小学四则运算生成器

Github项目地址：https://github.com/bravedreamer/test/tree/master/Arithmetic
在线预览：https://bravedreamer.github.io/test/Arithmetic/index.html

项目合作者：吴尚谦 3118004977 吴茂平3118004976

1.题目说明

实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序（也可以用图像界面，具有相似功能）。
自然数：0, 1, 2, …。

真分数：1/2, 1/3, 2/3, 1/4, 1’1/2, …。
运算符：+, −, ×, ÷。
括号：(, )。
等号：=。
分隔符：空格（用于四则运算符和等号前后）。
算术表达式：
e = n | e1 + e2 | e1 − e2 | e1 × e2 | e1 ÷ e2 | (e),

其中e, e1和e2为表达式，n为自然数或真分数。

四则运算题目：e = ，其中e为算术表达式。

需求：

1. 使用 -n 参数控制生成题目的个数，例如Myapp.exe -n 10，将生成10个题目。

2. 使用 -r 参数控制题目中数值（自然数、真分数和真分数分母）的范围，例如Myapp.exe -r 10
   将生成10以内（不包括10）的四则运算题目。该参数可以设置为1或其他自然数。该参数必须给定，否则程序报错并给出帮助信息。

3. 生成的题目中计算过程不能产生负数，也就是说算术表达式中如果存在形如e1− e2的子表达式，那么e1≥ e2。

4. 生成的题目中如果存在形如e1÷ e2的子表达式，那么其结果应是真分数。

5. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。

6. 程序一次运行生成的题目不能重复，即任何两道题目不能通过有限次交换+和×左右的算术表达式变换为同一道题目。例如，23 + 45 = 和45 + 23 = 是重复的题目，6 × 8 = 和8 × 6 = 也是重复的题目。3+(2+1)和1+2+3这两个题目是重复的，由于+是左结合的，1+2+3等价于(1+2)+3，也就是3+(1+2)，也就是3+(2+1)。但是1+2+3和3+2+1是不重复的两道题，因为1+2+3等价于(1+2)+3，而3+2+1等价于(3+2)+1，它们之间不能通过有限次交换变成同一个题目。
   生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件，格式如下：
   四则运算题目1
   四则运算题目2
   ……
   其中真分数在输入输出时采用如下格式，真分数五分之三表示为3/5，真分数二又八分之三表示为2’3/8。

7. 在生成题目的同时，计算出所有题目的答案，并存入执行程序的当前目录下的Answers.txt文件，格式如下：
   答案1
   答案2
   特别的，真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

8. 程序应能支持一万道题目的生成。

9. 程序支持对给定的题目文件和答案文件，判定答案中的对错并进行数量统计，输入参数如下：
   Myapp.exe -e .txt -a .txt
   统计结果输出到文件Grade.txt，格式如下：
   Correct: 5 (1, 3, 5, 7, 9)
   Wrong: 5 (2, 4, 6, 8, 10)
   其中“:”后面的数字5表示对/错的题目的数量，括号内的是对/错题目的编号。为简单起见，假设输入的题目都是按照顺序编号的符合规范的题目

2.PSP:

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	15
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	960	1365
Development	开发	840	1320
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	30	15
· Design Spec	· 生成设计文档	20	20
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	10	5
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	10	10
· Design	· 具体设计	10	10
· Coding	· 具体编码	720	1230
· Code Review	· 代码复审	10	10
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	30	20
Reporting	报告	40	30
· Test Report	· 测试报告	20	10
· Size Measurement	· 计算工作量	10	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	10	10
合计		910	1365

3.效能分析

随着生成的题目数量不断加大，这部分函数的消耗将会随着题目数量增大而不断增大

createQuestion(){//生成多道题目
			  //初始化数据列表
			 ...
			  
