第五次作业：小学四则运算系统升级版
这个作业的要求来自于：https://edu.cnblogs.com/campus/gzcc/GZCC-16SE2/homework/2232。
我结对同伴的姓名：郭晓莹 学号：201606120105 博客：https://www.cnblogs.com/kunnkkk/p/9809435.html
本次作业的代码在我的同伴郭晓莹的github地址：https://github.com/kunnkkk/16rg。
开发环境：IntelliJ Idea。
我们选取了5个方向，分别为：
- 用户答题结束以后，程序可以显示用户答题所用的时间；
- 用户可以选择出题的个数（最多不能超过5个题目），答题结束可以显示用户答错的题目个数和答对的题目个数；
- 程序可以出单个整数阶乘的题目：如：4!=24；
- 程序可以设置皮肤功能，可以改变界面的颜色即可；
- 程序可以设置答题时间，时间设置为整数，单位为秒，最大不能超过120秒，若超过了答题时间未答题，则提示：时间已到，不能答题。
分工：我负责Java用户界面设计以及第2、3、4方向的实现，我的同伴负责第1、5方向的实现以及调试、修改程序的一些小错误。除此之外，我们还尝试制作了web版本的系统，我的同伴运用JavaScript的知识对本次作业进行了网页设计和制作基本要求、答题数目选择和答案显示及阶乘的功能，而我负责运用JavaScript知识进行设置答题时间和倒计时功能的实现。本次作业最主要的文件是CalculationsSystem！另外一个是我们额外做的！助教可以打开两个文件进行运行。
第一部分：需求分析
从个人项目出发，将程序改装成一个单机带用户界面（不是控制台）的程序，这个程序最基本要达到：
- 生成题目，单个题目最多不能超过4个运算符，操作数小于100；
- 用户可以输入答案；
- 若用户输入答案正确，则提示正确；若答案错误，则提示错误，并要提示正确答案是多少。
第二部分：概要设计
（1）Java Class类算法设计说明：
public class FourCalculations {...}
随机生成最多不能超过4个运算符，操作数小于100的单个四则运算式，并且能进行正确答案的计算。
public class FactorialCalculations {...}
设置随机数种子随机产生一个范围在1~20的数字，并且能进行正确的阶乘运算。
public class JudgeLabel extends JLabel {...}
创建一个JudgeLabel类用于显示图标“√”和“×”，若用户在答案区输入的答案正确，则图标为“√”，若用户在答案区输入的答案错误，则图标为“×”。
public class Window extends JFrame implements Runnable {...}
设计非控制台的用户界面，初始化各类按钮，主函数就在这个类里面，程序的执行从主函数里的代码语句开始。
（2）Java Class类之间的调用关系：
第三部分：详细设计
（1）
public int generateCorrectAnswer(List<String> operators, List<Integer> operations) { //遍历运算符容器，完成乘除运算 for (int i = 0; i < operators.size(); i++) { String operator = operators.get(i); if (operator.equals("*") || operator.equals("/")) { operators.remove(i); //乘除符号将其从集合中移除 int operateLeft = operations.remove(i); //拿运算符左侧的数字 int operateRight = operations.remove(i); //拿运算符右侧的数字 if (operator.equals("*")) operations.add(i, operateLeft * operateRight); else operations.add(i, operateLeft / operateRight); i--; //运算符容器的指针回到原来的位置,防止跳过下一个运算符 } } //遍历运算符容器，完成加减运算，当运算符容器为空时，运算结束 while (!operators.isEmpty()) { String operator = operators.remove(0); int operateLeft = operations.remove(0); int operateRight = operations.remove(0); if (operator.equals("+")) operateLeft = operateLeft + operateRight; else operateLeft = operateLeft - operateRight; operations.add(0, operateLeft); } return operations.get(0); }
这个方法的作用是计算四则运算式的正确结果，首先遍历存储在operators列表中的所有运算符，当有乘除时，就取出operations列表中位于此符号的左右两侧的操作数，然后进行四则运算。计算结束后要将此运算符和操作了的两个操作数从列表中移除，运算符容器的指针回到原来的位置。遍历完所有的乘号和除号后，再遍历operators列表中的所有加号和减号。
（2）
//随机产生的阶乘数字 public int generateFormula() { Random random = new Random(); int num = random.nextInt(19)+1; //计算阶乘结果 int result = 1; for (int i = 1; i <= num; i++) { result*= i; } correctAnswerList.add(String.valueOf(result)); return num; }
