结对编程-四则运算（挑战出题）

结对编程-四则运算（挑战出题）

过去两周，大家都对四则运算有了一定概念，完成了出题、判题。
接下来我们在现有的工作基础上继续做一些挑战：只出题，不判题

描述

小明（又是小明:D）目前在一家企业从事软件开发。过年回到老家，顺便看望自己的小学恩师林老师，时光飞逝，当年走路带风的林老师已经是头发花白，就快要退休了，目前还在教数学课。小明同林老师聊天交流这些年的见闻，林老师的日常则没有大风大浪，孜孜不倦地教导学生一年又一年，但是有个烦恼：几乎每一年都会遇上几个计算能力特别好的学生，他们喜欢计算题目，而且记忆力好，还能经常发现自己做过某些题目。因此林老师在出题上可谓是伤透了脑筋，重复的工作费时费力，让小明帮想想有没有什么更好的方法。小明眼睛一亮，一拍大腿，嘿~这不正是我擅长的么！

小明说道：“我帮您写个软件，在电脑上运行就可以随机生成题目，省去您的烦恼。”

林老师皱皱眉头：“前几年上面组织过培训如何使用电脑，这主意听起来好像也不错，不过……我这里没电脑可以用啊！”

小明抬头想了几秒：“对，手机！我给您做个手机app也可以。”

林老师从口袋里掏出手机：“你看我这诺基亚3310可以吗？”

小明挠头：“这不好办呀……有了，我回家写个程序，直接在自己电脑上帮您生成1万道题目，保证不重复，应该可以用到我下次回家，那时候再帮您重新生成。”

林老师：“这主意不错。那小明同学，拜托了，你可算帮了我大忙！”

小明说干就干，开始分析需求，跟林老师沟通后，得出以下几点：

• 每次生成的题目不能有重复

  • 题目去重-引用自：http://www.cnblogs.com/jiel/p/4810756.html

    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

• 要能指定生成题目的数量

• 要能指定题目包含的运算符数量

输入

通过命令行参数形式指定题目要求

输出

输出题目到文件，一行一个题目

输入示例

$ java ExpressionGenerator 10000 5 expressions.txt

• ExpressionGenerator 为最终执行的类（包含main函数）
• 第一个参数 10000 代表需要生成的题目数量
• 第二个参数 5 代表每个题目需包含的运算符数量（除括号以外的运算符数量）
• 第三个参数 expressions.txt 代表存放生成题目的文件名

输出示例

查看 expressions.txt，部分内容如下：

...
7 - 8 * 9 / 1 + 2 - 3
4 * 5 / 6 + 7 - 8 * 9
1 / 2 + 3 - 4 * 5 / 6
7 / 8 + 9 - 1 * 2 / 3
...

特别说明

• 可执行的入口类必须为 ExpressionGenerator，方便后续验证
• 参数顺序必须遵守以上 输入示例 说明，方便后续验证
• 输出格式必须遵守以上 输出示例 说明，方便后续验证
• 为了减小随机空间，体现出去重功能：
  • 操作数为个位整数，即选择范围只能是：1,2,3,4,5,6,7,8,9这9个数字
  • 操作符选择范围只能是：+,-,*,/, 还有括号

要求

• 此次作业请在http://git.oschina.net/上新建一个仓库提交代码，并且在博客中给出仓库连接（代码托管）
• 请将所有需要的参与编译的.java文件都放在该仓库的根目录，如:

ProjectDir
├── ExpressionGenerator.java
├── ...
└── Other.java

• 结对编程的两位同学须各自发表博客

• 博客需描述各环节的输出，如：

  • 需求分析（描述自己对需求的理解，以及后续扩展的可能性）
  • 设计思路（同时输出UML类图）
  • 实现过程中的关键代码解释
  • 测试方法
  • 运行过程截图
  • 代码托管地址
  • 遇到的困难及解决方法

