结对作业

第三次

结对项目

这个作业属于哪个课程	< 网工1934-软件工程 >
这个作业要求在哪里	作业要求
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

成员: 3119005336 潘新坤 31190005333 刘宇杰

Github项目链接

一、PSP表格

*PSP2.1*	*Personal Software Process Stages*	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	1090	1100
Development	开发
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	100	120
· Design Spec	· 生成设计文档	30	50
· Design Review	· 设计复审	30	30
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	60	80
· Design	· 具体设计	50	100
· Coding	· 具体编码	360	400
· Code Review	· 代码复审	60	60
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	200	300
Reporting	报告
· Test Repor	· 测试报告	50	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	30	30
	· 合计	1090	1240

二、设计过程：

​ 第一阶段：先做生成普通的不带符号的式子，写一个把数字都做成真分子的规范类，四则运算的真分数算法

​ 第二阶段：实现批量成题目，并实现IO流写入txt，增加生成括号方法，运用逆波兰算法，也是考虑到后面还要查重的实现，选择用的逆波兰算法

​ 第三阶段：实现查重算法，实现了对用户答案的评分，对于减法的答案不小于等于零算法优化，对除法除数不为零算法优化，对乘法乘数不为零算法优化

​ 第四阶段：测试阶段，对出现的bug进行优化改进。

三、算法流程图：

项目结构：

四、类分析：

类名	功能
Main	主类
Calculation	计算类，传入一个中缀表达式进行运算
Check	查重类
GenerateExpression	题目组件生成类，生成一堆数字和运算符及括号
Expression	题目生成类，将GenerateExpression类生成的组件整合成一道题目
Fraction	真分数规范类，内含四则运算
TxtIO	IO类，实现txt文件的写入和读取

Fraction真分数规范类

Fraction类是整个程序的基础，要求里提到真分数要有运算方法，故我们把所有数字都定义为真分子，即每生成一个数都是由一个分子和一个分母组成，经过约分化简，表现出来的形式有3'1/2（三又二分之一），2/5（五分之二），3（三）这三种表现形式，该类内含四则运算

Calculation计算类：

传入一个中缀表达式，将该表达式里的内容用 List 存储，然后将中缀表达式转化为后缀表达式（此用逆波兰算法）

学习视频：尚硅谷Java数据结构与java算法（Java数据结构与算法）_哔哩哔哩_bilibili

Check 查重类

从老师给出的要求中，查重的核心在检查计算过程的重复，故逆波兰算法完全符合要求

1. 对于运算符+ ×，首先是两个式子运算符相同，其次是参与运算的数相同，允许位置交换，例：1+2 和 2+1 也可认为相同

2. 对于运算符- ÷，首先是两个式子运算符相同，其次是参与运算的数相同，运算数的顺序也相同，不允许位置交换，例：1÷2 和 1÷2 可可认为相同，1÷2 和 2÷1 不可认为相同

3. 有一种特殊情况，即三个运算符，式子左右两个括号，若直接按照上面的思路处理，会出现错误，例：
   (1+2)+(3+4)==> 逆波兰式：1 2 + 3 4 + +
   运算顺序：1 2 + 3 4 + +

(3+4)+(1+2)==> 逆波兰式：3 4 + 1 2 + +
运算顺序：3 4 + 1 2 + +

4. 判断原式中间运算符是否相同，不相同直接得出两式直接不相同的结果

5. 判断A式左边括号内的式子与B式左边括号内的式子是否相同

   1. 相同的话，再判断A式右括号内的式子与B式右括号内的式子是否相同，得出结果
   2. 不相同的话，先判断原始中间运算符是否为减号或除号，若是，直接返回不相同的结果；若不是，接着判断A式左括号内的式子与B式右括号内的式子是否相同
      1. 相同的话，再判断A式右括号内的式子与B式左括号内的式子是否相同，得出结果
      2. 不相同的话，得出结果

GenerateExpression题目组件生成类

创建一个数字数组、运算符数组、左括号数组及括号数组，生成一道题目所需的数字和运算符及括号并分别存入前面四个数组。其中，生成的数字为Faction类型，运算符随机为"+","-","×","÷"。如果生成的题目重复或不能计算即重新生成题目。用Set集合的方法记录随机生成的左右括号位置对，即实现了去重的需求，对于无效括号，进行移除。

附括号生成及查重算法：

// 以下将括号的位置记录下来
// 假设运算符3，最多3个括号，所以应该是实际运算符个数+1 [0,4)
Set<String> indexSet = new TreeSet<>();
int bracketCounts = random.nextInt(actualOperationCounts + 1);  // 括号个数
while (bracketCounts > 0) {
    int leftIndex = random.nextInt(actualOperationCounts);
    int rightIndex = random.nextInt(actualOperationCounts - leftIndex + 1) + leftIndex;
    if (leftIndex == rightIndex) {
        continue;
    }
    indexSet.add(leftIndex + ":" + rightIndex);
    bracketCounts--;
}
indexSet.remove("0:" + actualOperationCounts); // 移除最外层括号（无效括号）
for (String temp : indexSet) {
    String[] index = temp.split(":");
    expression.getLeftBrackets()[Integer.parseInt(index[0])]++;
    expression.getRightBrackets()[Integer.parseInt(index[1])]++;
}

//优化重复括号和开头末尾括号
//循环遍历左括号，除去(((Number)) + )的情况
for (i = 0; i < actualOperationCounts; i++) {
    if (expression.getRightBrackets()[i] > 0) {
        int num = Math.min(expression.getLeftBrackets()[i], expression.getRightBrackets()[i]);
        expression.getLeftBrackets()[i] -= num;
        expression.getRightBrackets()[i] -= num;
    }
}

Expression题目生成类

将上述GenerateExpression类生成的数字、运算符、左右括号整合成一道题目

重写 toString()：

@Override
    public String toString() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < data.length; i++) {

            for (int j = 0; j < leftBrackets[i]; j++) {
                stringBuilder.append("( ");
            }
            stringBuilder.append(data[i].toString()+" ");
            for (int j = 0; j < rightBrackets[i]; j++) {
                stringBuilder.append(") ");
            }
            if (i < operators.length) {
                stringBuilder.append(operators[i]+" ");
            }
        }
        return stringBuilder.toString();
    }

TxtIOIO类

实现了txt文件的清空、写入和读取三个方法，每次写入前，都给txt文件进行清空后再写入，避免了多次测试需要手动删除文件的内容。

值得一提的是，对于字符串"."的分割，需要照下面写法才可。

String[] temp = line.split("\\.");

Main主类

对各个工具类进行调用整合，对作业要求进行实现。

五、性能分析

测试了一万道的性能：

六、运行测试

传入参数：

一万道题目及答案

输入题目及答案评分：

七、项目小结

潘新坤：值得一说这是我第一次和同学共同合作开发一个项目，与别人合作写代码，需要提前构建好项目结构，并分配各自的任务，并且自己写的代码需要比平时更加规划，毕竟每个人的代码形式都有自己的风格，所以平时的交流也显得非常重要。

刘宇杰：因为我们是舍友关系，所有对很多算法可以当面讨论，当然这也我们第一次用GitHub合作做一个项目，在他的GitHub建了一个仓库，然后给了我权限。之后我们的合作是，一起讨论算法，我负责写规范类，他负责写工具类和算法的实现，最后的测试和博客由我负责。合作的过程中就越发感到代码规范的重要性，做好代码规范才能做大做强。