结对项目

结对项目：四则运算

一.成员与作业要求

姓名	学号	GitHUb地址
李佳韩	3123004357	https://github.com/Ljhwswa/SiZeYunSuan
吴凯明	3123004326	https://github.com/Ilya469/SiZeYunSuan2#

这个作业属于哪个课程	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/SoftwareEngineeringClassof2023
这个作业的要求在哪里	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/SoftwareEngineeringClassof2023/homework/13326
这个作业的目标	体会合作做项目的感受，体会整个项目开发的全过程

二.PSP2.1表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	40	40
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	640	810
Development	·开发	160	240
Analysis	·需求分析 (包括学习新技术)	30	30
· Design Spec	· 生成设计文档	30	30
· 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)	40	40
· Design	·具体设计	60	60
· Coding	·具体编码	100	180
·Code Review	· 代码复审	30	40
·Test	·测试（自我测试，修改代码，提交修改）	30	30
Reporting	报告	30	30
· Test Repor	·测试报告	10	10
· 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	640	810

三.性能分析

分析：在该项目中，我们发现消耗性能最大的函数时用来实现生成答案的函数，同时在该函数上我们也花了很多心思去设计与实现，这个结果也在我们的预料之中。

四.设计实现过程

1. 代码组织
代码主要分为以下几个部分：

随机数生成器：用于生成随机数、随机分数和随机运算符。

表达式生成：生成随机的数学表达式。

表达式计算：计算生成的表达式的值。

文件操作：生成练习题文件、答案文件，并判断用户答案的正确性。

主函数：解析命令行参数并调用相应的函数。

2. 函数设计
代码中定义了多个函数，每个函数负责一个特定的任务。以下是主要函数及其功能：

(2.1) generateNaturalNumber(int max)
功能：生成一个随机的自然数，范围在 1 到 max-1 之间。

实现：使用 uniform_int_distribution 生成随机数。


（2.2） generateFraction(int max)
功能：生成一个随机的真分数。

实现：生成两个随机数作为分子和分母，确保分子小于分母。

(2.3) generateOperator()
功能：随机生成一个运算符（+, -, *, /）。

实现：从预定义的运算符列表中随机选择一个。

(2.4) generateExpression(int max, int depth = 0)*
功能：生成一个随机的数学表达式。

实现：

递归生成表达式，最多包含3个运算符。

随机选择生成自然数、真分数或子表达式。

确保减法不产生负数，除法结果为真分数。

(2.5) calculateExpression(const string& expr)
功能：计算表达式的值。

（2.6） generateExercisesAndAnswers(int numExercises, int maxNumber, const string& exerciseFile, const string& answerFile)
功能：生成指定数量的练习题和对应的答案，并写入文件。

实现：

使用 generateExpression 生成表达式。

使用 calculateExpression 计算答案。

确保生成的表达式唯一。

（2.7） gradeAnswers(const string& exerciseFile, const string& answerFile, const string& gradeFile)
功能：判断用户答案的正确性并统计结果。

实现：

读取练习题和用户答案。

使用 calculateExpression 计算正确答案。

比较用户答案和正确答案，统计正确和错误的题目。

五.关键代码

1.随机表达式生成

string generateExpression(int max, int depth = 0) {
    if (depth >= 3) {
        // 最多3个运算符
        return to_string(generateNaturalNumber(max));
    }

    string expr;
    int choice = generateNaturalNumber(3); // 随机选择生成自然数或真分数或子表达式
    if (choice == 1) {
        expr = to_string(generateNaturalNumber(max));
    }
    else if (choice == 2) {
        expr = generateFraction(max);
    }
    else {
        expr = "(" + generateExpression(max, depth + 1) + ")";
    }

    char op = generateOperator();
    string nextExpr = generateExpression(max, depth + 1);

    // 确保减法不产生负数
    if (op == '-' && expr < nextExpr) {
        swap(expr, nextExpr);
    }

    // 确保除法结果为真分数
    if (op == '/' && expr >= nextExpr) {
        swap(expr, nextExpr);
    }

    return expr + " " + op + " " + nextExpr;
}

功能：生成一个随机的数学表达式。

思路：

递归生成表达式，最多包含3个运算符。

随机选择生成自然数、真分数或子表达式。

确保减法不产生负数，除法结果为真分数。

2.生成练习题和答案

void generateExercisesAndAnswers(int numExercises, int maxNumber, const string& exerciseFile, const string& answerFile) {
    ofstream exerciseOut(exerciseFile);
    ofstream answerOut(answerFile);

    set<string> uniqueExercises;

    for (int i = 1; i <= numExercises; ++i) {
        string expr;
        do {
            expr = generateExpression(maxNumber);
        } while (uniqueExercises.count(expr));

        uniqueExercises.insert(expr);

        exerciseOut << expr << " =" << endl;
        double answer = calculateExpression(expr);
        answerOut << fixed << setprecision(2) << answer << endl;
    }
}

功能：生成指定数量的练习题和对应的答案，并写入文件。

思路：

使用 generateExpression 生成随机表达式。

使用 set 确保生成的表达式唯一。

使用 calculateExpression 计算表达式的值。

将练习题和答案分别写入 exerciseFile 和 answerFile。

3.判断答案并统计结果

void gradeAnswers(const string& exerciseFile, const string& answerFile, const string& gradeFile) {
    ifstream exerciseIn(exerciseFile);
    ifstream answerIn(answerFile);
    ofstream gradeOut(gradeFile);

    vector<int> correct, wrong;
    int index = 1;
    string expr, answer;

    while (getline(exerciseIn, expr) && getline(answerIn, answer)) {
        double calculatedAnswer = calculateExpression(expr);
        double givenAnswer = stod(answer);

        if (abs(calculatedAnswer - givenAnswer) < 1e-6) {
            correct.push_back(index);
        }
        else {
            wrong.push_back(index);
        }
        ++index;
    }

    gradeOut << "Correct: " << correct.size() << " (";
    for (size_t i = 0; i < correct.size(); ++i) {
        gradeOut << correct[i];
        if (i < correct.size() - 1) gradeOut << ", ";
    }
    gradeOut << ")" << endl;

    gradeOut << "Wrong: " << wrong.size() << " (";
    for (size_t i = 0; i < wrong.size(); ++i) {
        gradeOut << wrong[i];
        if (i < wrong.size() - 1) gradeOut << ", ";
    }
    gradeOut << ")" << endl;
}

功能：判断用户答案的正确性并统计结果。

思路：

读取练习题文件和用户答案文件。

使用 calculateExpression 计算正确答案。

比较用户答案和正确答案，统计正确和错误的题目。

将结果写入** gradeFile**。

6.测试

7.项目小结

在这个项目中我们两个人，考虑了很多东西，从项目开始对整个项目的思考。首先考虑需求的实现，我们用c++的语言来实现，发现实现该项目需要用到几个关键的函数，上文也有提到这三个关键步骤。主要时间花费在技术实现上面，编写函数的时候总出现报错问题，反复改错，花费的时间最多。尽管还不太完善，比如表达式计算的改进等方面。
结对感受：合作过程中，可以共享很多对于该项目的想法，尽管有时候不同，不过总能取长补短，互相理解，最后达成一致。技术上我们也有很多讨论，对于关键技术的实现，在困难点的地方凯明有很多解决思路，思维很敏捷。佳韩能注意到很多细节，是很容易忽略的，很多细节实现帮了大忙。我们都认为实现一个项目，只靠一个人很容易走进死胡同，遇到困难其实一个人很容易放弃，有同伴的话就会有做下去的动力。对于一个大项目，肯定需要更多的人来一起齐心协力去实现。