作业三：结对项目

这个作业属于哪个课程	软件工程
这个作业要求在哪里	结对项目
这个作业的目标	两人合作，根据需求完成一个四则运算题目生成器的开发
本次作业的仓库地址	项目地址

项目成员	学号
陈靖凯	3122004856
刘曦烨	3122004746

1. 各模块开发消耗时间（PSP表格）

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	10	5
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	360	240
Development	开发	335	315
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	10	5
· Design Spec	· 生成设计文档	15	10
· Design Review	· 设计复审	5	5
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	5	5
· Design	· 具体设计	30	30
· Coding	· 具体编码	180	210
· Code Review	· 代码复审	30	40
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	10	10
Reporting	报告	60	50
· Test Repor	· 测试报告	35	20
· Size Measurement	· 计算工作量	10	5
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	15	15
	· 合计	405	370

2. 设计过程

根据需求的描述，可以发现项目需要实现的功能大体可以分为三种

文件的写入
题目的生成
答案的计算
对于三个不同的功能，可以设计三个类分别实现对应的功能，在项目中，以上三个类分别为FileManager类、QuestionGenerator类和QuestionCalculator类，并通过主程序调用这些类实现完整的功能
类中各函数调用关系：
QuestionGenerator类

QuestionCalculator类

FileManager类

主程序main与各个类调用关系

3. 效能分析

由于项目开发使用的语言为python，故使用了cProfile库进行性能的分析，通过生成一万个题目，并输出关键函数的各种信息统计如下：

对应列的运行分析信息解释如下：

列表标题	解释
ncalls	函数调用次数
tottime	在给定函数中花费的总时间（不包括调用子函数的时间）
percall	tottime除以ncalls的商
cumtime	函数和所有子函数中花费的累积时间（从调用到退出）
percall	cumtime除以原始调用次数的商
filename:lineno(function)	提供每个函数的各自信息
综合以上信息发现，消耗时间最长的是生成题目的函数

显然，即使是生成一万个不重复的题目，运行耗时都极低，说明代码运行效率极高，无需优化

4. 关键代码及解释

生成题目表达式的关键函数：

    def generate_operation(self,max_operand):
     operators = ['+', '-', '×', '÷']
     num_operators = random.randint(1, 3)
     expression = str(random.randint(1, max_operand))

     for _ in range(num_operators):
        operator = random.choice(operators)
        operand = random.randint(1, max_operand)

        if operator == '÷':
            # 生成真分数
            numerator = random.randint(1, operand - 1) if operand > 1 else 1
            fraction = Fraction(numerator, operand)
            expression += f" {operator} {fraction}"
        else:
            if operator == '-':
                # 避免生成负数
                operand = random.randint(1, int(expression.split()[-1]))
            expression += f" {operator} {operand}"

        return expression

计算结果的函数：

 def evaluate_expression(expression):
        try:
            # 将真分数转换为浮点数进行计算
            expression = expression.replace('×', '*')
            result = eval(expression.replace('÷', '/'))
            # 如果结果是浮点数，将其转换为真分数
            if isinstance(result, float):
                return str(Fraction(result).limit_denominator())
            return str(result)
        except ZeroDivisionError:
            return "Undefined"

5. 测试过程

5.1 单元测试

通过使用pytest库进行单元测试，编写单元测试代码如下：

import pytest
from QuestionGenerator import QuestionGenerator
from QuestionCalculator import *

@pytest.fixture
def question_generator():
    return QuestionGenerator()
def test_generate_operation(question_generator):
    max_operand = 10
    for _ in range(10):  # 多次测试以确保随机性
        operation = question_generator.generate_operation(max_operand)
        assert isinstance(operation, str)
       
def test_generate_math_questions(question_generator):
    num_questions = 5
    max_operand = 10
    questions = question_generator.generate_math_questions(num_questions, max_operand)
    assert len(questions) == num_questions
    for question in questions:
        assert isinstance(question, str)

@pytest.fixture
def calculator():
    return Calculator()
def test_evaluate_expression_fraction_addition(calculator):
    expression = "1/2 + 1/3"
    result = calculator.evaluate_expression(expression)
    assert result == "5/6"
def test_evaluate_expression_integer_division(calculator):
    expression = "10 ÷ 2"
    result = calculator.evaluate_expression(expression)
    assert result == "5"
def test_evaluate_expression_divide_by_zero(calculator):
    expression = "5 ÷ 0"
    result = calculator.evaluate_expression(expression)
    assert result == "Undefined"
def test_calculate_answers(calculator):
    questions = ["2 + 2", "3 × 4", "10 ÷ 5"]
    expected_answers = ["4", "12", "2"]
    answers = calculator.calculate_answers(questions)
    assert answers == expected_answers

if __name__ == "__main__":
    pytest.main()

测试结果：