小学四则运算练习（JAVA编写）
源码在Github的仓库主页链接地址：https://github.com/rucr9/rucr
看到这个题目，大概很多人会发出“切，这也太简单了吧！有必要小题大做？”的感叹！是的，仅仅作为一道数学运算是没难度，但是，如何实现智能出题并计算正确答案，为大脑减压呢？接下来，我将用java编写程序实现小学四则运算。
需求分析
1.程序可接收一个输入参数n，然后随机产生n道加减乘除练习题；
2.每个数字在 0 和 100 之间，运算符在3个到5个之间；
3.所出的练习题在运算过程中不得出现负数与非整数；
4.将练习题和计算结果一起输出到文件中；
5.当程序接收的参数为4时，以下为输出文件示例：
功能设计
用户输入需要出题的数量n，然后随机产生n道加减乘除练习题，每个数字在 0 和 100 之间，运算符在3个到5个之间，并且所出的练习题在运算过程中不得出现负数与非整数；最后将练习题和运算结果输出到result.txt文件中。
设计实现
1.类
主类：Arithmetic，这个类主要是用户输入出题的数量，随机产生练习题，并调用Expression类中的方法计算结果，最后输出到result.txt文件中。
运算类：Calculate，此类规定了运算符的优先级和计算规则。
逆波兰式转换类：Expression，此类负责将中序表达式转换为右序表达式，并调用Calculate中的方法求值。
栈类：Stack，此类定义栈方法。
2.程序执行流程
测试运行
核心代码
Arithmetic类
1 public static ArrayList<String> ss = new ArrayList<String>(); 2 3 public static void main(String[] args) throws Exception { 4 5 System.out.println("Input a number:"); 6 int count = new Scanner(System.in).nextInt(); 7 File file =new File("./result.txt"); 8 FileOutputStream fops=null ; 9 10 try { 11 fops = new FileOutputStream(file); 12 13 } catch (FileNotFoundException e) { 14 e.printStackTrace(); 15 } 16 PrintStream ps= new PrintStream(fops); 17 ps.println("201571030125"); 18 boolean f = true; 19 for (int i=0;i<count;i++) { 20 String data = Data(); 21 String input = data; 22 ss.add(input); 23 if (input.equals("q")) 24 break; 25 else { 26 Expression express = new Expression(input); 27 f = express.getResult(); 28 if(!f) i--; 29 else ps.println(data + "=" + express.getExpresult()); 30 } 31 } 32 } 33 34 35 //随机产生算式 36 public static String Data() 37 { 38 Random rand =new Random(); 39 ArrayList<Integer> numlist = new ArrayList<Integer>(); 40 ArrayList<String> express = new ArrayList<String>(); 41 //产生随机数 42 for(int i=0;i<5;i++) 43 { 44 numlist.add(rand.nextInt(100)+1); 45 } 46 //System.out.print(numlist); 47 String[] operator=new String[]{"+","-","*","/"}; 48 int size=numlist.size(); 49 String[] num=new String[size]; 50 for(int i=0;i<numlist.size();i++){ 51 num[i]=String.valueOf(numlist.get(i)); 52 } 53 String exp=""; 54 for(int j=0;j<num.length;j++) 55 { 56 express.add(num[j]); 57 express.add(operator[rand.nextInt(4)]); 58 } 59 //System.out.print(express); 60 61 for(int i=0;i<express.size()-1;i++) 62 exp+=express.get(i); 63 return exp; 64 }
Calulate类
1 // 判断是否为操作符号 2 public static boolean isOperator(String operator) { 3 if (operator.equals("+") || operator.equals("-") 4 || operator.equals("*") || operator.equals("/") 5 || operator.equals("(") || operator.equals(")")) 6 return true; 7 else 8 return false; 9 } 10 // 设置操作符号的优先级别 11 public static int priority(String operator) { 12 if (operator.equals("+") || operator.equals("-")) 13 return 1; 14 else if (operator.equals("*") || operator.equals("/")) 15 return 2; 16 else 17 return 0; 18 } 19 // 做2值之间的计算 20 public static String twoResult(String operator, String a, String b) { 21 try { 22 String op = operator; 23 String rs = new String(); 24 double x = Double.parseDouble(b); 25 double y = Double.parseDouble(a); 26 boolean f = true; 27 28 double z = 0.0; 29 if (op.equals("+")) 30 z = x + y; 31 else if (op.equals("-")) 32 z = x - y; 33 else if (op.equals("*")) 34 z = x * y; 35 else if (op.equals("/")) 36 { 37 if(y==0) { 38 y=1; 39 z=999999; 40 } 41 z = x / y; 42 if(z*y!=x) z=999999; 43 } 44 else 45 z = 999999; 46 if(z<0) z=999999; 47 if(z!=(int)z) z=999999; 48 return String.valueOf(z); 49 } catch (NumberFormatException e) { 50 System.out.println("input has something wrong!"); 51 return "Error"; 52 } 53 }
