四则运算表达式生成器(java实现)
github地址：https://github.com/wyf973733114/JDHomeWork_QZ_YF
项目合作者：魏宇峰：3118004974 黎其钻：3118004966
一、题目
实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序
二、需求
- 使用 -n 参数控制生成题目的个数（题目不可重复）
- 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
- 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，输入参数如下：
Myapp.exe -e.txt -a .txt
注意：- 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：（已实现）
四则运算1
四则运算2 - 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：（已实现）
答案1
答案2 - 统计结果输出到文件Grade.txt，格式如下:（已实现）
Correct: 5 (1, 3, 5, 7, 9)
Wrong: 5 (2, 4, 6, 8, 10) - d. 程序能支持一万道题目以上的生成 （已实现）
- 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：（已实现）
三、git版本迭代
四、PSP表格
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 60 | 60 |
| · Estimate | · 估计这个任务需要多少时间 | 60 | 60 |
| Development | 开发 | 60 * 24 * 60 | 4 * 24 * 60 |
| · 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) | 50 | 30 |
| · Design | · 具体设计 | 40 | 50 |
| · Coding | · 具体编码 | 3 * 24 * 60 | 3 * 24 * 60 |
| · Code Review | · 代码复审 | 100 | 50 |
| · Test | · 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 60 | 55 |
| Reporting | 报告 | 30 | 40 |
| · Test Report | · 测试报告 | 30 | 30 |
| · Size Measurement | · 计算工作量 | 40 | 20 |
| · Postmortem & Process Improvement Plan | · 事后总结, 并提出过程改进计划 | 20 | 30 |
| 合计 | 6 * 24 * 60 | 4 * 24 * 60 |
五、流程图
六、效能分析
- 代码覆盖率
- 展示你程序中消耗最大的函数
生成不重复的公式（其中生成三参数的公式消耗是二参数的两倍多）
七、代码调用关系图
八、关键代码实现
生成不重复的二参数公式
Formula2 generator() {
// 生成两个随机数num1、num2 和符号symbol
String symbol = RandomSymbol.randomSymbol();
int num1 = random.nextInt(scope); // 第一个数
int num2; // 第二个数小于或等于第一个数
if (symbol == "÷"){
// 除法除数不为0
num2 = (int) (1 + Math.random()*( num1 -1 +1));
}else{
num2 = random.nextInt(num1 + 1);
}
// 判断是否包含第一个参数
if (recordMapTwo.containsKey(num1)){
Map<String, Set<Integer>> symToNum2 = recordMapTwo.get(num1);
// 包含符号则继续查询
if (symToNum2.containsKey(symbol)){
Set<Integer> num2s = symToNum2.get(symbol);
// 判断是否包含第二个参数
if (num2s.contains(num2)){
// 和已有记录重复，重新生成
//System.out.println("生成失败！"+ num1 + symbol + num2);
return null;
}else{
num2s.add(num2); // 不存在则添加
}
}else{
// 不存在则添加
Set<Integer> num2s = new HashSet<>(); // 第二个数的集合
num2s.add(num2);
symToNum2.put(symbol, num2s); // 添加联系
}
}else{
// 不含有则增加记录
Set<Integer> num2s = new HashSet<>(); // 第二个数的集合
num2s.add(num2);
Map<String, Set<Integer>> symToNum2 = new HashMap<>(); // 符号到第二个数集合的映射
symToNum2.put(symbol, num2s);
// 第一个数到符号的映射
recordMapTwo.put(num1,symToNum2);
}
//System.out.println("生成成功！"+ num1 + symbol + num2);
Boolean randomSwap = Boolean.FALSE;
if((!Objects.equals(symbol, "-") || !((symbol == "÷") && (num2 == 0))) && random.nextBoolean()){
randomSwap = Boolean.TRUE;
}
Formula2 formula2 = new Formula2(num1, symbol, num2, randomSwap);
if ((MathMethon.translateResult(formula2.result) < 0) || (MathMethon.translateResult(formula2.result) >= scope)){
return null; // 参数超过范围
}
return formula2;
}
检查答案是否正确
static boolean BooleanAnswer(ArrayList<String> exercise, ArrayList<String> result ) {
int resultInBrackets = 0; // 括号内计算的结果
int left = 0, right = 0, i = 0, index = 0; // 左右括号的索引
String item = "";
Formula2 formula2;
// 获取左右括号的位置
for(i = 0; i < exercise.size(); i++) {
if(exercise.get(i).equalsIgnoreCase("("))
left = i;
if(exercise.get(i).equalsIgnoreCase(")"))
right = i;
}
// 如果没有括号，说明是二元运算
if(left == 0 && right == 0) {
formula2 = new Formula2(Integer.parseInt(exercise.get(0)), exercise.get(1), Integer.parseInt(exercise.get(2)), false);
return formula2.result.equalsIgnoreCase(result.get(0));
}
// 否则就是三元运算，先计算出括号内的结果
formula2 = new Formula2(Integer.parseInt(exercise.get(left + 1)), exercise.get(left + 2), Integer.parseInt(exercise.get(right - 1)), false);
resultInBrackets = Integer.parseInt(formula2.result);
// 将括号内结果与另一数值进行运算
for(int j = 0; j < exercise.size(); j++) {
item = exercise.get(j);
if(j >= left && j <= right) // 跳过括号区域
continue;
if(!isSymbol(item)) // 让索引到达运算符处
continue;
if((j > exercise.size() / 2)) {
index = j + 1;
formula2 = new Formula2(resultInBrackets, item, Integer.parseInt(exercise.get(index)), false);
}
else {
index = j - 1;
formula2 = new Formula2(Integer.parseInt(exercise.get(index)), item, resultInBrackets, false);
}
return formula2.result.equalsIgnoreCase(result.get(0));
}
return false;
}
九、测试运行
1. -n，-r生成不重复代码
2. -e校验答案
将Answer.txt中第3题的答案改为2333后
3. 生成10000道题目
4. 错误输入
十、项目总结
魏宇峰：
- 第一次合作沟通成本比较高，写代码的时间和讨论的时间大概对半分。关于实现思路进行讨论时会有突然迸发的灵感，有个大概的实现思路，知道整个项目的大概方向，但是具体实现细节需要沉淀下来好好想想。
- 利用哈希表来记录曾生成的公式，避免由遍历产生的性能浪费，加深了对数据结构的理解。第一次写JAVA，语法还没有很熟练，没能熟练利用语言特性，代码里还有许多可优化的地方。
黎其钻：
- 沟通最重要。每个人对于题目的理解是不一样的，要创建什么样的函数，返回怎样的数据类型，哪个功能需要单独抽离出来，都需要花时间去沟通。
- 权衡好开发效率与学习成本。由于我们两人的技术栈并不相同，两个都会的只有C语言，但是C语言的开发效率并不理想，因此决定共同学习一门新语言JAVA。这意味着学习成本大幅提升，综合来看开发效率提升并不明显。
- 由于是第一次使用Java，很多功能都是一边查文档一边写，对于性能的考虑很少，代码耦合度较高，很多地方还可以进行优化。
- 由于是团队协作，我们基本把git的坑全部踩了一遍，花费了大量时间在解决分支冲突上。对于git项目管理有了很深的认识。
