2016011995 小学四则运算练习软件项目报告

【coding.net地址】：https://git.coding.net/aspirinone/work2-2016011995.git

【测试】在git上clone项目以后，在命令行编译为class文件，再运行java Main 10

【计划】项目完成步骤

【开发过程】

一、需求分析

（1） 程序可接收一个输入参数n，然后随机产生n道加减乘除练习题，每个数字在 0 和 100 之间，运算符在3个到5个之间。

（2） 每个练习题至少要包含2种运算符，而且练习题在运算过程中不得出现负数与非整数，比如不能出 3÷5+2=2.6，2-5+10=7等算式。

二、功能设计

　　基本要求：根据需求随机出题并得出答案。

三、设计实现

（1）Main.java类启动程序，接收参数n，引用ChuangJian.java

（2） ChuangJian.java类创建一个result.txt文件（如果已有一个txt文件，要事先删除），输出学号和题目，引用ChuTi.java类

 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
    Scanner input = new Scanner(System.in);
    System.out.print("请输入题目数量：");
    int n = 0;
    try{
        n = input.nextInt();
    }catch (Exception e){
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        System.out.print("输入有误，请输入数字：");
        n = in.nextInt();
    }
        ChuangJian.File(n);
    }
}

public class ChuangJian {
    public static void File(int n){
        try{
            File file = new File("result.txt");
            if (file.exists()) {
                file.delete();
            }
            if(file.createNewFile()){
                FileOutputStream txtfile = new FileOutputStream(file);
                PrintStream p = new PrintStream(txtfile);
                p.println("2016011995");
                for(int i=0;i<n;i++){
                    p.println(ChuTi.crePro());
                }
                txtfile.close();
                p.close();
                System.out.println("文件创建成功！");
            }
        }
        catch(IOException ioe) {
            ioe.printStackTrace();
        }
    }
}

（3）ChuTi.java类中随机产生3-5个操作符，并随机产生相应的数字，随机产生的操作符是通过下标数组确定的：（部分代码）

   

 public static String crePro(){
        Random random = new Random();
        String[] operator = {"+","-","×","÷"};

        int operatorCount = 3+random.nextInt(3); //操作符的个数3-5
        int[] num = new int[operatorCount+1]; 
        int[] index = index(operatorCount); //操作符的下标
        String s = new String();
}

private static int[] index(int n){ //产生操作符的下标数组
        Random random = new Random();
        int similar=0;
        int[] a = new int[n];
        for(int j=0;j<n;j++){
            a[j] = random.nextInt(4);
        }
        for(int j=1;j<n;j++){
            if(a[0]==a[j]) similar++;
        }
        if(similar==n-1) return index(n); 
        else {
            return a;
        }
    }

（4）Jisuan.java类用于判断运算过程中是否出现负数和小数，使用了调度场算法和逆波兰表达式，详见算法详解部分。

四、算法详解

在Jisuan.java类中运用了以下思想：

参考了博客《调度场算法与逆波兰表达式》：https://blog.csdn.net/acdreamers/article/details/46431285

调度场算法规则如下：从左到右遍历中缀表达式的每个数字和符号，若是数字就输出，即成为后缀表达式的一部分；若是符号，则判断其与栈顶符号的优先级，若是右括号或优先级低于栈顶符号，则弹出栈 顶元素并输出，将当前元素压入栈，一直到输出后缀表达式为止。

逆波兰表达式求值步骤：

 *初始化一个空堆栈

 *如果字符是一个操作数，把他压入堆栈

 *如果字符是个操作符，弹出两个操作数，执行恰当操作，然后把结果压入堆栈，如果不能够弹出两个操作数，那么后缀表达式的语法错误

 *到后缀表达式末尾，从堆栈中弹出结果，若后缀表达式格式正确，那么堆栈应该为空

    

（1）使用HashMap键值对规定字符优先级：

public static int calculate(String s) {
        Stack<Integer> stack1 = new Stack<>(); //放数字
        Stack<String> stack2 = new Stack<>(); //放操作符
        HashMap<String, Integer> hashmap = new HashMap<>(); //存放运算符优先级
        hashmap.put("(", 0);
        hashmap.put("+", 1);
        hashmap.put("-", 1);
        hashmap.put("×", 2);
        hashmap.put("÷", 2);

（2）对字符串中的操作符一个个处理，遇到数字则压入栈，calculate()函数用于将运算过程中出现负数和小数的情况都返回为负数，后续排除。

switch (c) {
                    case '=': { //遇到等号
                        String stmp;
                        while (!stack2.isEmpty()) { //当前符号栈里面还有+ - * /,即还没有算完
                            stmp = stack2.pop();
                            int a = stack1.pop();
                            int b = stack1.pop();
                            int sresulat = calculate(b, a, stmp);
                            if(sresulat<0)
                                return  -1;
                            stack1.push(sresulat);
                        }
                        break;
                    }

                    default: {  //遇到加减乘除等操作符
                        String stmp;
                        while (!stack2.isEmpty()) { //如果符号栈有符号
                            stmp = stack2.pop(); //当前符号栈，栈顶元素
                            if (hashmap.get(stmp) >= hashmap.get(String.valueOf(c))) { //比较优先级
                                int a = stack1.pop();
                                int b = stack1.pop();
                                int sresulat =calculate (b, a, stmp);
                                if(sresulat<0)
                                    return  -1;
                                stack1.push(sresulat);
                            }
                            else {
                                stack2.push(stmp);
                                break;
                            }
                        }
                        stack2.push(String.valueOf(c));  //将符号压入符号栈
                        break;
                    }
                }

【测试】

 

【时间分配】

【PSP】

PSP	任务内容	计划时间（min）	完成时间（min）
Planning	计划	20	20
Estimate	估计这个任务需要多少时间，并规划大致工作步骤	30	20
Development	开发	600	2000
Analysis	需求分析	20	25
Design Spec	生成文档	5	10
Design Review	设计复审	20	20
Coding Standard	代码规范	20	20
Design	具体设计	60	180
Coding	具体编码	300	900
Code Review	代码复审	30	600
Test	测试	5	80
Reporting	报告	160	400
Test Report	测试报告	120	360
Size Measurement	计算工作量	10	10
Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结, 并提出过程改进计划	30	30