小学生四则运算应用软件（一）

一、基本想法

1、整数和分数的四则运算

由于四则运算要支持分数，刚开始我想着是自定义分数这种数据类型，而后再重载运算符。可当整数和分数混合运算的话，就要考虑到数据类型间的转化，比较麻烦。于是我转化了下思路，即将整数看成是特殊的分数（分母为1），这样将整数和分数统一起来，那么初始化便可以根据具体的数据类型做出调整，如下图所示：

这里需要特别注意的是，我们最后控制台显示的算式是String类型，因而要能实现分数Fraction和String直接的相互转化。

而且要自定义一种隐式转化，这样就能令分数表示出正确的形式（比如整数10不显示分母，分数2/5等）

这时问题又出来了，分数2/4等同于1/2，即在实际应用中分数要进行相应化简，解决方案是求取分母分子的最大公约数，并且如果分母为负数，则将分子分母同时乘以-1（为了比较大小乘以分子大小符号不会改变），如下图所示：

最后便是运算符的重载了，这里以+、<、==为例

其中Add函数具体实现如下：

由于减法等同于加一个负数，除法实际上是乘一个倒数，这里就不再赘述

另外分子不能为0，因此要进行相应的异常处理。

2、运算符的扩展

实际应用中四则运算不单单局限于二元运算，而是可以有多个操作符的混合运算，显然正常的算式顺序是很难计算的，这时候就应该把算式转化成逆波兰式。具体操作步骤如下：

（1）首先把普通的表达式按照运算符分离出来放在一个集合S中，比如3+2*5 分离后集合里的元素就是 3 + 2 * 5 五个元素

（2）再定义一个集合T(为了省去转化类型的麻烦，一般为String)，主要用来存放逆波兰表达式的，除此之外需定义一个堆栈K以便存储运算符，最后从左到右遍历集合S

(3)遍历E的规则如下：

(3.1)如果该元素是数字(这里是Fraction转化的String)，直接把它添加到集合T中

(3.2)否则它肯定是运算符，那么再进行判断

(3.2.1)如果该元素是左括号，或者当时栈为空，那么直接入栈

(3.2.2)如果该元素是右括号，则把栈内的运算符出栈并添加到集合T中，直到遇到第一个左括号结束（左括号也出栈但不添加到T）

(3.2.3)否则该元素是普通的运算符（也就是+-*/之类的），那么用该运算符和栈内的运算符号比较优先级，如果该运算符的优先级比栈内的运算符优先级高或者栈为空，则直接入栈，否则把栈内的运算符出栈并添加到T中，再判断下个栈内的运算符优先级，直到栈内的运算符优先级<=该运算符或者栈为空时再把该运算符入栈

这里运算符优先级的定义使用的是Dictionary的数据结构，如图所示：

具体函数实现为 static Queue<object> PreOrderToPostOrder(List<string> expression)，最后返回的是集合T

计算逆波兰式的规则相应比较简单，即

（1）从左到右遍历T

（2）如果该元素是数字，直接入栈

（3）如果该元素是运算符，出栈两个数，计算结果再入栈，逆波兰遍历完后栈内的元素就是表达式的值了。函数实现如下：

3、程序流程

目前程序设计流程为：

（1）询问用户生成四则运算的题数

（2）询问用户是否自己输入答案，若输入，完成后统计用户答题的正确数

（3）询问用户是否显示正确答案

（4）询问用户是否继续生成四则运算的题数，若否则询问是否生成题目文件，若要生成题目文件，则再询问生成题目的总题数

从流程中可以看到程序的重中之重是要生成算式，起初我的想法是随机生成运算符（括号除外）的个数，那么表达式其实就是操作数+运算符+操作数的形式，那么相应操作数的个数其实就比运算符的个数多1，可一旦考虑到括号，数组的结构无法满足在原先算式的基础上添加括号，因而我使用的是List这一数据结构，方便插入修改。另外为了表示是操作数还是运算符，除去定义str这一List，还定义了isOperand列表（isOperand的元素为0表示为运算符，为正整数表示第几个操作数，如等于1便是第一个操作数）

这样的话随机了括号的个数numOfBrackets，并随机括号的初始和结束位置（表示在第几个操作数前或后，即start和end），而后再将（、）插入到List str里，相应的isOperand插入-1，表示括号

