结队编程项目——四则运算
一、项目需求
- 自动生成小学四则运算题目(加、减、乘、除)统计正确率
- 支持整数
- 支持多运算符（比如生成包含100个运算符的题目）
- 支持真分数
需求分析：
生成四则运算：需要使用随机数生成，需要创造一个能实现计算功能的类。
支持多运算符：运算符也需要利用随机生成，并且不限个数。
支持真分数：需要用到生成分子、分母的函数，将分数化简等。
统计正确率：需要设置一个计算变量，并需要用一个判断正确的函数。
二、设计思路
首先根据需求分析，进行大体的设计：
生成题目→输入答案→判断正误→下一道题→生成题目→ ......→显示正确率
我和搭档决定一共用四个类，来完成本次项目：1.Main.java 2.栈.java 3.基本运算计算.java 4.栈内运算.java
UML类图：
三、关键代码
压栈\出栈：
第一周我们打算先完成栈和计算的部分，根据老师发的参考网站，我们又自行百度了很多关于栈的学习资料...但由于我们的水平有限，经过一下午的时间，还是未能完全搞懂如何利用栈来进行后缀计算，所以我们向学长请教，在学长的指导下，完成了部分代码。我们的栈主要分为两个部分，一是DataStack，专门用来存储数字，二是CharStack用来存储运算符。
public class CharStack {
int n;
char [] a;
int top = -1;
public CharStack(int m) { //定义栈的大小
this.n=m;
}
void getStack() { // 定义栈的大小
a = new char[n];
}
void push(char data) { //压栈
a[++top]=data;
}
char pop() {//出栈
return a[top--];
}
}
public class DataStack { //代码原理同上一个CharStack
int n;
Rational [] a;
int top = -1;
public DataStack(int m) {
this.n=m;
}
void getStack() {
a = new Rational[n];
for(int i=0;i<n;i++) {
a[i] = new Rational();
}
}
void push(Rational data) {
top++;
a[top].numerator=data.numerator;
a[top].denominator=data.denominator;
}
Rational pop() {
return a[top--];
}
}
题目运算：
而计算部分我们则采取了全分数计算的方式，整数也作为分母为1的分数。并且还能做到对分数进行约分，我们想的是利用找分子分母最大公约数，然后同除以其约数，完成约分。在将运算共分为四种情况：加减乘除。先利用分子分母有理化，将分母化为一样的，然后再进行基本运算，得到新的分数，再进行约分，得到答案。
void setNumerator(double a) { //设置分子
double c=f(Math.abs(a),denominator); //计算最大公约数
numerator = a/c;//约分
denominator = denominator/c;
if(numerator<0&&denominator<0) { //分子分母负数情况
numerator = -numerator;
denominator = -denominator;
}
}
void setDenominator(double b) { //设置分母
double c=f(numerator,Math.abs(b)); //计算最大公约数
numerator = numerator/c;
denominator = b/c;
if(numerator<0&&denominator<0) {
numerator = -numerator;
denominator = -denominator;
}
}
double getNumerator() {//返回分子
return numerator;
}
double getDenominator() {
return denominator;
}
double f(double a,double b) { //求a和b的最大公约数
if(a==0) return 1;
if(a<b) {
double c=a;
a=b;
b=c;
}
double r=a%b;
while(r!=0) { //辗转相除
a=b;
b=r;
r=a%b;
}
return b;
}
栈内运算：
这一部分我们主要思路是：将生成的运算表达式的字符串转换为double型然后进行调用题目运算的部分进行栈内运算，并且将具体的数字压栈出栈运算都放在了这里进行。这一部分主要参考与博客《调度场的运算》：http：//hczhcz.github.io/2014/02/27/shunting-yard-algorithm.htm。虽然说完成这个功能的代码比较繁琐，但是最终还是能够达到预期效果。
Rational manage() {
int i=0;
Rational r = new Rational();
double d;
while(true) {
if(i>=a.length())
break;
char c = a.charAt(i); //看第i处的内容
if(c>='0' && c<='9') {//从字符串中检测数字
String temp = String.valueOf(c);
String s = new String();
s = s+temp;
i++;
if(i>=a.length()) {
