小学生四则运算出题软件-基于java控制台的实现

、题目描述：

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

二、需求分析

一个基于java控制台的四则运算，要求能够实现生成并计算含有真,假分数,整数的不超过三个运算符带有括号的四则运算表达式，并且能根据用户所提交的答案生成答题报告，答题报告中主要包括，本次答题的正确，错误，和重复表达式出现的情况。生成的表达式和答案要存入文件中。
　　从整个需求来看，大致可以分为三个模块，生成表达式，表达式计算（包括将表达式和答案写入文件），答题报告的生成（包括表达式的查重和根据输入完成的校验）。

生成表达式模块：通过随机数可以生成运算数，但需要通过字符串和数字的结合生成运算符号；
　　表达式计算：可采用将随机生成的表达式转换为后缀，在对后缀表达式进行计算完成。
　　答题报告的生成：关键在于查重的实现，通过二叉树可以实现

三、功能设计

通过控制台进行选择要执行的操作，生成四则运算表达式，并进行查重，然后进行批改，最后生成批改报告

四、设计实现

1.测试类（test.java）

2.分数类（fen.java）//对分数的定义，用于实现分数的运算。

主函数：

        public static void main(String[] args) {
            String corr = "";
            String wro = "";
            // String s = "";
            String[] repeat = null;
            int re = 0;
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while (true) {
                System.out.println("********四则运算程序********");
                System.out.println("请选择操作");
                System.out.println("1.生成题目");
                System.out.println("2.进行批改(需要进入txt中答题）");
                System.out.println("3.退出");
                int choice = scanner.nextInt();
                if (choice == 1) {//生成题目
                    System.out.print("请输入生成题目的个数为：");
                    String s1=getScannerStr();
                    while (!isInt(s1)) {//判断是否为整型
                        System.out.println("输入错误，不是整数类型，请重新输入！");
                        s1 = getScannerStr();
                    }
                    String[] strr = new String[Integer.parseInt(s1) + 1];
                    String[] strr2 = new String[Integer.parseInt(s1) + 1];
                    repeat = new String[Integer.parseInt(s1) + 1];
                    re = 0;
                    System.out.print("请输入生成题目中数值的范围：");
                    String s2=getScannerStr();
                    while (!isInt(s2)) {//判断是否为整型
                        System.out.println("输入错误，不是整数类型，请重新输入！");
                        s2 = getScannerStr();
                    }
                    char[] ch = { '+', '-', '*', '÷' };
                    // 清除之前的文件内容
                    try {
                        FileWriter fw = new FileWriter(
                                "G:/test/Exercises.txt");
                        fw.write("");
                        fw.close();
                    } catch (IOException e) {//异常处理
                        System.out.println("文件写入失败！" + e);
                    }
                    try {
                        FileWriter fw = new FileWriter(
                                "G:/test/Answers.txt");
                        fw.write("");
                        fw.close();
                    } catch (IOException e) {//异常处理
                        System.out.println("文件写入失败！" + e);
                    }
                    // 生成表达式
                    for (int i = 1; i <= Integer.parseInt(s1); i++) {
                        str = "";
                        int x = (int) (Math.random() * 2);//随机数
                        int y = (int) (Math.random() * 3);//随机数
                        int t1 = 0;
                        int t2 = 0;
                        String num = "";
                        String opera = "";
                        String ex = "";
                        for (int j = 0; j <= x; j++) {
                            int a = (int) (Math.random() * 2);//表达式符号
                            if (a == 0) {
                                num = (1 + (int) (Math.random() * (Integer.parseInt(s2) - 1))) + "";
                            } else if (a == 1) {
                                int b = (int) (Math.random() * (Integer.parseInt(s2)));
                                int q = 2 + (int) (Math.random() * (Integer.parseInt(s2) - 1));
                                if (b == 0) {
                                    num = (1 + (int) (Math.random() * (q - 1)))
                                            + "/" + q;
                                } else {
                                    num = b + "'"
                                            + (1 + (int) (Math.random() * (q - 1)))
                                            + "/" + q;
                                }
                            }

                            opera = ch[(int) (Math.random() * 4)] + "";
                            if (t1 != 0) {
                                if ((int) (Math.random() * 2) == 1) {
                                    ex = ex + num + ")" + opera;
                                    t1--;
                                }

                            }
                            if (y == 0) {
                                ex = ex + num + opera;
                            } else if (y == 1) {
                                ex = ex + "(" + num + opera;
                                t1++;
                            } else if (y == 2) {
                                ex = "(" + ex + num + opera;
                                t1++;
                            }

                        }
                        ex = ex + (1 + (int) (Math.random() * (Integer.parseInt(s2) - 1)));
                        while (true) {
                            if (t1 == 0)
                                break;
                            ex = ex + ")";
                            t1--;
                        }
                        for (int u = 0; u <= x; u++) {
                            if (ex.substring(0, 1).equals("(")) {
                                t2++;
                                for (int k = 1; k < ex.length(); k++) {
                                    if (ex.substring(k, k + 1).equals("("))
                                        t2++;
                                    if (ex.substring(k, k + 1).equals(")")) {
                                        t2--;
                                        if (k != ex.length() - 1) {
                                            if (t2 == 0)
                                                break;
                                        } else {
                                            ex = ex.substring(1, ex.length());
                                            ex = ex.substring(0, ex.length() - 1);
                                        }
                                    }
                                }

