结对项目

这个作业属于哪个课程	22级计科12班
这个作业要求在哪里	作业要求
这个作业的目标	实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序

姓名	学号
徐梓聪	3122004797
李嘉远	3122004784

Github项目链接

一、PSP表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	30
Estimate	估计这个任务需要多少时间	100	120
Development	开发	300	320
Analysis	需求分析 (包括学习新技术)	60	40
Design Spec	生成设计文档	10	10
Design Review	设计复审	30	40
Coding Standard	代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	30	50
Design	具体设计	60	60
Coding	具体编码	60	50
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	60	80
Test Repor	测试报告	30	30
Size Measurement	计算工作量	30	30
Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结, 并提出过程改进计划	30	30
	合计	890	950

二、效能分析

功能一：生成指定数量的题目和答案

由图可知，在该模块中，耗时最多的函数为write_to_file函数，改进思路是：一次性将所有数据写入文件，而不是逐行写入，这样可以减少 I/O 操作的开销。

功能二：评估练习题的答案

由图可知，在该模块中，耗时最多的函数为grade_exercises函数，改进思路是：如果有大量的题目和答案，可以考虑使用集合来存储正确和错误的题目编号，以提高查找效率。

三、设计实现过程

项目结构

函数设计

main类：

def parse_args():解析命令行参数
def main():调用各模块函数

Generate类：

def format_fraction(f):格式化分数为字符串
def generate_question(rng):生成数学题目和答案
def is_unique_expression(expr, existing_expressions):检查表达式是否唯一
def generate_exercises(num_questions, rng):生成指定数量的题目和答案
def write_to_file(filename, data):将数据写入文件

Evaluate类：

def parse_mixed_number(mixed_str):解析混合数为分数对象
def evaluate_expression(expression):计算数学表达式，返回结果为分数对象
def grade_exercises(exercise_file, answer_file):评估练习题的答案

流程分析

四、代码说明

项目关键代码

generate_question函数：

def generate_question(rng):
    # 生成数学题目和答案
    operators = ['+', '-', '*', '÷']
    num_operators = random.randint(1, 3)  # 随机操作符数量

    operands = []
    for _ in range(num_operators + 1):
        if random.choice([True, False]):
            operand = random.randint(1, rng - 1)  # 整数操作数
        else:
            numerator = random.randint(1, rng - 1)
            denominator = random.randint(1, rng - 1)
            operand = Fraction(numerator, denominator)  # 分数操作数
        operands.append(Fraction(operand))

    # 构建表达式
    expression = str(operands[0])
    for i in range(num_operators):
        operator = random.choice(operators)
        if random.choice([True, False]) and i < num_operators - 1:  # 随机加括号
            expression += f" {operator} ({operands[i + 1]})"
        else:
            expression += f" {operator} {operands[i + 1]}"

    try:
        result = Evaluate.evaluate_expression(expression.replace('÷', '/'))  # 计算结果
        result = Fraction(result)  # 确保结果是分数
        if result < 0:  # 负数不合要求
            return None, None
        return format_fraction(result), expression  # 返回格式化结果和表达式
    except ZeroDivisionError:
        return None, None  # 处理除零错误
    except SyntaxError:
        return None, None  # 处理语法错误

主要思路：通过随机生成操作数和操作符，构建出一个数学表达式，并计算出结果。

grade_exercises函数：

def grade_exercises(exercise_file, answer_file):
    # 评估练习题的答案
    with open(exercise_file, 'r') as ef, open(answer_file, 'r') as af:
        exercises = ef.readlines()
        answers = af.readlines()

    correct = []
    wrong = []

    for i, (exercise, answer) in enumerate(zip(exercises, answers)):
        exercise = exercise.strip().split(' ', 1)[-1]
        answer = answer.strip()

        exercise = exercise.replace('梅', '/')  # 替换特殊符号

        try:
            eval_answer = evaluate_expression(exercise)  # 计算答案
            parsed_answer = parse_mixed_number(answer)  # 解析答案

            if eval_answer == parsed_answer:
                correct.append(i + 1)  # 正确答案
            else:
                wrong.append(i + 1)  # 错误答案
        except ZeroDivisionError:
            print(f"ZeroDivisionError on Exercise {i + 1}")
            wrong.append(i + 1)
        except Exception as e:
            print(f"Error on Exercise {i + 1}: {e}")
            wrong.append(i + 1)

    return correct, wrong  # 返回正确和错误的题目编号