• 对结对的小伙伴做出评价（重点指出需要改进的地方）

• 博客内容中如需展示两人的共同成果，请进行说明

• 如有参考或引用的设计、实现，请进行说明

• PSP

  • 实现之前先在PSP中预估时间

  • 实施后各个环节实际花费多少时间也请做记录

  • 表中有一项： Estimate 指的“预估”这个活动，“预估时间”也是一项任务。

    • 例如：我估计自己需要花30分钟来估算出整个项目需要多少时间完成，结果我花了20分钟估算出整个项目需要6个小时完成。Estimate这一项应该在“预估耗时”填写30分钟，实际耗时填写“20”分钟。

  • 一级和二级活动的包含关系：

    • Planning 这个一级活动包含了1个二级活动（Estimate）
    • Development 这个一级活动包含了8个二级活动
    • Reporting 这个一级活动包含了3个二级活动

  • 大家在记录时间的时候， 只用记录二级活动， 然后把总数加了， 就是相应的一级活动的时间

  • 这个时间的长短并不会对分数有直接影响，这是为了大家自己总结。

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

打分细则

最终提交的代码将会被拉取执行，通过传入不同参数进行测试，测试包括：

• 记录程序运行耗时

• 验证最终结果的正确性（即是否有重复的题目）

• 程序得分数将根据耗时，重复率计算得出（共65分）

  • 程序不符合以上定义的输入输出，即不能使用工具进行正常测试，0分
  • 生成题目重复率，根据题目重复率映射至10~45分
  • 生成题目耗时，根据平均耗时映射至5~20分
  • 测试以下情况（详见下文 测试工具）：
    • 仅能完成至生成10题的，以上得分打1折
    • 仅能完成至生成30题的，以上得分打2折
    • 仅能完成至生成100题的，以上得分打4折
    • 仅能完成至生成1000题的，以上得分打6折
    • 仅能完成至生成10000题的，以上得分打8折
    • 完成至20000题的，以上得分不打折

• 博客（共35分）

  • 基础分（按时提交）5分
  • PSP表格 5分
  • 需求分析 5分
  • 设计思路 5分
  • 实现过程中的关键代码解释 5分
  • 遇到的困难及解决方法 5分
  • 对结对小伙伴做出评价 5分

• 为自己的队友打分 （在博客中说明）

  • 这里有独立的100分供分配
    • 例如：一人如果得70分，另一人只能得30分
  • 要求不能均分（即不能每人50分）
  • 打分要给出依据，依据可以有：
    • 代码提交记录
    • 设计文档
    • 测试

约定

• 博客中说明代码结构，并指明如何编译（提供编译命令）
• 如果博客不说明，评分老师根据自己经验猜测执行（编译不通过的后果由自己承担）
• 以作业截止日期的线上代码版本为准
• 编译不通过 0分
• 不严格遵守题目输入输出 0分
• 运行过程有崩溃，能得分的项目得分减半
• 如遇特殊环境问题，可在成绩公布至次日凌晨截止时间内提出复查
• 复查一般仅接受处理环境差异带来的问题
• 复查原则上不对新提交的功能代码进行评分
• 结对编程、团队项目中Git代码提交不能是一个人（要看到所有人的贡献），贡献可以是代码、设计、文档和测试

参考示例

以下是一份简单的题目生成示例（生成题目没进行去重，不够随机，也无括号，需要同学们自行动手设计实现满足以上要求的程序）：

import java.util.Random;
import java.io.IOException;
import java.io.FileWriter;

public class ExpressionGenerator {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        if (args.length != 3) {
            System.err.println("java ExpressionGenerator <number-of-expressions> <number-of-operator> <output-file-path>");
            System.exit(1);
        }

        int expr_num = Integer.parseInt(args[0]);
        int optr_num = Integer.parseInt(args[1]);
        String file_path = args[2];

        String digits = "123456789";
        String operators = "+-*/";

        Random rnd = new Random();
        StringBuffer expr = new StringBuffer();
        FileWriter fw = new FileWriter(file_path);

        int r1 = rnd.nextInt(100);
        for (int i = 0; i < expr_num; ++i) {
            expr.append(digits.charAt(++r1 % 9));
            int r2 = rnd.nextInt(100);
            for (int j = 0; j < optr_num; ++j) {
                expr.append(' ');
                expr.append(operators.charAt(++r2 % 4));
                expr.append(' ');
                expr.append(digits.charAt(++r1 % 9));
            }
            expr.append('
');
            fw.write(expr.toString());
            expr.delete(0, expr.length());
        }
        fw.close();
    }
}