这个方法的作用是产生一个范围在1~20的随机数，进行阶乘运算，将最终得到的int整型运算结果result转换成String字符串类型。
（3）
private void markingPapers() { if(fourCalculation == true) { for (int i = 0; i < answerArea.length; i++) { //System.out.println("answer:"+fourCalculations.correctAnswerList.get(i)); //System.out.println("input:"+answerArea[i].getText()); if (answerArea[i].getText().equals(fourCalculations.correctAnswerList.get(i))) { judgeLabel[i].setImageUrl("./FourOperations/src/main/img/right.png"); // 正确，显示“√”图标 numT++; } else { //answerArea[i].setText("错"); judgeLabel[i].setImageUrl("./FourOperations/src/main/img/error.png"); // 错误，显示“×”图标 answerArea[i].setText(fourCalculations.correctAnswerList.get(i)); //将用户输入的错误答案修改为正确答案 numF++; } } } else{ for (int i = 0; i < answerArea.length; i++) { //System.out.println("answer:"+fourCalculations.correctAnswerList.get(i)); //System.out.println("input:"+answerArea[i].getText()); if (answerArea[i].getText().equals(factorialCalculations.correctAnswerList.get(i))) { judgeLabel[i].setImageUrl("./FourOperations/src/main/img/right.png"); // 正确，显示“√”图标 numT++; } else { //answerArea[i].setText("错"); judgeLabel[i].setImageUrl("./FourOperations/src/main/img/error.png"); // 错误，显示“×”图标 answerArea[i].setText(factorialCalculations.correctAnswerList.get(i)); //将用户输入的错误答案修改为正确答案 numF++; } } } }
这个方法主要是进行答案判断的。首先判断用户进行的是四则运算操作还是阶乘运算操作，接着从答题区answerArea[]中取出用户输入的答案与标准正确答案进行对比，若相同，则在图标区显示“√”，若不相同，则表示用户计算结果不正确，图标区显示“×”，并且将答题区用户原先输入的答案修改为正确答案。
（4）
public void run() { // 完成时间计时 int second = 0; int minute = 0; String time; timeLabel.setText("用时 00:00"); // 初始化用时 while (true) { try { Thread.sleep(1000); // 按时间设置 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } second++; if (second == 60) { second = 0; minute++; } if (minute < 10) { time = "用时 " + "0" + minute + ":"; } else { time = "用时 " + minute + ":"; } if (second < 10) { time = time + "0" + second; } else { time = time + second; } if (minute == 2) { // 如果时间到120s，用户还未答完题，提示信息 JOptionPane.showMessageDialog(this, "时间已到，不能答题！"); submit(); return; } timeLabel.setText(time); } }
这个方法是设置时间线程显示用户答题时间，若用户在120s时仍未答题结束，则弹出提示框提示用户“时间已到，不能答题！”。
（5）
// 背景色按钮 JButton changeButton = new JButton("背景色"); changeButton.setBounds(startX, startY+step*5, width, height); changeButton.addMouseListener(new MouseListener() { @Override public void mouseClicked(MouseEvent e) { Color color = JColorChooser.showDialog(outPanel, "背景色", outPanel.getBackground()); // 弹出颜色界面供用户自由选择背景色 if (color != null) { outPanel.setBackground(color); } }