最后我们在List str首部插入通过已插入元素组合成的算式兵返回。举例2*（5+2）来说，那么str[0] = 2*(5+2),str[1]=2,str[2]=*,str[3]=5,str[4]=+,

str[5]=2,str[6]=)。（这里space表示“ ”，主要是为了算式美观，将分数的/和除法的/区分开，另外考虑到以后可能要加负数，防止混淆）

二、代码实现

代码使用C#语言实现，主要包含Program.cs和Fraction.cs两个文件，前者是主程序，后者是分数类的具体实现。

（1）Program.cs

  1 using System;
  2 using System.Collections.Generic;
  3 using System.Linq;
  4 using System.Text;
  5 using System.Threading.Tasks;
  6 using System.IO;
  7 using Fra;
  8 
  9 
 10 namespace CalC
 11 {
 12     class Program
 13     {
 14         static Random ran = new Random();
 15         static Dictionary<string, int> priorities = null;
 16         const string operators = "+-*/=";
 17         const string space = " ";
 18         static Program()
 19         {
 20             priorities = new Dictionary<string, int>();
 21             priorities.Add("#", -1);
 22             priorities.Add("+", 0);
 23             priorities.Add("-", 0);
 24             priorities.Add("*", 1);
 25             priorities.Add("/", 1);
 26         }
 27 
 28         static void Main(string[] args)
 29         {
 30             int input = 1;
 31             while (input == 1)
 32             {
 33                 Console.Write("请输入生成四则运算题的数目: ");
 34                 int numOfQue = int.Parse(Console.ReadLine());
 35                 string[] inputAnswer = new string[numOfQue];
 36                 string[] correctAnswer = new string[numOfQue];
 37                 string[] ques = new string[numOfQue];
 38                 List<string> result = new List<string>();
 39                 for (int i = 0; i < numOfQue; i++)
 40                 {
 41                     result = produceQue();
 42                     ques[i] = result[0];
 43                     Console.Write("{0,-20}", ques[i] + operators[4]);
 44                     correctAnswer[i] = Calucate(result);
 45                 }
 46                 Console.WriteLine();
 47                 Console.Write("是否输入答案(输入1表示用户输入答案，否则不输入): ");
 48                 input = int.Parse(Console.ReadLine());
 49                 if (input == 1)
 50                 {
 51                     for (int i = 0; i < numOfQue; i++)
 52                     {
 53                         Console.Write("{0,-20}", ques[i] + operators[4] + space);
 54                         inputAnswer[i] = Console.ReadLine();
 55                     }
 56 
 57                     int numOfCorrect = 0;
 58                     for (int i = 0; i < numOfQue; i++)
 59                     {
 60                         if (inputAnswer[i] == correctAnswer[i])
 61                             numOfCorrect++;
 62                     }
 63                     Console.WriteLine("您共答对" + numOfCorrect + "道题");
 64                 }
 65 
 66 
 67                 Console.Write("是否显示正确答案(输入1表示显示正确答案，否则不显示): ");
 68                 input = int.Parse(Console.ReadLine());
 69                 if (input == 1)
 70                 {
 71                     for (int i = 0; i < numOfQue; i++)
 72                         Console.Write("{0,-20}", ques[i] + operators[4] + space + correctAnswer[i]);
 73                     Console.WriteLine();
 74                 }
 75                 Console.Write("是否继续生成四则运算题的数目(输入1继续生成，否则不生成): ");
 76                 input = int.Parse(Console.ReadLine());
 77                 Console.Clear();
 78             }
 79 
 80             Console.Write("是否生成题目文件(输入1生成，否则不生成): ");
 81             input = int.Parse(Console.ReadLine());
 82             if (input == 1)
 83             {
 84                 Console.Write("输入生成题目的数量: ");
 85                 string filename = "que.txt";//这里是你的已知文件
 86                 FileStream fs = File.Create(filename);  //创建文件
 87                 fs.Close();
 88                 StreamWriter sw = new StreamWriter(filename);
 89                 input = int.Parse(Console.ReadLine());
 90                 for (int i = 0; i < input; i++)
 91                 {
 92                     string que = "";
 93                     que = produceQue()[0];
 94                     sw.Write("{0,-20}",que + operators[4] + space);
 95                     if (i % 10 == 9)
 96                         sw.Write("\r\n");
 97                 }
 98                 sw.Close();
 99             }
100         }
101 
102 
103         static List<string> produceQue()
104         {
105             List<string> str = new List<string>();
106             List<int> isOperand = new List<int>();
107             int count = 0;
108             count = ran.Next(1, 3);
109             int[] num = new int[count + 1];
110             int[] den = new int[count + 1];
111             string[] operand = new string[count + 1];
112             int[] index = new int[count];
113             int numOfBrackets = 0;
114             for (int i = 0; i < count + 1; i++)
115             {
116                 num[i] = ran.Next(2, 5);
117                 if (ran.Next(1, 10) < 8)
118                     den[i] = 1;
119                 else
120                 {
121                     den[i] = ran.Next(1, 5);
122                     numOfBrackets = ran.Next(1, count);
123                 }
124                 operand[i] = new Fraction(num[i], den[i]).ToString();
125                 if (i < count)
