结对项目（杜家楷-3123004223 陈天鹏-3123004220）
结对项目
陈天鹏_3213004220 杜家楷_3123004223
附录
| 这个作业属于哪个课程 | 软工1班 |
|---|---|
| 这个作业要求在哪里 | 结对项目 |
| 这个作业的目标 | 尝试进行结对项目，了解合作进行项目的流程 |
仓库网址：qazwsx2323ppp/MathQuizGenerator
PSP图
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 30 | 50 |
| Estimate | 估计这个任务需要多少时间 | 10 | 10 |
| Development | 开发 | 200 | 350 |
| Analysis | 需求分析 (包括学习新技术) | 300 | 500 |
| Design Spec | 生成设计文档 | 30 | 30 |
| Design Review | 设计复审 | 40 | 30 |
| Coding Standard | 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 30 | 35 |
| Design | 具体设计 | 60 | 40 |
| Coding | 具体编码 | 180 | 180 |
| Code Review | 代码复审 | 60 | 60 |
| Test | 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 300 | 600 |
| Reporting | 报告 | 60 | 100 |
| Test Report | 测试报告 | 40 | 50 |
| Size Measurement | 计算工作量 | 40 | 60 |
| Postmortem & Process Improvement Plan | 事后总结, 并提出过程改进计划 | 50 | 60 |
| 合计 | 990 | 1200 |
效能分析
热点分析
分析显示，大部分CPU时间消耗在分数相关的逻辑处理上，主要包括：
- gcd：计算最大公约数以简化分数
- parseFractoation：分数解析
鉴于分数操作是系统的核心功能，且其计算复杂度本身高于整数和小数，这部分开销是合理的。
火焰图
火焰图进一步证实了分数处理逻辑占用了主要计算资源。然而，从更宏观的角度看，大量时间用于表达式正确性校验。虽然确保表达式正确是必要需求，但可以考虑在算法设计层面进行优化，通过构造性方法确保生成的表达式天然合规，从而避免生成后再解析验证的额外开销。
设计实现过程
主要类
- 主函数入口：Main.java
- 定义结构：
- Expression.java //定义表达式树结构
- Operator.java //运算符枚举，优先级定义
- 功能类：
- ExpressionGenerator.java //递归生成表达式树
- Operator.java // 控制生成表达式树符号节点
- NumberNode.java //控制生成表达式树数字节点
- PostfixConverter.java //将表达式生成逆波兰表达式
- PostfixCalculator.java // 计算逆波兰表达式
- Fraction.java //真分数处理
实现过程流程图
代码说明
表达式树生成主要代码
private ExpressionNode buildExpressionTree(int remainingOps, boolean bracketsUsed,
boolean isRoot, boolean inBracketContext,
int parentPriority, boolean alreadyInBrackets) {
if (remainingOps <= 0) {
return new NumberNode(Fraction.generate(range));
}
Operator op = randomOperator();
int leftOps = random.nextInt(remainingOps);
int rightOps = remainingOps - leftOps - 1;
// 强化括号上下文传递，避免重复添加括号
boolean canAddBracket = !isRoot && !inBracketContext && remainingOps >= 2 && !alreadyInBrackets;
boolean addBrackets = canAddBracket && shouldAddBrackets(remainingOps);
// 生成子树时严格传递上下文状态
ExpressionNode left = buildSubTree(leftOps, bracketsUsed || addBrackets,
addBrackets, op.getPriority(), addBrackets);
ExpressionNode right = buildSubTree(rightOps, bracketsUsed || addBrackets,
addBrackets, op.getPriority(), addBrackets);
return new OperatorNode(op, left, right, addBrackets, isRoot, parentPriority);
}
private ExpressionNode buildSubTree(int remainingOps, boolean bracketsUsed,
boolean inBracketContext, int parentPriority, boolean alreadyInBrackets) {
