小学生噩梦——四则运算题库(python 全功能实现)

Github: https://github.com/holidaysss

小组：龙天尧（代码实现），林毓植（浮点转分数函数，代码审查）

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	30
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	30	30
Development	开发	540	540
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	60	60
· Design Spec	· 生成设计文档	30	30
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	60	60
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	30	30
· Design	· 具体设计	120	120
· Coding	· 具体编码	240	240
· Code Review	· 代码复审	60	60
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	60	60
Reporting	报告	90	90
· Test Report	· 测试报告	30	30
· Size Measurement	· 计算工作量	30	30
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	30	30
合计		780	780

设计实现过程：思路：四则运算题库的功能应该包括 出题，计算答案， 对比答案 这三个主要功能。

代码说明：

题目生成函数：problem()  ，调用natural(),fraction()

def problem(area=10):  # 随机生成一道题目(自然数四则运算或分数运算)，运算符不超过3个
    try:
        if random.choice([1, 2]) == 1:  # 随机生成 自然数或分数 的四则运算
            expression, print_expression = natural(area)  # 生成一个自然数运算
            results = demical_to_fraction(eval(expression))  # 运算结果通过demical_to_fraction()转成分数
        else:  # 分数四则运算 和上面流程大致相同
            expression, print_expression = fraction(area)  # 生成一个分数运算
            results = demical_to_fraction(eval(expression))
        if not results:  # 无法转分数
            problem(area)
            return 0
        # print_expression_nums = list(filter(str.isdigit, print_expression))  # ['2','+',1']
        print_expression_nums = print_expression.replace('(', '').replace(')', '').split()  # 将输出表达式拆解
        print_expression_nums.sort()  # ['+', 1', '2']
        if results < 0 or ((str(results)in answers) and (print_expression_nums in str_num)):  # 去负答案，去重复
            problem(area)
        else:
            results = turn_fracrtion(results)  # 转化
            prints.append(print_expression)
            answers.append(results)  # 答案列表
            str_num.append(print_expression_nums)
    except Exception:  # 过滤分母为0的题目
        problem(area)

自然数运算生成 natural():

def natural(area):  # 生成一个自然数运算
    operator_num = random.randint(1, 3)  # 随机运算符
    expression = print_expression = num = str(random.randint(1, area))  # 第一个数
    bracket = (random.choice(['(', '']) if not operator_num == 1 else '')  # 非单运算符 可加括号
    for i in range(operator_num):  # 随机个运算符
        op = str(random.choice(operators))  # 随机选择运算符 (+ - * /)
        if op == '-':  # 若为'-',生成数字小于前一个数字
            num = str(random.randint(1, int(num)))
        else:
            num = str(random.randint(1, area))  # 随机数值，不超过area
        if bracket == ')':  # 右括号在数字右边
            print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + num + bracket  # 用于输出的表达式  例：1×2
            expression += op + num + bracket  # 用于eval()计算的表达式 例：1*2
        else:  # 左括号在数字左边
            print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + bracket + num
            expression += op + bracket + num
        bracket = (')' if bracket == '(' else '')  # 左括号配右括号， 空配空
    return expression, print_expression

分数运算生成 fraction(), gen_fraction():

def gen_fraciton(area):  # 生成一个规范分数
    while True:
        a = random.randint(1, area)
        b = random.randint(1, area)
        if '/' in str(Fraction(a, b)):
            return Fraction(a, b)
 
