软件工程第五次作业--四则运算

题目

　　 （1）能自动生成小学四则运算题目；

　　 （2）能支持任意分数的四则运算；

　　 （3）能支持任意括号运算

思路

　　根据参数生成不定长度的表达式，以及能控制是否生成分数，能生成任意数量的中缀表达式，支持四则运算，括号运算以及分数运算

　　构造函数接口  def __init__(self, exps_num=10, num_l=1, num_r=10, exp_limit_len=10, has_fraction=True)

　　提供接口生成中缀表达式，返回表达式数据集 　　def create_express(self)

　　提供接口将中缀表达式化为后缀表达式　　def get_postfix(self, exp)

　　提供接口将后缀表达式进行计算并返回结果　　def cal_express(self, exp)

　　提供接口以用户友好方式显示中缀表达式　　def get_showExp(self, exp)

源代码

# -*- coding: utf-8 -*-
# author: 'boliang'
# date: 2018/4/18 21:04

import profile
import random
from fractions import Fraction

class Solution(object):
    def __init__(self, exps_num=10, num_l=1, num_r=10, exp_limit_len=10, has_fraction=True):
        self.__exps_num = exps_num
        self.__has_fraction = has_fraction
        self.__exp_limit_len = exp_limit_len
        self.__num_l = num_l
        self.__num_r = num_r

    # 生成中缀表达式
    def create_express(self):
        exps = []
        num = self.__exps_num
        while num > 0:
            num_len = random.randint(2, self.__exp_limit_len)
            tmp_len = num_len - 1
            exp = [self.__get_num(self.__has_fraction)]
            while tmp_len > 0:
                # 1为+，2为-，3为*，4为/
                op_flag = random.randint(1, 4)
                if op_flag == 1:
                    exp.append('+')
                elif op_flag == 2:
                    exp.append('-')
                elif op_flag == 3:
                    exp.append('*')
                else:
                    exp.append('/')
                exp.append(self.__get_num(self.__has_fraction))
                tmp_len -= 1

            brackets = random.randint(0, int(len(exp)/8))
            while brackets > 0:
                if self.__set_bracket(exp, num_len):
                    brackets -= 1

            exps.append(exp)
            num -= 1

        return exps


    def __set_bracket(self, exp, num_len):
        index_a = 0
        index_b = 0
        while index_a == index_b:
            rec = list(map(lambda x:random.randint(0, num_len-1), range(2)))
            index_a = min(rec) + 1
            index_b = max(rec) + 1

        cal = 0
        length = len(exp)
        for i in range(length):
            if type(exp[i]) != type('+'):
                cal += 1

            if cal == index_a:
                if i+1 <= length and exp[i+1] == ')':
                    return False
                exp.insert(i, '(')

        cal = 0

        for i in range(len(exp)):
            if type(exp[i]) != type('+'):
                cal += 1

            if cal == index_b:
                if i-1 >= 0 and exp[i-1] == '(':
                    return False
                exp.insert(i+1, ')')
                break

        return True

    # 生成一个数, 包括分数
    def __get_num(self, has_fraction=True):

       # 生成包括有分数
        if has_fraction:
            # 80%几率为整数
            flag = random.randint(1, 10)
            if flag <= 8:
                return self.__get_num(False)
            else:
                 return Fraction(self.__get_num(False), self.__get_num(False))
        # 生成整数
        else:
            return random.randint(self.__num_l, self.__num_r)

    # 计算后缀表达式
    def cal_express(self, exp):
        record = []
        for val in exp:
            if type(val) == type('+'):
                b = record.pop(-1)
                a = record.pop(-1)
                if val == '+':
                    record.append(a+b)
                elif val == '-':
                    record.append(a-b)
                elif val == '*':
                    record.append(a*b)
                else:
                    record.append(a/b)
            else:
                record.append(val)

        return record[0]

    # 通过中缀表达式得到后缀表达式
    def get_postfix(self, exp):
        l_ops = {
            '(': 1, '*': 5, '/': 5,
            '+': 3, '-': 3, ')': 6
        }

        r_ops = {
            '(': 6, '*': 4, '/': 4,
            '+': 2, '-': 2, ')': 1
        }

        op_stack = []
        post_stack = []
        for val in exp:
            if type(val) != type('+'):
                post_stack.append(val)
            elif len(op_stack) > 0:
                while len(op_stack) > 0 and l_ops[op_stack[-1]] >= r_ops[val]:
                    if op_stack[-1] != '(' and op_stack[-1] != ')':
                        post_stack.append(op_stack.pop(-1))
                    else:
                        op_stack.pop(-1)

                op_stack.append(val)
            else:
                op_stack.append(val)

        while len(op_stack) > 0:
            if op_stack[-1] != '(' and op_stack[-1] != ')':
                post_stack.append(op_stack.pop(-1))
            else:
                op_stack.pop(-1)

        return post_stack


    def get_showExp(self, exp):
        op = {'+': '+', '-': '-', '*': '×', '/': '÷', '(':'(', ')':')'}
        jud_fun = lambda val: str(val) if type(val) != type('+') else op[val]
        return ' '.join(map(jud_fun, exp))


# 测试函数
def test():
    # 1. 测试程序自动生成10组表达式数据(包括分数和括号运算)
    # 2. 测试通过中缀表达式计算得到后缀表达式
    # 3. 根据后缀表达式计算结果（包括分数)

    # 设置接口参数
    # 表达式个数
    express_num = 10
    # 生成的数的下界
    num_l = 1
    # 生成的数的上界
    num_r = 10
    # 表达式的数字个数
    exp_limit_len = 10
    # 是否会生成分数
    has_fraction = True

    sol = Solution(express_num, num_l, num_r, exp_limit_len, has_fraction)

    # 生成中缀表达式
    exps = sol.create_express()


    for ind, exp in enumerate(exps):
        print('.......................................')
        print('第{0}条表达式：{1}'.format(ind+1, exp))
        tmp = sol.get_postfix(exp)
        print('后缀表达式为：{0}'.format(tmp))
        print('用户界面中显示的表达式：{0}'.format(sol.get_showExp(exp)))
        print('运算结果为：{0}'.format(sol.cal_express(tmp)))
        print('.......................................')


if __name__ == '__main__':
    profile.run('test()')

根据单元测试，测试结果如下

 

效能分析, 运用Python profile库

 

PSP表格

	预计耗时（分钟）	是实际耗时（分钟）
Planning	计划	10	10
Estimate	估计这个任务需要多少时间	100	100
Development	开发	120	240
Analysis	需求分析	5	10
Design Spec	生成设计文档	3	23
Design Review	设计复审（和同事审核设计文档）	2	2
Coding Standerd	代码规范（为目前的开发制定合适的规范）	3	3
Design	具体设计	5	10
Coding	具体编码	30	60
Code Review	代码复审	5	10
Text	测试（自测，修改代码，提交修改）	10	30
Reporting	报告	10	20
Text Report	测试报告	10	20
Size Measurement	计算工作量	5	5
Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结，并提出过程改进计划	5	5
Sum	合计	215	420