执行：

> java ExpressionGenerator 10 5 1.txt

在文件 1.txt中输出：

4 - 5 * 6 / 7 + 8 - 9
1 * 2 / 3 + 4 - 5 * 6
7 + 8 - 9 * 1 / 2 + 3
4 * 5 / 6 + 7 - 8 * 9
1 - 2 * 3 / 4 + 5 - 6
7 - 8 * 9 / 1 + 2 - 3
4 * 5 / 6 + 7 - 8 * 9
1 / 2 + 3 - 4 * 5 / 6
7 / 8 + 9 - 1 * 2 / 3
4 - 5 * 6 / 7 + 8 - 9

测试工具

exprchecker.zip

功能：

• 测试：
  • 生成10道1个运算符题目
  • 生成30道1个运算符题目
  • 生成100道1个运算符题目
  • 生成1000道3个运算符题目
  • 生成10000道5个运算符题目
  • 生成20000道7个运算符题目
• 发现重复的题目（按上述题目要求）
• 计算程序生成题目耗时

注意：

• 输出题目中出现不在1~9范围内的数值，工具会abort退出（当前设计）
• 该工具并不完善，使用过程中可能出现报错，崩溃，行为不正确的情况，请不要尝试使用各类输入来测试该工具。如果发现问题，请及时与我联系

使用条件：

• Windows环境（在Windows10使用VS2017编译Win32，未进行版本兼容性测试）
• 须安装JDK并配置相关环境变量
• 你编写的Java程序须严格遵守以上约定

使用方法：

• 下载后，请将 exprchecker.exe 与将要执行的类 ExpressionGenerator.class 放置在统一目录，如：

ProjectDir
├── ExpressionGenerator.class
├── exprchecker.exe
├── ...
└── Other.class

• 双击 exprchecker.exe 将自动执行你的类 ExpressionGenerator.class，按照以上约定的参数，执行6组测试，输出信息如下：

Executing command: "java ExpressionGenerator 10 1 10.txt" ... DONE with status: 0
Checking your result in 10.txt ... DONE
Generating report into report_10.txt ... DONE

Executing command: "java ExpressionGenerator 30 1 30.txt" ... DONE with status: 0
Checking your result in 30.txt ... DONE
Generating report into report_30.txt ... DONE

Executing command: "java ExpressionGenerator 100 1 100.txt" ... DONE with status: 0
Checking your result in 100.txt ... DONE
Generating report into report_100.txt ... DONE

Executing command: "java ExpressionGenerator 1000 3 1000.txt" ... DONE with status: 0
Checking your result in 1000.txt ... DONE
Generating report into report_1000.txt ... DONE

Executing command: "java ExpressionGenerator 10000 5 10000.txt" ... DONE with status: 0
Checking your result in 10000.txt ... DONE
Generating report into report_10000.txt ... DONE

Executing command: "java ExpressionGenerator 20000 7 20000.txt" ... DONE with status: 0
Checking your result in 20000.txt ... DONE
Generating report into report_20000.txt ... DONE

Press [Enter] to exit ...

查看 report_10.txt:

===============================
total expressions: 10
duplicated expressions: 0
===============================
Generation cost 125 ms.

• 生成10道题目
• 没有发现重复的题目
• 生成题目耗时125毫秒

查看 report_30.txt:

[2 + 3] @ line 12 is repeated with:
   -> [2 + 3] @ line 21

[7 / 8] @ line 10 is repeated with:
   -> [7 / 8] @ line 19

[9 * 1] @ line 2 is repeated with:
   -> [9 * 1] @ line 29

[4 * 5] @ line 4 is repeated with:
   -> [4 * 5] @ line 13

[1 + 2] @ line 7 is repeated with:
   -> [1 + 2] @ line 25

[5 + 6] @ line 9 is repeated with:
   -> [5 + 6] @ line 18

===============================
total expressions: 30
duplicated expressions: 6
===============================
Generation cost 133 ms.

• 生成30道题目
• 发现6道题目重复（未成功去重哦！）
• 生成题目耗时133毫秒
• 重复题目的详细信息在文件前面部分说明