def fraction(area):  # 生成一个分数运算
    operator_num = random.randint(1, 3)  # 随机运算符
    num = gen_fraciton(area)
    expression = print_expression = str(num)  # 第一个分数
    bracket = (random.choice(['(', '']) if operator_num != 1 else '')  # 超过一个运算符才需要加括号
    for i in range(operator_num):
        op = str(random.choice(operators))
        if op == '-':  # 若为'-',生成分数小于等于前一个分数
            while True:
                next_num = gen_fraciton(area)
                if next_num <= num:
                    break
            num = next_num
        else:
            num = gen_fraciton(area)
        if bracket == ')':
            if float(num) > 1:  # 假分数转带分数 例：8/3 -> 2'2/3
                print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + turn_fracrtion(num) + bracket
            else:
                print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + str(num) + bracket
            expression += op + str(num) + bracket
        else:
            if float(num) >= 1:
                print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + bracket + turn_fracrtion(num)
            else:
                print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + bracket + str(num)
            expression += op + bracket + str(num)
        bracket = (')' if bracket == '(' else '')  # 左括号配右括号
    return expression, print_expression

假分数转化函数 turn_fraction():

def turn_fracrtion(results):  # 假分数转带分数
    if isinstance(eval(str(results)), int) or (eval(str(results)) < 1):  # 整数和真分数
        return str(results)
    else:
        return str(int(results)) + "'" + str(results - int(results))  # 假分数

符号转化函数 change():

def change(a):   # *,/ 转成 ×，÷
    if a == '*':
        a = '×'
    elif a == '/':
        a = '÷'
    return a

eval函数处理的结果出来是浮点数，不符合要求，苦想不解，让毓植写了个浮点转化分数的函数:

def find_cycle(demical):  # 找小数的循环体(参数为小数部分)
    for i in range(1, 17):
        cycle_part = demical[:i]  # 截取小数部分的前i位，假设为循环体
        if len(cycle_part) < 4:  # 如果循环体较短
            if (cycle_part*3) == demical[:3*i]:  # 需要满足4次重复
                return cycle_part  # 满足才认定为循环体
        else:  # 如果循环体较长
            if (cycle_part*2) == demical[:2*i]:  # 满足2次重复
                return cycle_part
    return 0  # 找不到循环体，返回0
 
def demical_to_fraction(n, zero_num=0):  # 小数转化分数
    n = str(n)  # 规范输入为字符串形式
    if len(n) < 16:  # 如果是有限小数，直接返回
        return Fraction(n)
    real_num, dot_area = n.split('.')  # 获取整数 和 小数
    float_num = float(n)  # 转化一个浮点数用于计算
    for i in range(len(n)):
        cycle_start = dot_area[i:]  # 从第i位开始，开始截取字符串
        result = find_cycle(cycle_start)  # 从截取的字符串中找到循环体
        length = len(str(result))  # 判断循环体的长度
        if result:   # 如果存在循环体
            if i != 0:  # 如果循环体的开始不是小数点后第一位 eg 0.13888888
                new_number = float_num*(10**i)  # 移位数使循环体是小数点后的开始 eg 13.8888
                demical_to_fraction(new_number, i)  # 将新生成的数递归使用
                break
            else:  # 如果循环体直接在小数点后的第一位
                fraction = Fraction(int(result), int(''*length))  # 小数部分转化为分数 /数学知识需要了解
                final_num = int(real_num) + fraction  # 小数点前的部分需要从重新加上
                return final_num/(10**zero_num)  # 回退移的位数

以上是主要函数

具体源码后面会上传到github

运行结果：

生成一万道题：

小学生就可以在记事本上做题啦

一年后。。

感觉良好

开始对答案

还行

为了方便家长了解学生的成绩，  在  答案对比 处增加了水型球比例图。（具体代码Github已更新，这里就不修改了）

好了。。。

 问题记录：1.出现了溢出错误，发现是条件判断的问题，已修改。  2.优化逻辑，分解problem()函数。 3.修改去重逻辑，优化程序运行速度. 4.拓展对比答案功能，增加水型球比例图。 5.需求看错了，过程不能出现负数看出结果不出现负数， 已修改。

　　　　　　6. 忘记吧结果的假分数转化了。。已补上。 7.日常优化。。。。。。。。 8.优化答案对比  （ 最后一次改了，再改我

项目小结：这个项目挺有意思的，主要运用到”随机性“，小逻辑特别多，主要思路还是有迹可循的，继续努力，加油。