			  let questionData=[]
		  			for(let i=0;i<this.form.questionNum;){
		  				let content=this.createQuestionInfo()
		  				let answer=content.answer
		  				let question=content.question
		  				
		  				if(answer>=0){
		  					this.form.questionList[i]=question
		  					this.form.answerList[i]=answer
							let tag={}
							tag.question=question+answer
							tag.index=i+1
							questionData[i]=tag
		  					i++
		  				}
		  			}
					this.tableData=questionData
		  },

4.实现思路

5.关键代码分析

各函数功能基本在一个vue内实现，较为清晰。

new Vue({
	...
	beforeCreate() {
				// 读取文件
				FileReader.prototype.reading = function ({encode} = pms) {
					let bytes = new Uint8Array(this.result);    //无符号整型数组
					let text = new TextDecoder(encode || 'UTF-8').decode(bytes);
					return text;
				};
				/* 重写readAsBinaryString函数 */
				FileReader.prototype.readAsBinaryString = function (f) {
					if (!this.onload)       //如果this未重写onload函数，则创建一个公共处理方式
						this.onload = e => {  //在this.onload函数中，完成公共处理
							let rs = this.reading();
							console.log(rs);
						};
					this.readAsArrayBuffer(f);  //内部会回调this.onload方法
				};
	},
	methods:{
		...
		   		  
		tableRowClassName({row, rowIndex}) {//改变表格样式
				  ...
			  },
			  
		createOperationArr(arr1,arr2){//合并已生成的运算数数组和运算符数组
			let operationArr=[]
			let question=""
			
			for(let i=0;i<arr2.length;i++){
				question+=(arr1[i]+arr2[i])
				operationArr.push(arr1[i])
				operationArr.push(arr2[i])
				if(i==(arr2.length-1)) {
					question+=arr1[(i+1)]
					operationArr.push(arr1[(i+1)])
					}
			}
		   return {operationArr,question}
		},
		
		createQuestionInfo(){//创建一道题目的运算符和运算数
			  let operation=[" + ", " − ", " × ", " ÷ ", " / "," = "]//保存相关运算符
			  let operationTime=Math.floor(Math.random() * (3 - 1+1)+1)//运算次数
			  
			  //随机生成运算符
			  let operationSymbol=[]//保存生成的运算符
			  for(let k=0;k<operationTime;){
				  let i=Math.floor(Math.random() * (4 - 0+1))
				  
				  if(i==4){
					  if(operationSymbol.length>0&&operationSymbol[operationSymbol.length-1]==operation[i]){
						  
					  }else{
						  operationSymbol[operationSymbol.length]=operation[i]
					  }
				  }else{
					  operationSymbol[operationSymbol.length]=operation[i]
					  k++
				  }
				  
			  }
			  
			  // Math.floor(Math.random()*(n-m+1))+m 取m-n之间的随机数 [m,n]
			  //随机生成运算数
			  let operationTagNumber=[]//保存生成的运算数
			  for(let k=0;k<=operationSymbol.length;){
				  let last=k-1
				  
				  if(k>0&&(operationSymbol[last]==operation[4]||operationSymbol[last]==operation[3])){
					  let t=Math.floor(Math.random() * (Number(this.form.max) - Number(this.form.min))) +Number(this.form.min)
					  if(operationSymbol[last]==operation[4]&&t!=0&&operationTagNumber[last]<=t){
						  operationTagNumber[k]=t
						  k++	
					  }
					  if(t!=0&&operationSymbol[last]==operation[3]){
						  operationTagNumber[k]=t
						  k++
					  }
				  }else{
					  operationTagNumber[k]=Math.floor(Math.random() * (Number(this.form.max) - Number(this.form.min))) +Number(this.form.min)
					  k++
				  }
			  }
			  
			  let content=this.createOperationArr(operationTagNumber,operationSymbol)
			  let operationArr=content.operationArr
			  let question=content.question
			  question+=operation[5]
			  
			  operationArr=this.getRPN(operationArr)
			  let answer=this.getResult(operationArr)
			  
			  return{question,answer}
		},
		createQuestion(){//生成多道题目
			//初始化数据列表
			...
			