126                     index[i] = ran.Next(0, 4);
127             }
128             int[] start = new int[numOfBrackets];
129             int[] end = new int[numOfBrackets];
130             for (int i = 0; i < numOfBrackets; i++)
131             {
132                 start[i] = ran.Next(1, count + 1);
133                 end[i] = ran.Next(start[i] + 1, count + 2);
134             }
135             int j = 1;
136             for (int i = 0; i < count + 1; i++)
137             {
138                 str.Add(operand[i]);
139                 isOperand.Add(i + 1);
140                 if (i < count)
141                 {
142                     str.Add(operators[index[i]].ToString());
143                     isOperand.Add(0);
144                 }
145             }
146             for (int i = 0; i < numOfBrackets; i++)
147             {
148                 int left = isOperand.FindIndex(s=>s==start[i]);
149                 str.Insert(left, "(");
150                 isOperand.Insert(left, -1);
151                 int right = isOperand.FindIndex(s =>s==end[i]);
152                 str.Insert(right + 1, ")");
153                 isOperand.Insert(right + 1, -1);
154             }
155             str.Insert(0, "");
156             for (int i = 1; i < str.Count;)
157             {
158                 str[0] += str[i++] + space;
159             }
160             return str;
161         }
162 
163 
164 
165 
166         static string Compute(Fraction leftNum, Fraction rightNum, int op)
167         {
168             switch (op)
169             {
170                 case 0: return leftNum + rightNum;
171                 case 1: return leftNum - rightNum;
172                 case 2: return leftNum * rightNum;
173                 case 3: return leftNum / rightNum;
174                 default: return "";
175             }
176         }
177 
178         static bool IsOperator(string op)
179         {
180 
181             return operators.IndexOf(op) >= 0;
182         }
183 
184         static bool IsLeftAssoc(string op)
185         {
186             return op == "+" || op == "-" || op == "*" || op == "/" || op == "%";
187         }
188 
189         static Queue<object> PreOrderToPostOrder(List<string> expression)
190         {
191             var result = new Queue<object>();
192             var operatorStack = new Stack<string>();
193             operatorStack.Push("#");
194             string top, cur, tempChar;
195             string tempNum;
196 
197             for (int i = 1; i < expression.Count; )
198             {
199                 cur = expression[i++];
200                 top = operatorStack.Peek();
201 
202                 if (cur == "(")
203                 {
204                     operatorStack.Push(cur);
205                 }
206                 else
207                 {
208                     if (IsOperator(cur))
209                     {
210                         while (IsOperator(top) && ((IsLeftAssoc(cur) && priorities[cur] <= priorities[top])) || (!IsLeftAssoc(cur) && priorities[cur] < priorities[top]))
211                         {
212                             result.Enqueue(operatorStack.Pop());
213                             top = operatorStack.Peek();
214                         }
215                         operatorStack.Push(cur);
216                     }
217                     else if (cur == ")")
218                     {
219                         while (operatorStack.Count > 0 && (tempChar = operatorStack.Pop()) != "(")
220                         {
221                             result.Enqueue(tempChar);
222                         }
223                     }
224                     else
225                     {
226                         tempNum = cur;
227                         result.Enqueue(tempNum);
228                     }
229                 }
230             }
231             while (operatorStack.Count > 0)
232             {
233                 cur = operatorStack.Pop();
234                 if (cur == "#") continue;
235                 if (operatorStack.Count > 0)
236                 {
237                     top = operatorStack.Peek();
238                 }
239 
240                 result.Enqueue(cur);
241             }
242 
243             return result;
244         }
245 
246         static string Calucate(List<string> expression)
247         {
248 
249             var rpn = PreOrderToPostOrder(expression);
250             var operandStack = new Stack<string>();
251             string left, right;
252             object cur;
253             while (rpn.Count > 0)
254             {
255                 cur = rpn.Dequeue();
256                 int index = operators.IndexOf(cur.ToString());
257 
258                 if (index >= 0)
259                 {
260                     right = operandStack.Pop();
261                     left = operandStack.Pop();
262                     operandStack.Push(Compute(left, right, index));
263                 }
264                 else
265                 {
266                     operandStack.Push(cur.ToString());
267                 }
268             }
269             return operandStack.Pop();
270         }
271     }
272 }