if (remainingOps > 0 && random.nextDouble() < 0.4) {
return buildExpressionTree(remainingOps, bracketsUsed, false,
inBracketContext, parentPriority, alreadyInBrackets);
}
return new NumberNode(Fraction.generate(range));
}
生成逆波兰表达式主要代码
public class PostfixConverter {
public static List<String> convert(List<String> infix) {
List<String> output = new ArrayList<>();
Stack<String> stack = new Stack<>();
for (String token : infix) {
if (token.equals("(")) {
stack.push(token);
} else if (token.equals(")")) {
while (!stack.peek().equals("(")) {
output.add(stack.pop());
}
stack.pop();
} else if (isOperator(token)) {
Operator currentOp = Operator.fromSymbol(token);
while (!stack.isEmpty() && !stack.peek().equals("(") &&
comparePriority(stack.peek(), currentOp) >= 0) {
output.add(stack.pop());
}
stack.push(token);
} else {
output.add(token);
}
}
while (!stack.isEmpty()) {
output.add(stack.pop());
}
return output;
}
单元测试
整体覆盖率80%，关键路径覆盖率100%
测试设计概览
本项目的测试套件主要针对以下组件进行了测试：
- ExpressionGeneratorTest - 测试表达式生成功能
- PostfixConverterTest - 测试中缀表达式到后缀表达式的转换
- PostfixCalculatorTest - 测试后缀表达式的计算功能（待开发）
- MainTest - 测试主程序的功能（待开发）
测试组件详情
ExpressionGeneratorTest
该测试组件验证表达式生成器的功能正确性，主要包括：
-
testGenerateExpression: 测试表达式生成器能够根据指定的操作符数量（1-3个）生成有效的表达式。
- 验证生成的表达式对象不为空
- 验证表达式字符串格式化正确
- 对1到3个操作符的所有情况进行测试
-
testRangeConstraint: 测试表达式生成器遵循指定的数值范围约束。
- 设置数值范围为5，生成多个表达式确保不会崩溃
- 目前仅验证基本功能，后续可优化为具体验证数值范围
PostfixConverterTest
该测试组件验证中缀表达式到后缀表达式转换的正确性：
-
testSimpleInfixToPostfixConversion: 测试简单表达式的转换。
- 将"2 + 3"中缀表达式正确转换为"2 3 +"后缀表达式
-
testComplexInfixToPostfixConversion: 测试包含括号的复杂表达式转换。
- 将"(2 + 3) * 4"中缀表达式正确转换为"2 3 + 4 *"后缀表达式
待开发测试
PostfixCalculatorTest (待实现)
计划测试后缀表达式计算器，包括：
- 基本四则运算测试
- 复杂表达式计算测试
- 边界情况处理测试
MainTest (待实现)
计划测试主程序功能，包括：
- 命令行参数解析测试
- 文件生成测试
- 集成测试验证整体流程
运行测试
所有测试均使用Maven自动化构建和测试，可通过以下命令运行：
mvn test
或使用IDE（如IntelliJ IDEA、Eclipse）中的测试运行功能直接运行单个测试类或方法。
项目小结
项目概述
本次项目通过结对编程的方式完成，目标是实现一个简单的表达式解析器或计算器。经过共同讨论分析，我们利用表达式树结构，逆波兰表达式等方法完成了项目
代码分工
分工方式
- 陈天鹏负责代码逻辑实现。
- 杜家楷负责测试程序，完善代码结构。
运行错误的讨论与解决
讨论与协作
- 遇到问题时，通过讨论明确问题根源，分工解决。
GitHub 代码管理
分支管理
- 为每个功能模块创建独立的分支。
- 完成功能模块后，通过 Pull Request（PR）将代码合并到主分支（
main）。
代码审查
- 在每次提交 PR 后，进行代码审查，确保代码的可读性和可维护性。
协作工具
- 使用 GitHub 的评论功能在代码审查时提出修改建议。
- 使用 GitHub 的合并工具解决代码冲突。
总结与收获
通过本次结对项目，我们不仅完成了预期的功能实现，还积累了以下经验：
- 代码分工与协作：明确分工提高效率，但需要通过频繁沟通确保代码一致性。
- 运行错误的解决：遇到错误时，及时讨论和协作能够快速定位并解决问题。
- 代码质量管理：通过代码审查和版本控制工具，能够有效提高代码质量和可维护性。
未来改进方向
- 代码优化：尝试使用更简洁的代码实现相同功能，例如通过泛型或 lambda 表达式简化逻辑。
- 自动化测试：引入自动化测试工具（如 JUnit），提高测试效率。
通过本次结对项目，我们不仅完成了代码实现，还积累了宝贵的协作经验，为未来的开发打下了坚实的基础。
