结对项目-自动生成小学四则运算题目

这个作业属于哪个课程	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/Networkengineering1834
这个作业要求在哪里	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/Networkengineering1834/homework/11148
这个作业的目标	实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序（也可以用图像界面，具有相似功能）

开发信息

结对成员

姓名	学号
林家汇	3118005281
于翔	3118005296

项目地址

GitHub仓库地址：https://github.com/linjiahui020/examination

PSP表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	20
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	30	20
Development	开发	815	995
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	100	150
· Design Spec	· 生成设计文档	50	60
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	25	10
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	20	20
· Design	· 具体设计	40	60
· Coding	· 具体编码	500	600
· Code Review	· 代码复审	20	15
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	60	80
Reporting	报告	120	170
· Test Report	· 测试报告	40	50
· Size Measurement	· 计算工作量	20	20
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	60	100
合计		965	1185

效能分析

程序随机生成10000个运算式，从图中可以看到堆内存的消耗在上升后逐渐趋于稳定了

在 Overview 中可看到：类的利用率算是在较高的利用水平，并且CPU的利用率却并不高

对于内存：内存的消耗在短时间内达到很高的占用

从下面数据中看出类的消耗：由于计算中大量使用了字符串的加减，所以为了减轻虚拟机的负担，我们使用StringBuilder来进行大部分的字符串操作

设计实现过程

大致流程分析

首先，队友林家汇讨论并确定了编程语言。为降低开发以及学习成本并能按时完成开发工作，我们最终决定使用比较熟悉的Java语言进行相关的开发。

其次，在分析需求设计项目时，发现涉及到随机生成并且校对，故需要大量操作字符串，所以使用StringBuilder来进行相应的操作，提升系统的执行分析速度；其次需求中还涉及到了相关的文件处理操作，所以使用到IO流及相关操作，同时为了让用户有更好的交互性以及用户体验，又需使用到 Java 提供的 Swing 界面。

最后，由于需要分析效能，故需要使用到相应的性能分析神器 ——JProfiler！

程序类分析

CreateUtil类：创建运算相关操作
- create方法：随机生成式子
- createNum方法：随机生成操作数
- createSign方法：随机生成符号
- formulaNum方法：设定随机生成一定数目的式子
- numRange方法：判断操作数是否超过最大值
HandleUtil类：计算过程的相关方法
- createNum方法：将答案按规范生成出来
- gcd方法：求两数的最大公因数
- charFind方法：存储指定字符的位序式子
- changeNum方法：将数字字符串转为数字值
- judge方法：判断式子是否符合规范
- change方法：将字符串的操作数分子分母转成数字
CalculateUtil类：计算方法
- add方法：加法运算
- minus方法：减法运算
- multiply方法：乘法运算
- divide方法：除法运算
- calculate方法：对运算符号左右的两个数进行运算
- calculateFormula方法：计算式子
CheckUtil类：校验式子（查重）
- spiltStringBuilderToArray方法：将式子拆分普通数组
- spiltStringBuilderToList方法：将式子拆分成List数组
- spiltStringBuilderToOrderList方法：将式子拆分成有序的 List 数组
- judgeRepeat方法：判断内容是否有重复
IODao类：
- storageResult方法：将结果存储到文件中
- storageFile方法：存储过程式子和答案
- readFile方法：读取文件
OperatorVar枚举类：对运算符相关信息进行封装，避免多次的 new 减低效能
MainView类：用户交互的主页面
UserView类：用户填写等相关操作的页面

流程图分析

代码说明

计算式子

	/**
	 * 对运算符号左右的两个数进行运算
	 * @param index 运算符的位序
	 * @param extraCopy 待计算的式子
	 * @return
	 */
	public static StringBuilder calculate(int index,StringBuilder extraCopy) {
		char sign = extraCopy.charAt(index);
		int beginIndex = 0, endIndex = -1;
		int[] datas;
		for(int index1=0; ; beginIndex=index1) {
			//找到第一个操作数的开头空格
			index1 = extraCopy.indexOf(" ", index1+1);
			if(index1==(index-1)) {
				break;
			}
		}
		datas = HandleUtil.change(extraCopy, beginIndex);
		int numerator1 = datas[1];
		int denominator1 = datas[2];
		datas = HandleUtil.change(extraCopy, index+1);
		int numerator2 = datas[1];
		int denominator2 = datas[2];
		endIndex = datas[0];
		//删除数字部分
		extraCopy.delete(beginIndex+1,endIndex);
		//根据符号进行相应的运算
		switch(sign){
			case '+':
				extraCopy.insert(beginIndex+1, add(numerator1,denominator1,numerator2,denominator2));
				break;
			case '-':
				if(!HandleUtil.judge(numerator1, denominator1, numerator2, denominator2)) {
					//识别答案是否为负数
					extraCopy.insert(0, "@ ");
					break;
				} else{
					extraCopy.insert(beginIndex+1, minus(numerator1,denominator1,numerator2,denominator2));
					break;
				}
			case '*':
				extraCopy.insert(beginIndex+1, multiply(numerator1,denominator1,numerator2,denominator2));
				break;
			case '÷':
				if(numerator2 == 0) {
					//识别答案是否为负数，是的话在开头插入@作为标识
					extraCopy.insert(0, "@ ");
					break;
				} else{
					extraCopy.insert(beginIndex+1, divide(numerator1,denominator1,numerator2,denominator2));
					break;
				}
			default: break;
		}
		return extraCopy;
	}