View Code

(2) Fraction.cs

  1 using System;
  2 
  3 namespace Fra
  4 {
  5     
  6     public class Fraction
  7     {
  8         
  9         long m_iNumerator;
 10         long m_iDenominator;
 11         
 12         
 13         public Fraction()
 14         {
 15             Initialize(0,1);
 16         }
 17     
 18         public Fraction(long iWholeNumber)
 19         {
 20             Initialize(iWholeNumber, 1);
 21         }
 22     
 23         public Fraction(double dDecimalValue)
 24         {
 25             Fraction temp=ToFraction(dDecimalValue);
 26             Initialize(temp.Numerator, temp.Denominator);
 27         }
 28         
 29         public Fraction(string strValue)
 30         {
 31             Fraction temp=ToFraction(strValue);
 32             Initialize(temp.Numerator, temp.Denominator);
 33         }
 34         
 35         public Fraction(long iNumerator, long iDenominator)
 36         {
 37             Initialize(iNumerator, iDenominator);
 38         }
 39         
 40         
 41         private void Initialize(long iNumerator, long iDenominator)
 42         {
 43             Numerator=iNumerator;
 44             Denominator=iDenominator;
 45             ReduceFraction(this);
 46         }
 47     
 48         
 49         public long Denominator
 50         {
 51             get
 52             {    return m_iDenominator;    }
 53             set
 54             {
 55                 if (value!=0)
 56                     m_iDenominator=value;
 57                 else
 58                     throw new FractionException("Denominator cannot be assigned a ZERO Value");
 59             }
 60         }
 61     
 62         public long Numerator
 63         {
 64             get    
 65             {    return m_iNumerator;    }
 66             set
 67             {    m_iNumerator=value;    }
 68         }
 69     
 70 
 71         public double ToDouble()
 72         {
 73             return ( (double)this.Numerator/this.Denominator );
 74         }
 75 
 76         
 77         public override string ToString()
 78         {
 79             string str;
 80             if ( this.Denominator==1 )
 81                 str=this.Numerator.ToString();
 82             else
 83                 str=this.Numerator + "/" + this.Denominator;
 84             return str;
 85         }
 86     
 87         public static Fraction ToFraction(string strValue)
 88         {
 89             int i;
 90             for (i=0;i<strValue.Length;i++)
 91                 if (strValue[i]=='/')
 92                     break;
 93             
 94             if (i==strValue.Length)        
 95                 return ( Convert.ToDouble(strValue));
 96             
 97         
 98             long iNumerator=Convert.ToInt64(strValue.Substring(0,i));
 99             long iDenominator=Convert.ToInt64(strValue.Substring(i+1));
100             return new Fraction(iNumerator, iDenominator);
101         }
102         
103         
104         
105         public static Fraction ToFraction(double dValue)
106         {
107             try
108             {
109                 checked
110                 {
111                     Fraction frac;
112                     if (dValue%1==0)    // if whole number
113                     {
114                         frac=new Fraction( (long) dValue );
115                     }
116                     else
117                     {
118                         double dTemp=dValue;
119                         long iMultiple=1;
120                         string strTemp=dValue.ToString();
121                         while ( strTemp.IndexOf("E")>0 )    // if in the form like 12E-9
122                         {
123                             dTemp*=10;
124                             iMultiple*=10;
125                             strTemp=dTemp.ToString();
126                         }
127                         int i=0;
128                         while ( strTemp[i]!='.' )
129                             i++;
130                         int iDigitsAfterDecimal=strTemp.Length-i-1;
131                         while ( iDigitsAfterDecimal>0  )
132                         {
133                             dTemp*=10;
134                             iMultiple*=10;
135                             iDigitsAfterDecimal--;
136                         }
137                         frac=new Fraction( (int)Math.Round(dTemp) , iMultiple );
138                     }
139                     return frac;
140                 }
141             }
142             catch(OverflowException)
143             {
144                 throw new FractionException("Conversion not possible due to overflow");
145             }
146             catch(Exception)
147             {
148                 throw new FractionException("Conversion not possible");
149             }
150         }
151 
152         public static Fraction Inverse(Fraction frac1)
153         {
154             if (frac1.Numerator==0)