                            }
                        }
                        String ex1 = generate(ex);
                        suffixExpression2Tree(ex1);
                        strr[i] = str;
                        strr2[i] = ex;
                        int xy = 1;
                        for (int h = 1; h < i; h++) {
                            if (strr[h].equals(str)) {
                                xy = 0;
                                repeat[re] = h + "," + strr2[h] + "  Repeat  " + i
                                        + "," + ex;
                                re++;
                                break;
                            }
                        }
                        if (xy == 0) {
                            i--;
                            continue;
                        } else {
                            // System.out.print(i + ". ");
                            // System.out.print(ex + "=");
                            // String an = new String();
                            // an=scanner.next();
                            String result = PRNCal(ex1);
                            // System.out.print("......." + ex1 + "=");
                            String[] ary = result.split("/");
                            int a = Integer.parseInt(ary[0].trim());
                            int b = Integer.parseInt(ary[1].trim());
                            if ((Math.abs(a) < Math.abs(b)) && (a != 0) && (b != 0)) {
                                result = a + "/" + b;
                            } else if (a == b) {
                                result = 1 + "";
                            } else if (a == -b) {
                                result = -1 + "";
                            } else {
                                int yu;
                                int da;
                                if (a == 0 || b == 0) {
                                    yu = 0;
                                    da = 0;
                                } else {
                                    yu = a % b;
                                    da = a / b;
                                }
                                if (yu == 0)
                                    result = da + "";
                                else
                                    result = da + "'" + Math.abs(yu) + "/"
                                            + Math.abs(b);

                            }

                            // 存入文件
                            try {
                                FileWriter fw = new FileWriter(
                                        "G:/test/Exercises.txt", true);
                                fw.write(i + ".");
                                fw.write(ex);
                                fw.write("=" + " " + "\r\n");
                                fw.close();
                            } catch (IOException e) {
                                System.out.println("文件写入失败！" + e);
                            }
                            try {
                                FileWriter fw = new FileWriter(
                                        "G:/test/Answers.txt", true);
                                fw.write(i + ":");
                                fw.write(result);
                                fw.write("\r\n");
                                fw.close();
                            } catch (IOException e) {
                                System.out.println("文件写入失败！" + e);
                            }
                        }

                    }

                } else if (choice == 2) {
                    try {
                        System.out.print("批改结果如下：");
                        InputStreamReader reader = new InputStreamReader(
                                new FileInputStream(
                                        "G:/test/Answers.txt"), "gbk");
                        BufferedReader br = new BufferedReader(reader);
                        String s = null;
                        InputStreamReader reader1 = new InputStreamReader(
                                new FileInputStream(
                                        "G:/test/Exercises.txt"),
                                "gbk");
                        BufferedReader br1 = new BufferedReader(reader1);
                        String s1 = null;
                        int i = 0;
                        corr = "";//正确题号
                        wro = "";//错误题号
                        int wrong = 0;//定义错误个数
                        int correct = 0;//定义正确个数
                        while (((s = br.readLine()) != null)
                                && (s1 = br1.readLine()) != null) {
                            i++;
                            String[] st = s.split(":");
                            String[] st1 = s1.split("=");
                            // System.out.println(st[1] + "......" + st1[1]);

                            if (st[1].trim().equals(st1[1].trim())) {
                                correct++;
                                corr = corr + i + ",";
                            } else {
                                wrong++;
                                wro = wro + i + ",";
                            }

                        }
                        System.out.print("Correct:" + correct);//输出正确格式
                        if (corr.length() <= 1)
                            System.out.println("(" + ")");
                        else
                            System.out.println("("
                                    + corr.substring(0, corr.length() - 1) + ")");

                        System.out.print("Wrong:" + wrong);//输出错误格式
                        if (wro.length() <= 1)
                            System.out.println("(" + ")");
                        else
                            System.out.println("("
                                    + wro.substring(0, wro.length() - 1) + ")");
                        System.out.println("Repeat:" + (re));
                        System.out.println("RepeatDetail:");
                        for (int u = 0; u < re; u++) {
                            System.out.print("(" + (u + 1) + ")");
                            System.out.print(" ");
                            System.out.println(repeat[u]);
                        }

                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                } else if (choice == 3) {
                    System.out.println("退出成功！");
                    break;
                } else {
                    System.out.println("输入的命令错误，请重新输入！");
                }

            }

    }

五、测试运行

1.运行程序

生成题目并输入相应的参数

3.题目文档

4.正确答案文档

5.答题文档

6.进行批改，批改结果

六、源代码

代码地址：https://gitee.com/buildup/operations.git

七、小结

此程序并未做好封装，所以函数以及排版显得杂乱无章，下次应当注意改进。