收获。在这过程中,我和结对伙伴就生成表达式过程中该如何存储,如果结果为负数在生成过程中该如何实现不生成负数结果的表达式,分数的实现和计算,括号的优先运算,后缀表达式的实现进行了较深入的探讨。陈振华同学也针对我的编码风格和代码简约程度提出了批评意见,我也认识到这一点,需认真学习代码编写的简约清晰化,在后面的代码编写中更加注意这些问题。

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