软工第五次作业——Python效能分析之四则运算生成器
Github项目地址：
https://github.com/JtvDeemo/elementary-arithmetic
PSP
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
| Planning | 计划 | 10 | 10 |
| · Estimate | · 估计这个任务需要多少时间 | 1440 | 920 |
| Development | 开发 | 700 | 200 |
| · Analysis | · 需求分析 (包括学习新技术) | 180 | 240 |
| · Design Spec | · 生成设计文档 | 5 | 5 |
| · Design Review | · 设计复审 (和同事审核设计文档) | 10 | 15 |
| · Coding Standard | · 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 5 | 5 |
| · Design | · 具体设计 | 40 | 60 |
| · Coding | · 具体编码 | 300 | 380 |
| · Code Review | · 代码复审 | 30 | 30 |
| · Test | · 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 30 | 30 |
| Reporting | 报告 | 120 | 120 |
| · Test Report | · 测试报告+博客 | 120 | 120 |
| · 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 | 40 | 50 |
| 合计 | 3040 | 2195 |
题目要求：
- 能自动生成小学四则运算题目
- 除了整数外，还要支持真分数的四则运算
除了以上的基本需求，还有 - 生成的算式长度随机
- 能处理分数的运算，结果能用分数(字符串类型)表示出来，能与用户输入相对应
解题思路：
- 定义一个函数用于随机生成随机长度的算式
- 把字符串型的算式转换为逆波兰式(RPN，也称后缀表达式)
- 再把后缀表达式利用栈结构计算出结果
- 最后再与用户的输入做比较
重点难点：
- 分数的表示与计算
- 后缀表达式的生成和计算
- 结果为负数的情况
如何解决：
- Python的分数计算可以用 fractions 库
- https://blog.csdn.net/qq_36763635/article/details/72627601 这里介绍了如何将中缀表达式转换为后缀表达式（RPN）
- https://blog.csdn.net/yangquanhui1991/article/details/52187375 图解后缀表达式的计算过程
- 对于结果为负数的情况，只能生成算式之后验算一遍，若为负数的情况，重新生成一遍(可能是个人水平有限)
设计实现：
具体程序设计:
成员变量
| 成员名 | 类型 | 功能 |
| op | list | 存放运算符 |
| quest | str | 存放算式 |
| lens | int | 2到9的随机长度 |
| teop | str | 存放当前运算符 |
| tstr | str | 存放当前算式 |
| tint | int | 存放当前运算数 |
成员函数
| 函数名 | 输入 | 输出 | 依赖函数 | 功能 |
| get_string | 冇 | 字符串 | 冇 | 随机生成一个算式 |
| get_ans | str | 返回布尔类型 | get_string | 将用户输入与正确答案比较 |
| to_rpn | str | 返回后缀表达式 | get_ans | 将随机生成的算式转换为RPN |
| this_bigger | str,str | 返回布尔表达式 | 冇啊 | 比较两个运算符的优先级 |
| slove_rpn | str | 返回计算结果 | get_ans | 将后缀表达式计算出来 |
核心代码：
#随机生成一个算式
def get_string(self):
self.lens = random.randint(2, 9)
self.teop = ''
self.tstr = []
for i in range(self.lens):
if self.teop == '÷':
self.tint = random.randint(1, 8)
self.teop = random.choice(self.op)
elif self.teop == '/':
self.tint = random.randint(self.tint+1, 9)
self.teop = random.choice(self.op[:-1])
else:
self.tint = random.randint(0, 8)
self.teop = random.choice(self.op)
self.tstr.append(str(self.tint))
self.tstr.append(self.teop)
self.tstr[-1] = '='
self.tstr = ''.join(self.tstr)
self.quest = self.tstr
return self.tstr
#将随机生成的算式转换为RPN
def to_rpn(self, ques): #Reverse Polish notation
self.stack = []
s = ''
for x in ques:
if x != '+' and x != '-' and x != '×' and x != '÷' and x != '/':
s += x #若为数字，直接输出
else: # 若为运算符，进栈
if not self.stack: #栈空
self.stack.append(x)
else:
if self.this_bigger(x, self.stack[-1]): #运算级高于栈顶元素
self.stack.append(x) #直接进栈
else:
while self.stack:
if self.this_bigger(x, self.stack[-1]):
break
s += self.stack.pop()
self.stack.append(x)
while self.stack:
s += self.stack.pop()
# print('在to_rpn函数中，rpn：',s)
return s
#将后缀表达式计算出来
def slove_rpn(self, rpn):
#print('进入slove_rpn函数：')
self.stack1 = [] #用于保存运算数
for x in rpn:
if x != '+' and x != '-' and x != '×' and x != '÷' and x != '/':
self.stack1.append(int(x))
elif x == '+':
second = self.stack1.pop()
first = self.stack1.pop()
self.stack1.append(first + second)
elif x == '-':
second = self.stack1.pop()
first = self.stack1.pop()
self.stack1.append(first - second)
elif x == '×':
second = self.stack1.pop()
first = self.stack1.pop()
self.stack1.append(first * second)
elif x == '÷':
second = self.stack1.pop()
first = self.stack1.pop()
self.stack1.append(Fraction(first, second))
elif x == '/':
second = self.stack1.pop()
first = self.stack1.pop()
self.stack1.append(Fraction(first, second))
resault = self.stack1[0]
if resault >= 0:
#print('--------------题结束----------------')
return resault
elif resault < 0:
s = self.get_string()
rpn = self.to_rpn(s[:-1])
return self.slove_rpn(rpn)
运行效果：
单元测试
《构建之法》第二章中详细提及了好的单元测试的标准。
- 单元测试应该在最基本的功能/参数上检验程序的正确性。
- 单元测试必须由最熟悉代码的人来写。
- 单元测试过后，机器状态保持不变。
- 单元测试要快。
- 单元测试应该产生可重复、一致的结果。
- 独立性-单元测试的运行/通过/失败不依赖于别的测试，可以人为构造数据，以保持测试的独立性。
- 单元测试应该覆盖所有代码路径。
效能分析图
Pycharm中运行profiler，次数为10W次
可以看到所用的时间长度为16.04s