			let questionData=[]
					for(let i=0;i<this.form.questionNum;){
						...

						for(let j=0;j<this.form.questionList.length;j++){
							if(this.form.questionList[j]==question){//检查生成的题目是否重复
								isRepeat=true
								break;
							}else{
								isRepeat=false
							}
						}
						if(answer>=0&&!isRepeat){
							this.form.questionList[i]=question
							this.form.answerList[i]=answer
						  let tag={}
						  tag.question=question+answer
						  tag.index=i+1
						  questionData[i]=tag
							i++
						}
					}
				  this.tableData=questionData
		},
		getRPN(arr){//中缀表达式转后缀表达式
			let  symbolPriority = {//确定运算优先级
			  " # ": 0,
			  " + ": 1,
			  " − ": 1,
			  " × ": 2,
			  " ÷ ": 2,
			  " / ": 3
			}
			let operand=[]//保存运算数的栈
			let operator=[]//保存运算符的栈
			arr.unshift(" # ")//方便进行运算优先级比较
			
			for(let i=0;i<arr.length;i++){
				if(typeof(arr[i])=="number"){
				   operand.push(arr[i])
				}else{
					switch (true){
						case (arr[i]==' ( '||operator.slice(-1)[0]==' ( '):
							operator.push(arr[i]);
							break;
						case (arr[i] == ' ) '):
							do{
								 operand.push(operator.pop());
							}while(operator.slice(-1)[0] != " ( ")
							operator.pop()
							break;
						default:
							if(operator.length == 0){
									operator.push(arr[i]);
								}else if(symbolPriority[operator.slice(-1)[0]]>=symbolPriority[arr[i]]){
									do{
									  operand.push(operator.pop());
									}while (symbolPriority[arr[i]]<=symbolPriority[operator[operator.length-1]])
								  operator.push(arr[i]);
								}else {
									 operator.push(arr[i]);
								}
							break;
					}
				}
			}
			operator.forEach(function(){
					operand.push(operator.pop());
				});
			operator.pop();//弹出"#"
			return operand;
		},
		getResult(arr){//获取计算结果
			let result=[]//用于保存结果
			let count
			for(let i=0;i<arr.length;i++){
				if(typeof(arr[i])=='string'){
					....
				}else{
					result.push(arr[i])
				}
			}
			return result[0]
		},
		downloadQuestion(){//下载题目和答案的txt文件
			let questionContent=""//题目内容
			let answerContent=""//答案内容
			if(this.form.questionList.length!=0){
				let name1="Exercises"
				let name2="Answers"
				for(let i=0;i<this.form.questionList.length;i++){
					questionContent+=(i+1)+"、"+this.form.questionList[i]+"\n"
					answerContent+=(i+1)+"、"+this.form.answerList[i]+"\n"
				}
				this.download(name1,questionContent)
				this.download(name2,answerContent)
			}else{
				this.$alert('题目列表为空，请重新生成题目', '', {
						  confirmButtonText: '确定',
						});
			}
		},
		
		download(filename, text){//下载TXT文件
			let element = document.createElement('a');
			 element.setAttribute('href', 'data:text/plain;charset=utf-8,' + encodeURIComponent(text));
			 element.setAttribute('download', filename);
			
			 element.style.display = 'none';
			 document.body.appendChild(element);
			
			 element.click();
			
			 document.body.removeChild(element);
		},
		beforeUpload(file){//上传文件
				this.fileList = [file]
				console.log('选择了文件beforeUpload')
				// 读取数据
				this.read(file);
				return false
			},
		read(f) {//解析上传过来的文件
					let rd = new FileReader();
					rd.onload = e => {  
					//this.readAsArrayBuffer函数内，会回调this.onload函数。在这里处理结果
						let cont = rd.reading({encode: 'UTF-8'});
					  this.fileData.push(cont)
						let  formerData = this.textData;
						this.textData = formerData + "\n" + cont;
					};
					rd.readAsBinaryString(f);
				  
