个人作业1——四则运算题目生成程序（基于控制台）

一、题目描述：

1. 使用 -n 参数控制生成题目的个数，例如

Myapp.exe -n 10 -o Exercise.txt

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

4. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。

5. 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：

1. 四则运算题目1

2. 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。

6. 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：

1. 答案1

2. 答案2

特别的，真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

7. 程序应能支持一万道题目的生成。

8. 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，并会输出所有题目中重复的题目，输入参数如下：

Myapp.exe -e <exercisefile>.txt -a <answerfile>.txt -o Grade.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)

Repeat:2

RepeatDetail:

(1) 2,45+32 Repeat 3,32+45

(2) 5,3+(2+1) Repeat 7,1+2+3

解释：

Correct: 5 ----5道题目正确，正确的题号 1,3,5,7,9

Wrong:5 -----5道题目错误，错误的题号 2,4,6,8,10

Repeat:2 2---组题目重复

(1) 第一组题号2，题目 45+32 与题号3的题目重复，题号3为 32+45

(2)第二组题号5，题目 3+(2+1) 与题号7的题目重复，题号7为 1+2+3

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。

二、需求分析

系统能自动生成带有‘+’、‘-’、‘*’、‘÷’并且表达式带有分数的四则运算式，分数以真分数和带分数的形式出现。例如（1/2和1‘2/3），并能根据所给的题目文件和答案文件进行批改。程序支持1W道题目的生成，生成题目后将题目和题目的运算结果保存至文件保存，并且支持对所给题目的查重。用户通过控制台形式进行生成题目数量和文件的修改。

三、功能设计：

基本功能：

表达式的生成、运算、查重

扩展功能：

添加出题人与答题人角色，出题人可为教师，教师通过创立小组，小组有唯一编号（可用二维码形式），答题人通过扫描二维码加入小组答题。提交后教师可以查看已提交的用户试题，并且可以对所有答题结果进行数据分析。

四、设计实现：

1.程序入口类（Main.java）

主要实现主程序的命令输入和命令提示和文件的存储与读取。

2.运算类（Calcuate.java）

包含两个函数1:将中缀表达式转换为后缀表达式。2：将后缀表达式进行运算算出结果。

3.二叉树类（Node.java）

包含了一个二叉树结构和两个函数1：将中缀表达式转换为二叉树村粗胡。2：二叉树的判重。

4.操作数类（Num.java）

包含了整数、分子和分母来组成操作数，其中包含了操作数的加减乘除、判重、以及生成一个随机数。

5.题目类（Request.java）

　　　　包含了题目的中缀表达式、答案、后缀表达式、二叉树结构以及题目的生成和判重。

五、代码实现：

中缀转后缀函数

 1  public String toSuffix(String infix){
 2         List<String> queue = new ArrayList<String>();                                    
 3         List<Character> stack = new ArrayList<Character>();                             
 4         
 5         char[] charArr = infix.trim().toCharArray();                                    
 6         String standard = "*÷+-()";                                                       
 7         char ch = '&';                                                                    
 8         int len = 0;                                                                   
 9         for (int i = 0; i < charArr.length; i++) {                                        
10             
11             ch = charArr[i];                                                           
12             if(Character.isDigit(ch)) {                                                    
13                 len++;    
14             }else if(ch=='/') {                                            
15                 len++;
16             }else if(ch == '.'){                                                       
17                 len++;
18             }else if(Character.isSpaceChar(ch)) {                                        
19                 if(len > 0) {                                                            
20                     queue.add(String.valueOf(Arrays.copyOfRange(charArr, i - len, i)));    
21                     len = 0;                                                            
22                 }
23                 continue;                                                                
24             }else if(standard.indexOf(ch) != -1) {                                        
25                 if(len > 0) {                                                            
26                     queue.add(String.valueOf(Arrays.copyOfRange(charArr, i - len, i)));   
27                     len = 0;                                                            
28                 }
29                 if(ch == '(') {                                                            
30                     stack.add(ch);                                                      
31                     continue;                                                            
32                 }
33                 if (!stack.isEmpty()) {                                                    
34                     int size = stack.size() - 1;                                        
35                     boolean flag = false;                                                
36                     while (size >= 0 && ch == ')' && stack.get(size) != '(') {           
37                         queue.add(String.valueOf(stack.remove(size)));                   
38                         size--;                                                            
39                         flag = true;                                                    
40                     }
41                     while (size >= 0 && !flag && basic.get(stack.get(size)) >= basic.get(ch)) {    
42                         queue.add(String.valueOf(stack.remove(size)));                   
43                         size--;
44                     }
45                 }
46                 if(ch != ')') {                                                            
47                     stack.add(ch);                                                       
48                 } else {                                                                
49                     stack.remove(stack.size() - 1);
50                 }
51             }
52             if(i == charArr.length - 1) {                                                
53                 if(len > 0) {                                                           
54                     queue.add(String.valueOf(Arrays.copyOfRange(charArr, i - len+1, i+1)));
55                 }    
56                 int size = stack.size() - 1;                                           
57                 while (size >= 0) {                                                        
58                     queue.add(String.valueOf(stack.remove(size)));
59                     size--;
60                 }
61             }
62             
63         }
64         return queue.stream().collect(Collectors.joining(","));                            
65     }