155                 throw new FractionException("Operation not possible (Denominator cannot be assigned a ZERO Value)");
156     
157             long iNumerator=frac1.Denominator;
158             long iDenominator=frac1.Numerator;
159             return ( new Fraction(iNumerator, iDenominator));
160         }    
161     
162 
163     
164         public static Fraction operator -(Fraction frac1)
165         {    return ( Negate(frac1) );    }
166                                   
167         public static Fraction operator +(Fraction frac1, Fraction frac2)
168         {    return ( Add(frac1 , frac2) );    }
169     
170         public static Fraction operator +(int iNo, Fraction frac1)
171         {    return ( Add(frac1 , new Fraction(iNo) ) );    }
172     
173         public static Fraction operator +(Fraction frac1, int iNo)
174         {    return ( Add(frac1 , new Fraction(iNo) ) );    }
175 
176         public static Fraction operator +(double dbl, Fraction frac1)
177         {    return ( Add(frac1 , Fraction.ToFraction(dbl) ) );    }
178     
179         public static Fraction operator +(Fraction frac1, double dbl)
180         {    return ( Add(frac1 , Fraction.ToFraction(dbl) ) );    }
181     
182         public static Fraction operator -(Fraction frac1, Fraction frac2)
183         {    return ( Add(frac1 , -frac2) );    }
184     
185         public static Fraction operator -(int iNo, Fraction frac1)
186         {    return ( Add(-frac1 , new Fraction(iNo) ) );    }
187     
188         public static Fraction operator -(Fraction frac1, int iNo)
189         {    return ( Add(frac1 , -(new Fraction(iNo)) ) );    }
190 
191         public static Fraction operator -(double dbl, Fraction frac1)
192         {    return ( Add(-frac1 , Fraction.ToFraction(dbl) ) );    }
193     
194         public static Fraction operator -(Fraction frac1, double dbl)
195         {    return ( Add(frac1 , -Fraction.ToFraction(dbl) ) );    }
196     
197         public static Fraction operator *(Fraction frac1, Fraction frac2)
198         {    return ( Multiply(frac1 , frac2) );    }
199     
200         public static Fraction operator *(int iNo, Fraction frac1)
201         {    return ( Multiply(frac1 , new Fraction(iNo) ) );    }
202     
203         public static Fraction operator *(Fraction frac1, int iNo)
204         {    return ( Multiply(frac1 , new Fraction(iNo) ) );    }
205     
206         public static Fraction operator *(double dbl, Fraction frac1)
207         {    return ( Multiply(frac1 , Fraction.ToFraction(dbl) ) );    }
208     
209         public static Fraction operator *(Fraction frac1, double dbl)
210         {    return ( Multiply(frac1 , Fraction.ToFraction(dbl) ) );    }
211     
212         public static Fraction operator /(Fraction frac1, Fraction frac2)
213         {    return ( Multiply( frac1 , Inverse(frac2) ) );    }
214     
215         public static Fraction operator /(int iNo, Fraction frac1)
216         {    return ( Multiply( Inverse(frac1) , new Fraction(iNo) ) );    }
217     
218         public static Fraction operator /(Fraction frac1, int iNo)
219         {    return ( Multiply( frac1 , Inverse(new Fraction(iNo)) ) );    }
220     
221         public static Fraction operator /(double dbl, Fraction frac1)
222         {    return ( Multiply( Inverse(frac1) , Fraction.ToFraction(dbl) ) );    }
223     
224         public static Fraction operator /(Fraction frac1, double dbl)
225         {    return ( Multiply( frac1 , Fraction.Inverse( Fraction.ToFraction(dbl) ) ) );    }
226 
227         public static bool operator ==(Fraction frac1, Fraction frac2)
228         {    return frac1.Equals(frac2);        }
229 
230         public static bool operator !=(Fraction frac1, Fraction frac2)
231         {    return ( !frac1.Equals(frac2) );    }
232 
233         public static bool operator ==(Fraction frac1, int iNo)
234         {    return frac1.Equals( new Fraction(iNo));    }
235 
236         public static bool operator !=(Fraction frac1, int iNo)
237         {    return ( !frac1.Equals( new Fraction(iNo)) );    }
238         
239         public static bool operator ==(Fraction frac1, double dbl)
240         {    return frac1.Equals( new Fraction(dbl));    }
241 
242         public static bool operator !=(Fraction frac1, double dbl)
243         {    return ( !frac1.Equals( new Fraction(dbl)) );    }
244         
245         public static bool operator<(Fraction frac1, Fraction frac2)
246         {    return frac1.Numerator * frac2.Denominator < frac2.Numerator * frac1.Denominator;    }
247 
248         public static bool operator>(Fraction frac1, Fraction frac2)
249         {    return frac1.Numerator * frac2.Denominator > frac2.Numerator * frac1.Denominator;    }
250 
251         public static bool operator<=(Fraction frac1, Fraction frac2)
252         {    return frac1.Numerator * frac2.Denominator <= frac2.Numerator * frac1.Denominator;    }
253         
254         public static bool operator>=(Fraction frac1, Fraction frac2)
