四则运算生成--java

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

 

二 需求分析

　　1.实现带有自然数，真分数，假分数，少于3个运算符的四则等式

　　2.实现查重，运算

　　3.拥有万级别的出解题能力

 

三、功能设计

       通过给定的参数，生成四则运算表达式，同时将题目与答案存入txt文件

　　可在题目的txt文件中按规范作答，再执行校对答案的代码，将答题情况存入txt文件中，文件中记录的各题的对错情况

　　由于个人能力不足，而且时间仓促，没有实现查重功能，也没时间去实现输入相关的功能，但不少功能是本人自己在未参考他人的情况下写出来的

四、设计实现

     

　　自上而下分别是

　　　　表达式转换类

　　　　答案校对类

　　　　中缀表达式生成类

　　　　分数类

　　　　存储文件类

　　　　字符栈类

　　　　分数栈类

　　　　测试类

五、部分代码说明

public MidExpressionCreator(int _max, int _num) throws IOException{
        String temp = "";
        for (int i = 0; i < _num; i++) {
            temp = this.MidExpressionCreate(_max);
        }
    }
    String MidExpressionCreate(int _max){
        operatorindex = random.nextInt(2) + 1;
        String midexpressionop = "";
        midexpressionop += OperatorRandom();
        int temp = 0;//用来访问后缀表达式
        int opindex = 0;//记录运算符个数
        boolean flag;//标记是否加了括号和运算符,防止加得过多
        while(operatorindex>opindex && operatorindex>1) {
        //生成不带数字的中缀表达式
            flag = false;
            while(true){
                if(IsOperator(midexpressionop.charAt(temp))){
                    opindex++;
                    flag = true;
                    int r = random.nextInt(130);
                    if(r<20){//给表达式加括号并在前面加运算符
                        midexpressionop += "(" + midexpressionop + ")";
                    }else if (r<50) {//在表达式前面加运算符
                        midexpressionop = OperatorRandom() + midexpressionop;
                    }else if (r<70){//给表达式加括号并在前面加运算符
                        midexpressionop = "(" + midexpressionop + ")" + OperatorRandom();
                    }else if(r>100){//在表达式后面加运算符
                        midexpressionop += OperatorRandom();
                    }else if(operatorindex>opindex && random.nextInt(100)>66){
                        opindex++;
                        if(random.nextInt(100)>50){
                            midexpressionop += OperatorRandom()+"("+OperatorRandom()+")";
                        }else {
                            midexpressionop="("+OperatorRandom()+")"+OperatorRandom()+midexpressionop;
                        }
                    }
                    if(temp == 1 || temp == 2)
                        temp = 0;
                }
                if(flag)
                    break;
                temp++;
            }
        }
        midexpressionop += '=';
        String midexpression = "";
        for (int i = 0; i < midexpressionop.length(); i++) {
        //在上面生成的表达式中加入数字，生成最终的中缀表达式
            if(IsOperator(midexpressionop.charAt(i))){
                if(i==0){
                    midexpression += new NumberRe(_max).toString() + " ";
                    midexpression += midexpressionop.charAt(i) + " ";
                }else{
                    if(midexpressionop.charAt(i-1) == ')'){
                        midexpression += midexpressionop.charAt(i) + " ";
                    }else {
                        midexpression += new NumberRe(_max).toString() + " ";
                        midexpression += midexpressionop.charAt(i) + " ";
                    }
                }
            }else {
                if (midexpressionop.charAt(i) == ')'
                        && IsOperator(midexpressionop.charAt(i-1))) {
                    midexpression += new NumberRe(_max).toString() + " ";
                    midexpression += ')' + " ";
                }else if (midexpressionop.charAt(i) == '='
                        && IsOperator(midexpressionop.charAt(i-1))){
                    midexpression += new NumberRe(_max).toString() + " ";
                }else {
                    if(midexpressionop.charAt(i) != '=')
                        midexpression += midexpressionop.charAt(i) + " ";
                }
            }
        }
        return midexpression;
    }

　　以上为中缀表达式生成类的部分代码。

我的中缀表达式生成思路是：

　　　　先生成一个运算符，然后使用随机数循环执行以下某个选择

　　　　（1）给该运算符加上一对括号（即左右各加一个括号），然后在左边或者是右边加上一个运算符

　　　　（2）如果现在的运算符总数比指定的运算符数量少两个以上，就在左边或者右边加上一个运算符，再继续在同一边加上一对括号，并在该对括号里加上一个运算符

如上所述，生成一个由运算符和括号所组成的字符串，然后遍历该字符串，在合适的位置加上字符串，具体算法见代码，不多加说明。

其他部分的代码所使用的算法都是很常见的，就不多加说明了。

 

六、测试运行

 

执行题目生成代码，即可生成左边两个txt文件，在question.txt文件中作答以后，执行校对代码，即可根据右边的grade.txt文件获得答题情况。

 

七、源代码

 https://gitee.com/yiusnow/OperationYiusnow.git

 

八、小结

　　　　由于平时不经常写代码，所以此次的作业写得很慢，不少小bug都调了挺长时间，而且还是一些bug。很多地方不懂得优化，题目的生成很快，即使是一万题也没问题，但答案的计算很慢，就算是十道题也得计算一会儿。

　　　　尽管只是个小程序，但对于不常写代码的我来说，收获还是挺大的，但同时也给计算机类专业的我敲了一个警钟。