结对编程作业

本次作业要求：小学老师要每周给同学出300道四则运算练习题。两个运算符，100 以内的数字，不需要写答案。需要检查答案是否正确，并且保证答案在 0..1000 之间 尽可能地多设置一些条件。
本人（2352731）与同学（2352730）共同完成了该次作业，以下是本次作业的算法设计思路、程序代码、运算结果、结对编程作业体会等。

算法设计思路：
首先在 MathExerciseGenerator 类中定义了存储加减乘除运算符的常量数组 OPERATORS，创建 Random 实例用于随机生成操作数和运算符，创建 Scanner 实例用于读取用户输入；在 main 方法里调用 generateExercises 方法生成 300 道练习题并启动考试；generateExercises 方法借助 while 循环不断生成练习题，每次循环随机生成三个 0 到 100 之间的整数和两个随机运算符，调用 evaluateExpression 方法计算表达式结果，若结果不为 null 且在 0 到 1000 之间，就格式化表达式并添加到练习题列表中；evaluateExpression 方法先获取两个运算符的优先级，依据优先级决定计算顺序，先计算优先级高的运算符，调用 calculate 方法进行具体运算；startExam 方法初始化正确题数计数器，遍历练习题列表，依次显示题目，调用 getValidInput 方法确保用户输入有效整数，将用户答案与正确答案比较并统计正确题数，最后调用 printStatistics 方法打印考试结果。对于除法部分，我们采用了保留除法结果的整数部分，去除小数部分。

程序代码`package Test1;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

/**

• 数学练习生成器类，用于生成数学练习题并进行考试模拟。
  /
  public class MathExerciseGenerator {
  private static final String[] OPERATORS = {"+", "-", "", "/"};
  private static final Random random = new Random();
  private static final Scanner scanner = new Scanner(System.in);

  public static void main(String[] args) {
  List exercises = generateExercises(300);
  startExam(exercises);
  }

  //生成指定数量的数学练习题。
  private static List generateExercises(int count) {
  List exercises = new ArrayList<>();
  while (exercises.size() < count) {
  // 随机生成三个 0 到 100 之间的整数
  int a = random.nextInt(101);
  int b = random.nextInt(101);
  int c = random.nextInt(101);
  // 随机选择两个运算符
  String op1 = OPERATORS[random.nextInt(4)];
  String op2 = OPERATORS[random.nextInt(4)];
  //计算表达式的结果
  Integer answer = evaluateExpression(a, b, c, op1, op2);
  if (answer != null && answer >= 0 && answer <= 1000) {
  String expression = formatExpression(a, b, c, op1, op2);
  exercises.add(new Question(expression, answer));
  }
  }
  return exercises;
  }

  //开始考试
  private static void startExam(List exercises) {
  int correctCount = 0;
  int count = 300;
  System.out.println("======== 开始答题 ========");
  for (int i = 0; i < exercises.size(); i++) {
  Question q = exercises.get(i);
  System.out.printf("第%3d题：%s = ", i+1, q.expression);

       int userAnswer = getValidInput();
       if (userAnswer == q.answer) {
           correctCount++;
           System.out.println("✓ 正确");
       } else {
           System.out.printf("✗ 错误 (正确答案: %d)\n", q.answer);
       }
       System.out.println("还剩余" + --count +"题");
   }
  
   printStatistics(exercises.size(), correctCount);
  

  }

  //从控制台获取用户输入的有效整数答案。
  private static int getValidInput() {
  while (true) {
  try {
  return Integer.parseInt(scanner.nextLine().trim());
  } catch (NumberFormatException e) {
  System.out.print("输入无效，请重新输入整数答案：");
  }
  }
  }

  //打印考试统计信息，包括总题数、正确题数、错误题数和正确率。
  private static void printStatistics(int total, int correct) {
  double accuracy = (correct * 100.0) / total;
  System.out.println("\n======== 考试结果 ========");
  System.out.printf("总题数：%d\n", total);
  System.out.printf("正确题数：%d\n", correct);
  System.out.printf("错误题数：%d\n", total - correct);
  System.out.printf("正确率：%.2f%%\n", accuracy);
  }

  static class Question {
  String expression;
  int answer;

   Question(String expression, int answer) {
       this.expression = expression;
       this.answer = answer;
   }
  

  }
  private static Integer evaluateExpression(int a, int b, int c, String op1, String op2) {
  //获取第一个运算符的优先级
  int precedence1 = getPrecedence(op1);
  //获取第二个运算符的优先级
  int precedence2 = getPrecedence(op2);

   Integer intermediate;
   Integer result;
  
   if (precedence1 >= precedence2) {
       intermediate = calculate(a, op1, b);
       if (intermediate == null) return null;
       result = calculate(intermediate, op2, c);
   } else {
       intermediate = calculate(b, op2, c);
       if (intermediate == null) return null;
       result = calculate(a, op1, intermediate);
   }
   return result;
  

  }
  //将三个操作数和两个运算符格式化为数学表达式字符串。
  private static String formatExpression(int a, int b, int c, String op1, String op2) {
  return String.format("%d %s %d %s %d", a, op1, b, op2, c);
  }
  private static int getPrecedence(String op) {
  return (op.equals("+") || op.equals("-")) ? 1 : 2;
  }
  private static Integer calculate(int num1, String op, int num2) {
  switch (op) {
  case "+": return num1 + num2;
  case "-": return num1 - num2;
  case "*": return num1 * num2;
  case "/":
  if (num2 == 0) return null;
  //对于除法，去除小数部分，只保留整数部分
  return num1 / num2;
  default: return null;
  }
  }

}`
运算结果：

结对编程作业体会：
从合作的角度来看，与伙伴的协作极大地提升了我们的工作效率。在项目开始初期，我们对整体的架构设计进行了深入的讨论，充分发挥各自的优势，一个人擅长逻辑思考，负责算法的设计，另一个人则对 Java 的语法和库函数更为熟悉，负责代码的具体实现。通过这样的分工，我们能够快速地确定了代码的大致框架，避免了许多不必要的弯路。
然而，合作过程中也不可避免地遇到了一些挑战。由于我们的编程习惯和思维方式有所不同，在代码风格和实现细节上存在一些分歧。但正是这些分歧促使我们更加深入地思考问题，通过多次的沟通和交流，我们最终达成了共识，找到了一个最优的解决方案。这让我深刻体会到，在团队合作中，沟通是解决问题的关键，只有充分尊重对方的意见，才能实现共同的目标。
在技术层面，这个项目让我对 Java 语言有了更深入的理解。通过使用 Random 类和 Scanner 类，我更加熟练地掌握了 Java 的随机数生成和用户输入处理的方法。同时，在实现表达式计算的过程中，我学会了如何利用运算符优先级来设计算法，提高了自己的逻辑思维能力。在处理异常情况时，如用户输入无效的整数，我们使用了 try-catch 语句来捕获 NumberFormatException，这让我对 Java 的异常处理机制有了更深刻的认识。
回顾整个作业过程，我不仅提升了自己的编程技能，还学会了如何与他人有效地合作。在未来的学习和工作中，我将继续发扬团队合作的精神，不断提升自己的技术水平，努力解决更多更复杂的问题。我相信，这次的作业经历将成为我宝贵的财富，帮助我在编程的道路上不断前进。