后缀运算出结果

 1 public String dealEquation(String equation){
 2         String [] arr = equation.split(",");                                    //根据, 拆分字符串
 3         List<String> list = new ArrayList<String>();                            //用于计算时  存储运算过程的集合【例如list中当前放置  100   20  5  /  则取出20/5 最终将结果4存入list   此时list中结果为  100  4 】
 4         
 5         
 6         for (int i = 0; i < arr.length; i++) {                                    //此处就是上面说的运算过程， 因为list.remove的缘故，所以取出最后一个数个最后两个数  都是size-2
 7             int size = list.size();
 8             switch (arr[i]) {
 9             case "+": Num a = new Num(list.remove(size-2)).add(new Num(list.remove(size-2))); list.add(a.toString());     break;
10             case "-": Num b = new Num(list.remove(size-2)).sub(new Num(list.remove(size-2))); list.add(b.toString());     break;
11             case "*": Num c = new Num(list.remove(size-2)).muti(new Num(list.remove(size-2))); list.add(c.toString());     break; 
12             case "÷": Num d = new Num(list.remove(size-2)).division(new Num(list.remove(size-2))); list.add(d.toString());     break;
13             default: list.add(arr[i]);     break;                                    //如果是数字  直接放进list中
14             }
15         }
16         
17         return list.size() == 1 ? list.get(0) : "运算失败" ;                    //最终list中仅有一个结果，否则就是算错了
18     }

使用递归来对二叉树进行判重（注意加法和乘法可以左右交换）

 1 public boolean equals(Node node){
 2         if(!this.getData().equals(node.getData())){
 3             return false;        
 4         }
 5         if(this.getLeft()==null&&this.getRight()==null&&node.getLeft()==null&&node.getRight()==null){
 6             if(this.getData().equals(node.getData()))
 7             {
 8                 return true;                
 9             }
10             else
11                 return false;
12             
13         }
14         if(this.getData().equals("*")||this.getData().equals("+"))
15         if(this.getLeft()!=null&&this.getRight()!=null&&node.getLeft()!=null&&node.getRight()!=null){
16             if(this.getLeft().equals(node.getLeft())&&this.getRight().equals(node.getRight()))
17                 return true;
18             if(this.getLeft().equals(node.getRight())&&this.getRight().equals(node.getLeft()))
19                return true;
20             
21         }
22         return false;
23     }

六、测试运行：

生成题目

题目

答案

进行评测（当未输入题目名和答案名时默认为Answers.txt和Exercise.txt）

七、PSD统计：

PSP2.1	Personal Software Process Stages	Time Senior Student	Time
Planning	计划	30	20
· Estimate	估计这个任务需要多少时间	800	700
Development	开发	600	500
· Analysis	需求分析 (包括学习新技术)	10	5
· Design Spec	生成设计文档	30	40
· Design Review	设计复审	10	10
· Coding Standard	代码规范	10	10
· Design	具体设计	20	15
· Coding	具体编码	600	500
· Code Review	代码复审	10	10
· Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	20	30
Reporting	报告	30	60
·	测试报告	10	10
·	计算工作量	10	10
·	并提出过程改进计划	5	5

八：源代码

https://gitee.com/lwddddd/four_operations

九：总结

程序的效率并不高，有很多地方待优化比如操作数的约分，arraylist的遍历等等。

posted on 2018-03-30 14:44 lwddddd 阅读(291) 评论(0) 编辑收藏举报