Python-四则运算-蔡晓晴，杜婷萱
github链接：https://github.com/Amy-CC/Arithmetic-Operation
一、需求
1.使用-n 参数控制生成题目的个数
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
3.生成的题目中计算过程不能产生负数
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。
7.生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件
8.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
9. 程序应能支持一万道题目的生成。
10. 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 <exercisefile>.txt -a <answerfile>.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)
二、PSP2.1表格
PSP：
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 20 | 30 |
| · Estimate | · 估计这个任务需要多少时间 | 20 | 30 |
| Development | 开发 | 1230 | 1665 |
| · Analysis | · 需求分析 (包括学习新技术) | 120 | 300 |
| · Design Spec | · 生成设计文档 | 60 | 60 |
| · Design Review | · 设计复审 (和同事审核设计文档) | 30 | 50 |
| · Coding Standard | · 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 10 | 5 |
| · Design | · 具体设计 | 30 | 40 |
| · Coding | · 具体编码 | 900 | 1100 |
| · Code Review | · 代码复审 | 40 | 30 |
| · Test | · 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 40 | 80 |
| Reporting | 报告 | 50 | 70 |
| · Test Report | · 测试报告 | 10 | 10 |
| · Size Measurement | · 计算工作量 | 10 | 20 |
| · Postmortem & Process Improvement Plan | · 事后总结, 并提出过程改进计划 | 30 | 40 |
| 合计 | 1300 | 1765 |
三、设计实现过程：
1.功能1~9的实现步骤
· 一开始题目运行采用递归的方法，后来调用的函数过多，递归函数太复杂，于是改成for生成题目
· 查重用了字典的方法
· 随机括号的生成费时良久，考虑到随机的各种情况，左括号和右括号的定位问题，存储结构等等问题。
· 在寻找计算的简便方法的时候，我们找到一个函数eval（string）可以直接识别并计算一整条string。
· 减号的判断，由于计算的方法不是根据括号从内到外计算的，要一个个计算却会使得函数过于复杂，向同学取经后，我们还是采用了负数舍去的方法。
2.功能10的实现过程：
· 用正则表达式检查输入的文本格式是否正确
· 根据空格split分别存储真分数等各个数值
· 调用两个函数进行，分数与真分数互相转换
效能分析：
CPU运行时间：
10000道题的生成时间：
100道题的时间：
功能10：
可以看出来到了大量题目的时候，由于查重，时间复杂度成指数级上升。
代码说明：
功能1~9：
1. #随机生成一道题目中的符号和数字
def random_list(self):
char_list = ["+", "-", u"×", u"÷"]
num_list = []
char_choice = []
cc = ""
loop_times = random.randint(2,4)
for i in range(loop_times):
static = random.randint(1, self.num_range)
if self.num_range > 1:
float_n = produce_random.choose_num(self)
choice = random.choice([static, float_n])
else:
choice = static
cc += str(choice)
num_list.append(choice)
if i < (loop_times - 1):
cha = random.choice(char_list)
char_choice.append(cha)
cc += cha
jo = str(num_list+char_choice)
if jo in dic_t.keys():
self.random_list()
else:
dic_t[jo] = 0
return char_choice, num_list
2. #随机生成分数
def choose_num(self): while(1): a = random.randint(1, self.num_range**2) b = random.randint(2, self.num_range) if Decimal(a/b) < self.num_range: return Fraction(a, b)
3. #根据符号随机加括号
def plus_(self,char_choice, num_list): numble = len(num_list) + len(char_choice) ccc = [""] * numble if len(char_choice) == 1: pass else: """括号对数""" n_kuo = random.randint(0, len(char_choice) - 1) if n_kuo != 0: p_kuo_l = [] """设置list1初值""" list1 = [] for i in range(0, len(char_choice)): z = 2 * i """改为append""" list1.append(z) p_kuo_l = random.sample(list1, 1) # 按照char的数量来存，2个就是[0,2]，3个[0,2,4] ccc.insert(p_kuo_l[0], '(') # 插入1st左边的括号 if len(char_choice) == 2: ccc.insert(p_kuo_l[i-1] + 4, ')') if len(char_choice) == 3: """第一个右括号""" if p_kuo_l[0] == 0: list1 = [4] if p_kuo_l[0] == 2: list1 = [p_kuo_l[0] + int(random.sample([4, 6], 1)[0])] if p_kuo_l[0] == 4: list1 = [8] p_kuo_r = list1[:] ccc.insert(p_kuo_r[0], ')') x = p_kuo_l + p_kuo_r if n_kuo == 2: # 加第二个右括号 if x[0] == 2: if x[1]==x[0]+4: y = random.sample([0, x[0]], 1) ccc.insert(y[0], '(') if