d = Double.parseDouble(s); //将字符串转换为double型
r.setNumerator(d);
datastack.push(r);
break;
}
c = a.charAt(i);
while(c>='0' && c<='9') {
temp = String.valueOf(c);
s = s+temp;
i++;
if(i>=a.length())
break;
c = a.charAt(i);
}
d = Double.parseDouble(s);
r.setNumerator(d);
datastack.push(r);
continue;
}
else if(c=='*' || c=='/') {//从字符串中检测运算符
while(true) {
if(charstack.top==-1) {//如果符号栈顶无元素，入栈。
charstack.push(c);
break;
}
if(charstack.a[charstack.top]=='+' || charstack.a[charstack.top]=='-') {//如果符号栈顶是+或-，入栈。
charstack.push(c);
break;
}
else if((charstack.a[charstack.top]=='*' || charstack.a[charstack.top]=='/') && (datastack.top>=1)) {//如果符号栈顶是*或/，并且栈内元素大于等于1，计算。
calculate(charstack.a[charstack.top]);
continue;
}
else {
charstack.push(c);
break;
}
}
}
else if(c=='+' || c=='-') {
while(true) {
if(charstack.top==-1) {//如果符号栈顶无元素，入栈。
charstack.push(c);
break;
}
else if((charstack.a[charstack.top]=='+' || charstack.a[charstack.top]=='-' || charstack.a[charstack.top]=='*' || charstack.a[charstack.top]=='/') && (datastack.top>=1)) {
calculate(charstack.a[charstack.top]);//计算。
continue;
}
else {
charstack.push(c);
break;
}
}
}
else if(c=='(') {//如果符号是(,入栈。
charstack.push(c);
}
else if(c==')') {//如果符号是),栈内符号依次计算。
while(true) {
if(charstack.a[charstack.top]=='(') {
charstack.pop();
break;
}
else {
calculate(charstack.a[charstack.top]);
}
}
}
i++;
}
while(true) {
if(datastack.top>=1)
calculate(charstack.a[charstack.top]);
else
break;
}
return datastack.pop();
}
程序效果图：
四、遇到的困难及解决办法
问题1：不会栈的使用
问题1解决办法：参考网上的博客：《栈详解及Java实现》 https://www.cnblogs.com/fzz9/p/8167546.html，然后对于一些细节不懂的地方再请教学长
问题2：没有分数运算的思路，无从下手
问题2解决办法：参考网上的博客：《Java-分数运算》https://blog.csdn.net/slyslyme/article/details/80032526。
五、对小伙伴鑫浩的评价：
搭档是一个非常有责任心的伙伴，也是一个很热情的人，在我们开发项目之前，他就已经进行了一些关于项目所需函数的了解，并且在设计时他也非常积极，在共同工作时总能给与我很大的帮助。
六、P2P图
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 20 | 20 |
| · Estimate | · 估计这个任务需要多少时间 | 30 | 30 |
| Development | 开发 | 300 | 200 |
| · Analysis | · 需求分析 (包括学习新技术) | 300 | 350 |
| · 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) | 30 | 30 |
| · 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 | 180 | 90 |
| · Coding | · 具体编码 | 400 | 120 |
| · Code Review | · 代码复审 | 180 | 40 |
| · Test | · 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 30 | 40 |
| Reporting | 报告 | 90 | 60 |
| · Test Report | · 测试报告 | 90 | 60 |
| · Size Measurement | · 计算工作量 | 90 | 20 |
| · Postmortem & Process Improvement Plan | · 事后总结, 并提出过程改进计划 | 90 | 40 |
| 合计 | 1890 | 900 |