	/**
	 * 按优先级进行运算（*  /  +  -）
	 * @param extraCopy copy副本
	 * @return 返回
	 */
	public static StringBuilder calculateFormula(StringBuilder extraCopy) {
//		logger.info(extraCopy.toString());
		//记录符号的位序
		int index = -1;
		//计算式子
		Pattern pattern1 = Pattern.compile("[*]|[÷]");
		Matcher m1;
		while((m1 = pattern1.matcher(extraCopy)).find()) {
			index = m1.start();
			calculate(index, extraCopy);
			if(extraCopy.charAt(0)=='@') {
				break;
			}	
		}
		//如果式子正确，在进行加运算（从左到右）
		if(extraCopy.charAt(0)!='@') {
			Pattern pattern2 = Pattern.compile("[-]|[+]");
			Matcher m2;
			while((m2 = pattern2.matcher(extraCopy)).find()) {
				index = m2.start();
				calculate(index, extraCopy);
				if(extraCopy.charAt(0)=='@') {
					break;
				}	
			}
		}
		//如果运算结束后（式子正确），调整答案格式
		if(extraCopy.charAt(0)!='@') {
			int datas[];
			datas = HandleUtil.change(extraCopy, 0);
			//分子
			int numerator = datas[1];
			//分母
			int denominator = datas[2];
			//将原存储内容清空
			extraCopy.setLength(0);
			//将答案换成标准格式
			extraCopy.append(HandleUtil.creatNum(numerator, denominator));
		}
		return extraCopy;
	}

规范化答案显示结果

    /**
     * 将答案按规范生成出来
     * @param numerator 分子
     * @param denominator 分母
     * @return 式子
     */
    public static StringBuilder creatNum(int numerator, int denominator) {
        StringBuilder num = new StringBuilder();
        int gcdNum = gcd(numerator, denominator);
        numerator /= gcdNum;
        denominator /= gcdNum;
        if (numerator >= denominator) {
            //分子大于等于分母
            if (numerator % denominator == 0) {
                //结果为整数
                num.append(numerator / denominator + "");
            } else {
                //结果为带分数
                int interger = numerator / denominator;
                numerator = numerator - (interger * denominator);
                num.append(interger + "'" + numerator + "/" + denominator + "");
            }
        } else {
            //分子小于分母
            if (numerator == 0) {
                //分子等于0
                num.append(0 + "");
            } else {
                //其他情况
                num.append(numerator + "/" + denominator + "");
            }
        }
        return num;
    }

    /**
     * 求两数的最大公因数
     * @param num01 数字1
     * @param num02 数字2
     * @return 返回公因数
     */
    public static int gcd(int num01, int num02) {
        int num;
        while (num02 != 0) {
            num = num01 % num02;
            num01 = num02;
            num02 = num;
        }
        return num01;
    }

测试运行

程序启动及介绍

打开命令行，输入java -jar examination-system.jar执行程序：

程序界面：

说明：

进入到程序说明中，可查看程序使用规则指引：

如果不输入程序设置（为空）或者填写内容不符合规则，会智能提示用户：

程序执行流程

输入正确参数并执行题目生成后，提示是否导入题目，选择”确认“：

与此同时在命令行中显示了生成所需要的时间（ms）：

并且打印了生成的题目和答案，清晰直观：

设置存放路径：

在本程序中，为了方便用户以及更好地使用体验，尽管不填写绝对路径，也会自动在相对路径（当前命令行执行路径）下自动生成Answers.txt文件（存放答案）以及Exercises.txt文件（存放题目）

打开Exercises.txt文件，可以看到生成了10000条不重复的四则运算题目，且题目均符合用户输入的规则范围：

打开Answers.txt文件，可以看到生成了10000条不重复的四则运算题目对应的答案：

读取并做题功能

生成题目后，程序跳到做题页面：

查错

写完题目的查错功能：

没想到全错了。。

与此同时，当前文件夹中生成检测结果：

快速生成题目

做完题目后，可快速以用户之前输入的相同的配置来再次生成题目：

新生成题目如图：

项目小结

开发遇到的问题：

由于前期没有和队友很好的规划好架构（没有花上太多时间去规划），同时也缺少了一些必要的交流，导致后期项目的开发受阻，难度加大。
在开发过程中，没有对项目有较好和清晰的分包，所以造成了业务层没有完全抽离出来，代码和功能的组织结构性做的不够好。
因为没有比较好的前期规划，所以在后期的开发测试的调试中，遇到BUG并着手解决 BUG 时会比较困难。

结对感受

于翔：和林家汇大佬结对项目实在是太舒服了，因为他是主攻Java语言的，对Java语言以及开发项目有了很多自己的经验和见解，所以功能开发时遇到了很多问题都会找他讨论和解决，同时也能帮我解决很多想要实现的效果，两个人做项目比一个人做轻松太多了，果然是1+1>2。
林家汇：于翔在用户体验以及交互方面的各种想法总是让我折服，他对于项目的开发提出了很多宝贵的想法，实在是加快了我们开发项目的速度。虽然我们开发时遇到了不少困难，但都被我们克服解决了，作为我们的第一次结对项目合作，能做成这样子的配合真的非常难得了，很期待和他的下一次合作。

闪光点

林家汇闪光点：对Java很熟练，擅长对代码的执行时间和内存消耗进行优化，可以很快规划出大致项目代码结构。
于翔闪光点：擅长对页面交互、程序流程及用户体验的优化，学习能力强。会发现出很多代码bug

发表于 2020-10-12 22:41 CV/PS工程师- 阅读(144) 评论(0) 编辑收藏举报

会员力量，点亮园子希望

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