这个方法是设置用户界面的背景色，当用户单击“背景色”按钮时，会显示一个颜色选择界面，用户选择合适的背景色之后单击“确认”按钮，背景色就会改变。
第四部分：调试报告
（1）问题：
一开始我们两个成员都没有仔细看清楚作业题目的基本要求，于是就选取了四个方向在第一次作业的基础上进行完善修改。在我们大概要完成作业时，多亏一位同学发现我们采用Visual C++进行编程的，于是提醒我们用这个软件无法自行创建非控制台的用户界面，而作业明确要求是“非控制台”。因此，经过商量我们决定采用Idea进行Java编程，重头开始。
在进行用户界面设计时，因为我设置的变量参数不当，导致许多按钮出现重合以及按钮排列顺序混乱等问题。经过我同伴的耐心指点，我才知道如何正确选取恰当的参数，并成功修正过来。其次，在做本次作业之前我还未运用Java语言进行过界面皮肤功能设置，因此刚开始是很迷茫的，询问了班上几个实力比较强的朋友也未能成功解决此问题。于是我便上网查资料，通过浏览网友的一些代码，再结合JDK文档我才发现其实改变背景色是很容易的。Java本身提供了JColorChooser.showDialog()类和方法，通过调用此方法便可以实现选择背景色和修改背景色的功能。
最后，是我在运行程序时发现当用户选择阶乘运算，单击“提交”按钮后，在图标区无法显示“√”和“×”，也就是程序无法判断用户输入结果和标准答案是否一致。经过调试代码我发现是因为用户输入的值我将它放在JTextField类的setText()方法中，也就是说用户输入的结果是保存在String类型中的，而阶乘运算的正确运算结果是保存在int类型中，两个类型不一样的数无法进行比较。于是我在FactorialCalculations类中添加correctAnswerList.add(String.valueOf(result))代码，将阶乘运算的正确结果转化成String类型，问题得以解决。
（2）程序调试结果：
用户界面：
用户单击“背景色”按钮，改变界面颜色：
当用户在空白文本框中输入的题目数大于5时，文本框出现提示信息。当用户单击文本框时，文本框提示信息清空，用户可重新输入题目个数：
用户选择“当前：四则运算”，单击“开始”按钮，进入答题界面，程序开始计时：
当用户输入答案，单击“交卷”按钮时，程序会判断用户输入是否正确：
当时间达到120s时，用户仍未单击“交卷”按钮，程序会出现提示框：
用户选择“当前：阶乘”，单击“开始”按钮，进入答题界面，程序开始计时：
当用户输入答案，单击“交卷”按钮时，程序会判断用户输入是否正确：
web版首页选择答题数目与类型：
web版选择题目数量进入简单运算，120秒倒计时开始，输入结果：
web版选择题目数量进入阶乘运算，120秒倒计时开始，输入结果对比后判断对错和计算用时，确定返回主页：
web版答题超过120秒时按确认返回主页：
第五部分：统计表与总结
（1）统计表：
|
PSP2.1 |
Personal Software Process Stages |
预估耗时(分钟) |
实际耗时（分钟） |
|
Planning |
计划 |
420 |
420 |
|
· Estimate |
估计这个任务需要多少时间 |
420 |
420 |
|
Development |
开发 |
420 |
420 |
|
· Analysis |
需求分析 (包括学习新技术) |
30 |
15 |
|
· Design Spec |
生成设计文档 |
0 |
0 |
|
· Design Review |
设计复审 |
20 |
40 |
|
· Coding Standard |
代码规范 |
120 |
120 |
|
· Design |
具体设计 |
30 |
35 |
|
· Coding |
具体编码 |
420 |
400 |
|
· Code Review |
代码复审 |
100 |
60 |
|
· Test |
测试（自我测试，修改代码，提交修改） |
120 |
120 |
|
Reporting |
报告 |
120 |
125 |
|
Test Report |
测试报告 |
0 |
0 |
|
·workload |
计算工作量 |
420 |
400 |
|
·correction |
并提出过程改进计划 |
0 |
0 |
（2）结对工作的照片：
（3）结对编程项目总结：
在这次结对编程项目设计中，我和我的同伴都遇到了不少困难，但是在我们的坚持和虚心请教中都得到顺利解决。本次项目设计中，我发现理论必须和实践相结合，才能真正学会软件设计，才能完成一个课题。在这次设计中我查阅了网上许多关于Java编程的知识，反复看了JDK文档很多次，也参考了其他学生的相关博客，总结了自己与他们的经验，快速掌握了本次结对编程项目设计的整体思路。在完成这个项目的过程中，加深了我对Java语言知识的充分运用以及理解，使自己的编程水平得到了一定的提高，在处理问题方面的能力也提高了。
更重要的是，我和我的同伴为了提升自我能力，在时间充裕的情况下进行了web版本项目设计，但是因为能力和时间有限，有关功能的模块没有来得及实现。但是在她制作网页的过程中我跟着她学到了很多前端的知识，和同伴在本次合作中十分愉快。我们合理分工，相互帮助，没有出现很大的分歧，也没有相互推卸责任等，这次合作让我获益匪浅，收获知识，更收获了友谊。
我们在此项目上实现了最多四个运算符的四则运算操作，也就是针对助教在我第四次作业中提出的问题而进行完善。这个程序还存在诸多不足之处----在现实中许多功能现在还没有实现，还有不少需要进一步完善的操作等等，可能是因为经验不足，对问题预期不够等一些不可预见的原因所致，这些都是我和我同伴在接下来的学习和实践中要汲取的教训。
