第一次作业——四则运算

一、需求分析

         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

二、功能设计

• 基本功能

1. 每个数字定义为一个包含分子、分母、符号的结构体
2. 随机生成数字
3. 随机生成四则运算符号
4. 随机生成括号
5. 在重新定义的数字上实现通分、约分、以及加减乘除的基本操作
6. 将生成的式子以及计算出的答案保存到txt文件
7. 对提供的式子和答案进行打分校验，包括查重，并将统计结果保存到txt文件
8. 通过命令行传递参数

三、设计实现

• 整体思路是根据范围随机生成参数，然后随机生成操作符和括号，然后用两个字符串数组分别存储txt中可让小学生看懂的表达式格式，另一个数组存储电脑计算的表达式格式，不太想用常规的中缀转后缀表达式进行计算，所以直接使用eval对表达式进行 计算，不过这部分有点问题，当结果是无限小数时由于变量长度导致不能转变为分数。
• 关于查重功能的实现。在表达式生成的时候直接按照数字的大小排序存入到字符串数组中，操作符也是类似，具体还得看代码，，在进行打分校验的时候，如果表达式的结果相同，就通过存储的表达式对比进行查重，不过这种查重有很小概率会有BUG。

四、代码说明

//    生成题目
    public static String rubric(int m,int []num,int optn){
     char[] ch=new char[]{'+','-','*','/'};
     char[] ch2=new char[]{'+','-','×','÷'};
     char[] opt=new char[optn+1];
     int i=new Random().nextInt(5);
     int fs=new Random().nextInt(10);
     int a=0,b=0;
     String rub;
//     随机生成括号
     if(i==0&&optn!=0){
         a=new Random().nextInt(optn+1);
         while(a>=b){
         b=new Random().nextInt(optn+1)+1;
         }
         if(a==0&&b!=optn+1){
             rub="("+Integer.toString( num[0]);
         }
         else{
         rub=Integer.toString( num[0]);
         b=0;
         }
     }
     else{
     rub=Integer.toString( num[0]);
     }
     rubs[m]=rub;
//     合成四则运算表达式
     int[] temp=new int[optn+1];
        for(int j=0;j<=optn;j++){
            int t=new Random().nextInt(4);
            temp[j]=t;
           opt[j]=ch[t];
           if(b!=0){
               rub=rub+opt[j];
               rubs[m]=rubs[m]+ch2[t];
               if(a!=0&&j==a-1){
                   rub=rub+"(";
                   rubs[m]=rubs[m]+"(";
               }
               rub=rub+num[j+1];
               rubs[m]=rubs[m]+num[j+1];
               if(b-1==j){
                   rub=rub+")";
                   rubs[m]=rubs[m]+")";
               }
           }
           else{
           rub=rub+opt[j]+num[j+1];
           rubs[m]=rubs[m]+ch2[t]+num[j+1];
           }
        }      
     num=sort(num);
     for(int j=0;j<num.length;j++){
         houzhui[m]=houzhui[m]+String.valueOf(num[j]);
     }
     temp=sort(temp);
     for(int j=0;j<temp.length;j++){
         houzhui[m]=houzhui[m]+ch[temp[j]];
     }
        rubs[m]=rubs[m]+" =";
        return rub;
    }

五、测试运行

六、PSP展示(单位：天）

PSP2.1	Personal Software Process Stages	Time Senior Student	Time
Planning	计划	1.5	1
· Estimate	估计这个任务需要多少时间	1.5	1
Development	开发	1.2	0.8
· Analysis	需求分析 (包括学习新技术)	10分钟	10分钟
· Design Spec	生成设计文档	5分钟	0分钟
· Design Review	设计复审	5分钟	0分钟
· Coding Standard	代码规范	5分钟	2分钟
· Design	具体设计	20分钟	20分钟
· Coding	具体编码	1天	0.8天
· Code Review	代码复审	10分钟	5分钟
· Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	20分钟	10分钟
Reporting	报告	20分钟	20分钟
·	测试报告	5分钟	0
·	计算工作量	5分钟	0
·	并提出过程改进计划	50分钟	0

七、小结

      此外这次作业的内容看起来并不是很难，但是真正做起来的时候还是很花时间的，尤其是在一些细节的地方，因为不太想用老师上课分享的方法做，所以作业完成度不高。

      最后附上代码地址：https://gitee.com/royal_cfp/arithmetic