y[0] == 0: ccc.insert(x[1]+1, ')') else: ccc.insert(x[0] + 8, ')') else: y = random.sample([x[0], x[0] + 3], 1) ccc.insert(y[0], '(') if y[0] == 2: ccc.insert(x[0] + 5, ')') else: ccc.insert(x[0] + 7, ')') if x[0] == 0: y = x[0] ccc.insert(y, '(') ccc.insert(x[0] + 8, ')') if x[0] == 4: y = x[0]-2 ccc.insert(y, '(') ccc.insert(x[0]+7, ')') num = 0 cha = 0 list_all = [] # 装数字+字符 j = 0 flag = True #标记乘号的个数 multi_n = [] #标记除号的个数 divide_n = [] for i in range(0, len(num_list)): if j == (len(num_list) - 1): j -= 1 flag = False list_all.append(num_list[i]) if i == j and flag == True: list_all.append(char_choice[j]) j += 1 j = 0 for i in range(0, len(ccc)): if ccc[i] != '': continue if list_all[j]=='×': multi_n.append(i) if list_all[j]=='÷': divide_n.append(i) ccc[i] = list_all[j] j += 1 return ccc, multi_n, divide_n
4. #符号转换，把list改为str来计算，分数周围有自己的括号（计算的时候将分数看成除法来计算）
def join_c(self, ccc, multi_n, divide_n): list1 = ccc[:] ll = [] for i in multi_n: list1[i]= '*' for j in divide_n: list1[j] = '/' for i in list1: if type(i) == Fraction: if i.denominator == 1: ll.append(str(i)) else: ll.append('('+str(i)+')') elif type(i) == int: ll.append(str(i)) else: ll.append(i) final = ''.join(ll) return final
5. #计算
def calculate(final): result = eval(final) return result
6. #查找小数循环，小数转分数
def ff_c(self, demical): # 参数为小数 for i in range(1, 16): cpart = demical[:i] if len(cpart) < 4: if (cpart * i * 4) == demical[:4 * i]: # 4次重复 return cpart # 循环体 return 0 # 找不到循环体，返回0 #小数转分数 def demical_to_fraction(self, digi, back_num=0): digi = str(digi) if len(digi) <= 15: # 有限小数 return Fraction(digi) real_num, dot_area = digi.split('.') float_num = float(digi) for i in range(len(digi)): cycle_start = dot_area[i:] result = self.ff_c(cycle_start) length = len(str(result)) # 循环体的长度 if result: # 存在循环体 if i != 0: # 不是小数点后第一位 new_number = float_num * (10 ** i) # 移位数 self.demical_to_fraction(new_number, i) # 递归 break else: # 小数点后的第一位 fraction = Fraction(int(result), int('9' * length)) # 小数转分数 final_num = int(real_num) + fraction return final_num / (10 ** back_num) # 回退移的位数 return False
7. #最后转为真分数输出
def change_l(self,li): hh = [] for i in li: if type(i) == Fraction: hh.append(change_ff(i)) hh.append(' ') continue else: hh.append(str(i)) hh.append(' ') return hh
8. # 写入文件
def write(self, f_line): self.glocount += 1 count = int((self.glocount + 1) / 2) tihao = str(count) + '. ' file = open('Exercise.txt', 'a') f_line = tihao + f_line + ' =' file.write(f_line + '\n') file.close() def write_a(self, f_line): self.glocount += 1 tihao = str(int(self.glocount / 2)) + '. ' file = open('Answers.txt', 'a') f_line = tihao + f_line file.write(f_line + '\n') file.close()
功能10：
1. # 支持读取给定的文件
def read_f(name): with open(name) as Re: file = Re.readlines() return file
2. #检查文件名是否符合格式
def check_file(file_name): if re.match(r"[a-zA-Z0-9]*\..", file_name): return True print("The file name is not right.") return False
3. #转换分数AND真分数
def change_re_fra(expre): if re.search("[1-9]\'[1-9]/[1-9]", expre): l1 = expre.split("\'") l2 = l1[1].split("/") num_1 = eval(l1[0]) num_2 = eval(l2[0]) num_3 = eval(l2[1]) middle_p = num_3*num_1 num_2 += middle_p return str(Fraction(num_2,num_3)) if expre == '×': expre = '*' if expre == '÷': expre = '/' return expre def change_ff(fra): d = fra.denominator n = fra.numerator midde = n // d if midde == 0: return str(n) cha = n - d * midde if cha == 0: return str(midde) return str(midde)+'\''+str(Fraction(cha,d))