逆波兰式转换方法
1 private void toRight() { 2 Stack aStack = new Stack(); 3 String operator; 4 int position = 0; 5 while (true) { 6 if (Calculate.isOperator((String) expression.get(position))) { 7 if (aStack.top == -1 8 || ((String) expression.get(position)).equals("(")) { 9 aStack.push(expression.get(position)); 10 } else { 11 if (((String) expression.get(position)).equals(")")) { 12 while(true){ 13 if (aStack.top != -1&&!((String) aStack.top()).equals("(")) { 14 operator = (String) aStack.pop(); 15 right.add(operator); 16 }else{ 17 if(aStack.top != -1) 18 aStack.pop(); 19 break; 20 } 21 } 22 } else { 23 while(true){ 24 if (aStack.top != -1&& Calculate.priority((String) expression 25 .get(position)) <= Calculate 26 .priority((String) aStack.top()) 27 ) { 28 operator = (String) aStack.pop(); 29 if (!operator.equals("(")) 30 right.add(operator); 31 }else{ 32 break; 33 } 34 35 } 36 aStack.push(expression.get(position)); 37 } 38 } 39 } else 40 right.add(expression.get(position)); 41 position++; 42 if (position >= expression.size()) 43 break; 44 } 45 while (aStack.top != -1) { 46 operator = (String) aStack.pop(); 47 if(!operator.equals("(")) 48 right.add(operator); 49 } 50 }
逆波兰式求值方法
1 boolean getResult() { 2 3 4 this.toRight(); 5 6 Stack aStack = new Stack(); 7 String op1, op2, is = null; 8 String temp=""; 9 Iterator it = right.iterator(); 10 while (it.hasNext()) { 11 is = (String) it.next(); 12 if (Calculate.isOperator(is)) { 13 op1 = (String) aStack.pop(); 14 op2 = (String) aStack.pop(); 15 temp = Calculate.twoResult(is, op1, op2); 16 double td = Double.parseDouble(temp.trim()); 17 if(td==999999.0){ 18 return false; 19 20 } 21 aStack.push(temp); 22 } else 23 aStack.push(is); 24 } 25 expresult = (String) aStack.pop(); 26 27 it = expression.iterator(); 28 while (it.hasNext()) { 29 String tempstr = (String) it.next(); 30 System.out.print(tempstr); 31 32 } 33 System.out.println("=" + expresult); 34 return true; 35 36 }
总结
此项目看似简单，但实际上要考虑的问题有很多，比如如何产生随机数，随机数和运算符如何结合，用什么结构存储数据，使用什么方法计算表达式（正则表达式，逆波兰式等等），如何去除不符合要求的运算式，如何处理异常等等。
起初看到题目时，感觉这不就是加减乘除运算嘛，有什么难的。但是，当具体设计的时候发现困难重重，必须思路清晰，逻辑缜密，写代码时才不会东一下西一下，最后一团乱，连自己都搞不明白自己在干嘛了，所以，拿到任何一个题目时都不要急于写代码，做好需求分析、设计实现等前期工作是非常重要的。
最后，提醒各位园友养成编辑过程中随时保存博客的习惯，以防手一抖、头脑一发昏刷新网页或者关闭浏览器，这可真的是前功尽弃啊！痛到欲哭无泪。。。本人就是犯了这样的错误，导致重写博客！！！
存在的问题
1.最后的计算结果都带有小数点；
2.java自带了栈类，我在这里重新定义有些多余；
3.产生的练习题都是5个运算数。
本项目参考逆波兰式算法http://blog.csdn.net/yunxiang/article/details/1918717，并根据需求和自己的理解进行改进而成，如有好的建议，请多多指教！我将非常感谢！
PSP
| PSP2.1 | 任务内容 | 计划完成需要的时间(min) | 实际完成需要的时间(min) |
| Planning | 计划 | 15 | 20 |
| Estimate | 估计这个任务需要多少时间，并规划大致工作步骤 | 20 | 25 |
| Development | 开发 | 120 | 180 |
| Analysis | 需求分析 (包括学习新技术) | 15 | 10 |
| Design Spec | 生成设计文档 | 10 | 8 |
| Design Review | 设计复审 (和同事审核设计文档) | 15 | 20 |
| Coding Standard | 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 20 | 25 |
| Design | 具体设计 | 30 | 35 |
| Coding | 具体编码 | 180 | 240 |
| Code Review | 代码复审 | 15 | 20 |
| Test | 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 20 | 25 |
| Reporting | 报告 | 20 | 22 |
| Test Report | 测试报告 | 5 | 5 |
| Size Measurement | 计算工作量 | 5 | 10 |
| Postmortem & Process Improvement Plan | 事后总结 ,并提出过程改进计划 | 8 | 10 |