255         {    return frac1.Numerator * frac2.Denominator >= frac2.Numerator * frac1.Denominator;    }
256         
257         
258         
259         public static implicit operator Fraction(long lNo)
260         {    return new Fraction(lNo);    }
261         public static implicit operator Fraction(double dNo)
262         {    return new Fraction(dNo);    }
263         public static implicit operator Fraction(string strNo)
264         {    return new Fraction(strNo);    }
265 
266         public static explicit operator double(Fraction frac)
267         {    return frac.ToDouble();    }
268 
269         public static implicit operator string(Fraction frac)
270         {    return frac.ToString();    }
271         
272         
273         public override bool Equals(object obj)
274         {
275             Fraction frac=(Fraction)obj;
276             return ( Numerator==frac.Numerator && Denominator==frac.Denominator);
277         }
278         
279     
280            public override int GetHashCode()
281            {
282             return ( Convert.ToInt32((Numerator ^ Denominator) & 0xFFFFFFFF) ) ;
283         }
284 
285         
286         private static Fraction Negate(Fraction frac1)
287         {
288             long iNumerator=-frac1.Numerator;
289             long iDenominator=frac1.Denominator;
290             return ( new Fraction(iNumerator, iDenominator) );
291 
292         }    
293 
294         private static Fraction Add(Fraction frac1, Fraction frac2)
295         {
296             try
297             {
298                 checked
299                 {
300                     long iNumerator=frac1.Numerator*frac2.Denominator + frac2.Numerator*frac1.Denominator;
301                     long iDenominator=frac1.Denominator*frac2.Denominator;
302                     return ( new Fraction(iNumerator, iDenominator) );
303                 }
304             }
305             catch(OverflowException)
306             {
307                 throw new FractionException("Overflow occurred while performing arithemetic operation");
308             }
309             catch(Exception)
310             {
311                 throw new FractionException("An error occurred while performing arithemetic operation");
312             }
313         }
314     
315         private static Fraction Multiply(Fraction frac1, Fraction frac2)
316         {
317             try
318             {
319                 checked
320                 {
321                     long iNumerator=frac1.Numerator*frac2.Numerator;
322                     long iDenominator=frac1.Denominator*frac2.Denominator;
323                     return ( new Fraction(iNumerator, iDenominator) );
324                 }
325             }
326             catch(OverflowException)
327             {
328                 throw new FractionException("Overflow occurred while performing arithemetic operation");
329             }
330             catch(Exception)
331             {
332                 throw new FractionException("An error occurred while performing arithemetic operation");
333             }
334         }
335 
336 
337         private static long GCD(long iNo1, long iNo2)
338         {
339         
340             if (iNo1 < 0) iNo1 = -iNo1;
341             if (iNo2 < 0) iNo2 = -iNo2;
342             
343             do
344             {
345                 if (iNo1 < iNo2)
346                 {
347                     long tmp = iNo1;  
348                     iNo1 = iNo2;
349                     iNo2 = tmp;
350                 }
351                 iNo1 = iNo1 % iNo2;
352             } while (iNo1 != 0);
353             return iNo2;
354         }
355     
356         
357         public static void ReduceFraction(Fraction frac)
358         {
359             try
360             {
361                 if (frac.Numerator==0)
362                 {
363                     frac.Denominator=1;
364                     return;
365                 }
366                 
367                 long iGCD=GCD(frac.Numerator, frac.Denominator);
368                 frac.Numerator/=iGCD;
369                 frac.Denominator/=iGCD;
370                 
371                 if ( frac.Denominator<0 )    
372                 {
373                     frac.Numerator*=-1;
374                     frac.Denominator*=-1;    
375                 }
376             } 
377             catch(Exception exp)
378             {
379                 throw new FractionException("Cannot reduce Fraction: " + exp.Message);
380             }
381         }
382             
383     }    
384     public class FractionException : Exception
385     {
386         public FractionException() : base()
387         {}
388     
389         public FractionException(string Message) : base(Message)
390         {}
391         
392         public FractionException(string Message, Exception InnerException) : base(Message, InnerException)
393         {}
394     }    
395     
396 
397 }