4. #比对提交的和user答案一致性
def bidui(ans,user): corr,wrong = [],[] a_line = read_f(ans) user_line = read_f(user) for i in range(0,len(a_line)): if a_line[i] == user_line[i]: corr.append(str(i)) corr.append(',') else: wrong.append(str(i)) wrong.append(',') u1 = ''.join(corr) u2 = ''.join(wrong) co = 'Correct:'+str(len(corr)//2)+'('+u1+')' w = 'Wrong:'+str(len(wrong)//2)+'('+u2+')' write_Grade(co,w,'Grade.txt')
def compare(file_list): file = read_f(file_list[0]) gloc = 0 for i in file: i = i.rstrip() lii = i.split('.') c = lii[1].split(' ') strr = '' for j in c: if j != '=': str = change_re_fra(j) strr += str result = calculate(strr) f_result = demical_to_fraction(result) ff_result = change_ff(f_result) write1(ff_result, 'answer2.txt',gloc) gloc += 1 bidui('answer2.txt',file_list[1])
5. #写入文件
def write1(result, name,glocount): glocount += 1 count = glocount tihao = str(count) + '. ' file = open(name, 'a') f_line = tihao + result file.write(f_line + '\n') file.close() def write_Grade(c,w,name): file = open(name, 'a') file.write(c+'\n'+w) file.close()
main函数：
if __name__ == '__main__': file = open('Exercise.txt', 'r+') file.truncate() file.close() file = open('Answers.txt', 'r+') file.truncate() file.close() sys.setrecursionlimit(10000) dic_t = {} if len(sys.argv)>2: num_range, ti_num = menu() if num_range > 0 and ti_num > 0: instance = produce_random(num_range, ti_num) instance.running() else: print("输入命令不足")
def menu(): flag = 0 compare_arg = 0 file_rrlist = [] for i in range(len(sys.argv)): if sys.argv[i]=='-e': if check_file(sys.argv[i+1]): file_rrlist.append(sys.argv[i+1]) compare_arg += 1 continue elif sys.argv[i]=='-a': if check_file(sys.argv[i+1]) and compare_arg==1: file_rrlist.append(sys.argv[i+1]) compare(file_rrlist) flag = -1 elif sys.argv[i]=='-n' and compare_arg==0: ti_num = input("请输入题目数量：") ti_num = int(ti_num) if ti_num<=0: print("数量过少，请重试") break flag += 1 elif sys.argv[i]=='-r' and compare_arg==0: num_range = input("请输入数值范围：") num_range = int(num_range) if num_range<=1: print("数值范围不存在") continue else: break flag +=1 if flag == 1: return num_range, ti_num elif flag==-1: return -1,-1 else: print("输入不正确") return 0, 0
def running(self): #利用for循环输出多道题 for i in range(self.num): while True: char_choice, num_list = self.random_list() k, multi_n, divide_n = self.plus_(char_choice, num_list) new_title = self.join_c(k, multi_n, divide_n) z = calculate(new_title) if z < 0: continue final_result = demical_to_fraction(z) if type(final_result) == float or final_result==False: continue if final_result.denominator > self.num_range: continue else: break nn_tt = self.change_l(k) final_result = change_ff(final_result) nn_tt = ''.join(nn_tt) print(nn_tt) self.write(nn_tt) self.write_a(str(final_result))
测试结果分析：
生成题目：
10000道题，范围为1000：
测试文件查错：
总结：
我们采取的分工合作是蔡同学先负责写随机数、menu等等，杜同学写加括号、功能10的实现，之后由于加括号出现了很多bug，两人都在这个函数上掉了大把的头发，前期代码在后期测试时很多地方的需要上有较多的调整，对于有些功能比如查重用了比较暴力的删除法，增加了不少运行时间。
——蔡晓晴：我觉得这次结对编程还是获益良多的，例如我们开始没找到合适的方法来沟通、设计，到后面逐步完善我们的设计方案，修改bug。我觉得这其中彼此的思想碰撞有很大的作用，也谢谢同伴的帮助！(＾－＾)V
——杜婷萱： 一开始我们采取两个人一边写一边看的形式让我略感压力的同时，双人互挑bug的讨论比一个人的思路更广阔，纸上谈兵也能发现很多的问题，我学习到思路理清楚很重要，如果仅仅只是有个想法而不做深入思考就写代码就会写的很乱，不仅浪费时间，还会难以让同伴理解。而且双方的沟通很重要，两人最好尽量同步，现实代码总比理想的冗余了许多，结对其实更考验写代码的速度和质量。作为一个messy coder蔡同学帮助了我非常多，感谢ヽ(￣▽￣)و