			},
		  compareAnswer(){//检查上传过来的题目的答案的正确性并统计相关结果
			  let questionContent=[]//保存上传过来的题目
			  let answerContent=[]//保存上传过来的答案
			  let corretAnswer=[]//保存正确答案
			  let corretList=[]//保存题目正确答案的序号
			  let wrongList=[]//保存题目错误答案的序号
			  let corret=""
			  let wrong=""
			  //初始化数据列表
			  this.form.questionList=[]
			  this.form.answerList=[]

			  if(this.fileData.length!=0){
				  for(let i=0;i<this.fileData.length;i++){
					  if(this.fileData[i].includes("=")){
						  questionContent=this.fileData[i].split("\n")
						  for(let k=0;k<questionContent.length;k++){
							  for(let n=0;n<questionContent[i].length;n++){
								  if(questionContent[k][n]=="、")
									  questionContent[k]=questionContent[k].substr(n+1)
							  }
							  if(questionContent[k]==""){
								  questionContent.pop()
							  }else{
								  corretAnswer[k]=this.getCorrectAnswer(questionContent[k])//获取正确答案
							  }
						  }
					  }else{
						  answerContent=this.fileData[i].split("\n")
						  for(let j=0;j<answerContent.length;j++){
							  for(let m=0;m<answerContent[j].length;m++){
								  if(answerContent[j][m]=="、")
									  answerContent[j]=answerContent[j].substr(m+1)
							  }
							  if(answerContent[j]!=""){
								  answerContent[j]=Number(answerContent[j])
							  }else{
								  answerContent.pop()
							  }
						  }
					  }
				  }
				  let questionData=[]
				  for(let n=0;n<answerContent.length;n++){
					  if(answerContent[n]==corretAnswer[n]){
						  corretList.push(n+1)
						  corret+=(n+1)+","
					  }else{
						  wrongList.push(n+1)
						  wrong+=(n+1)+","
					  }
					  let tag={}
					  tag.question=questionContent[n]+answerContent[n]
					  tag.index=n+1
					  questionData[n]=tag
				  }
				  this.tableData=questionData
				  
				  this.corretList=corretList
				  this.wrongList=wrongList
				  
				  corret=corret.substr(0, corret.length-1)
				  wrong=wrong.substr(0, wrong.length-1)
				  corret="Correct:"+corretList.length+"（"+corret+"）"
				  wrong="Wrong:"+wrongList.length+"（"+wrong+"）"
				  this.corret=corret
				  this.wrong=wrong
			  }else{
				  this.$alert('暂未上传题目，请重新上传题目', '', {
							confirmButtonText: '确定',
						  });
			  }
		  },
		  getCorrectAnswer(str){//获取正确答案
			  let questionArr=str.split(" ")
			  questionArr.pop()//弹出最后切到的空格
			  for(let i=0;i<questionArr.length;i++){
				  if(questionArr[i]=='='){
					  questionArr.splice(i,1)
				  }else{
					  if(questionArr[i]=="/"||isNaN(Number(questionArr[i]))){
						  questionArr[i]=" "+questionArr[i]+" "
					  }else{
						  questionArr[i]=Number(questionArr[i])
					  }
				  }
			  }
			  questionArr=this.getRPN(questionArr)
			  let corretAnswer=this.getResult(questionArr)
			  return corretAnswer
		  }
	},
  })

6.测试运行

• 界面整体如下：
  

• 控制参数可实现10000道题目生成，也可调节生成数值访问

• 下载与上传文件均实现，无错误
  

• 批改作业
  

7. 小结

1. 团队项目合作比较重要，先做好计划再动手不会很乱
2. 选择适当的工具有利于共同开发，比如github
   3.两人合作可以交互出新颖的想法