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三、遇到bug并解决

在代码编写的过程中，遇到层出不穷的bug，o(╯□╰)o，果然debug的过程痛苦而又刺激了。这里就拿其中非常有趣的一个bug来谈下，在生成题目的过程中，会出现下图的情况：

怎么题目都一样呢？！这不科学，那就设置断点来查下问题出现在哪里呗，结果题目是真的不一样了。

内心其实是崩溃拒绝的，题目一样说明随机不起作用，而在C#中Random太快产生的随机数会重复，设置断点其实是起到一个延时的作用。Random类是一个产生伪随机数字的类，它的构造函数有两种，一个是直接New Random()，另外一个是New Random(Int32)，前者是根据触发那刻的系统时间做为种子，来产生一个随机数字，后者可以自己设定触发的种子，一般都是用UnCheck((Int)DateTime.Now.Ticks)做为参数种子，因此如果计算机运行速度很快，如果触发Randm函数间隔时间很短，就有可能造成产生一样的随机数，因为伪随机的数字，在Random的内部产生机制中还是有一定规律的，并非是真正意义上的完全随机。在网上查询得知解决的方案有两种：

（1）延时的办法。

可以采用for循环的办法，也可以采用Thread.Sleep(100);

（2）提高随机数不重复概率的种子生成方法:

static int GetRandomSeed( )
{
byte[] bytes = new byte[4];
System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider rng = new System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider( );
rng.GetBytes( bytes );
return BitConverter.ToInt32( bytes , 0 );
}

Random random = new Random( GetRandomSeed( ) );或者 Random sourceGen = new Random(new Guid().GetHashCode());

可程序的运行速度快是我们追求的一个性能，设置延时总感觉因小失大，最后发现一种最简单粗暴的方式，这里提出来供大家参考指正，直接把Random初始化语句放到循环外，这里不愿节外生枝，在主程序的开头就声明：

四、部分程序截图

程序运行的部分截图如下：（为了美观，格式化输出如Console.Write("{0,-20}", ques[i] + operators[4]);表示向左对齐，占20个字符）

五、程序可改进处

程序的进度就是这样，但无可避免地也会有缺陷，接下来几周需要改进的有：

（1）目前的整数和分数都是正数，而负数没有考虑，考虑的话会负号和减号会混淆，虽然运算符前后有空格，可如果单独给负数加括号的话，会使算式可读性变差。

（2）目前遇到除零的问题，只是单单提及到除号紧跟着的操作数不能为零，可2 / (2-2)这种情况没有考虑，所以每次生成算式的时候，要先计算下结果，如果算式抛出异常则舍弃该算式重新生成。

（3）目前操作数和运算符的个数、范围都是固定的几个（随机生成），以后可能会将其参数化，比如-r表示操作数的范围，-n表示运算符的个数。

（4）目前没有考虑到用户输入异常的问题，以后要加入异常处理提醒用户正常输入。

(5) 目前生成的算式还没有检查是否重复，虽然这种情况发生的概率很小，但还是要检测/(ㄒoㄒ)/~~。初步想法是加法和乘法的运算符邻近的两个操作数是否满足交换律。

（6）由于括号的位置是随机生成的，这样就会出现（2+2）+ 4或者（2+3）这种无意义的括号，无意义只可意会不可言传，所以还没有想到好的解决方案。

（7）代码优化的必要性。目前是c#语言，能否扩展成网页程序、C语言等等？

总结下来，问题还是很多的～(￣▽￣～)(～￣▽￣)～！

posted on 2016-09-10 15:43 北洋五霸阅读(981) 评论(0) 编辑收藏举报

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