结对项目：四则运算题目生成器(JAVA+GUI)

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结对项目(JAVA+GUI)

结对伙伴： 胡梓泽(3118005002) 黄伟洪(3118005004)

Github链接：https://github.com/Hubbard1999/operation

1 项目简介

1.1 题目描述

1.1.1 题目：实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序（也可以用图像界面，具有相似功能）。

1.1.2 说明：

• 真分数：1/2, 1/3, 2/3, 1/4, 1’1/2, …。
• 自然数：0, 1, 2, …。
• 运算符：+, ?, ×, ÷。
• 括号：(, )。
• 等号：=。
• 分隔符：空格（用于四则运算符和等号前后）。
• 算术表达式：

　　　　e = n | e1 + e2 | e1 ? e2 | e1 × e2 | e1 ÷ e2 | (e),

　　　　其中e, e1和e2为表达式，n为自然数或真分数。

• 四则运算题目：e = ，其中e为算术表达式。

1.2 项目要求

• (完成) 使用 -n 参数控制生成题目的个数，例如 Myapp.exe -n 10 将生成10个题目。

• (完成) 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。

• (完成) 生成的题目中计算过程不能产生负数，也就是说算术表达式中如果存在形如e1? e2的子表达式，那么e1≥ e2。

• (完成) 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。

• (完成) 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。

• 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。

• 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：

　　　答案1

　　　 答案2

• 真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。
• 程序应能支持一万道题目的生成。
• 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，输入参数如下：

　　Myapp.exe -e .txt -a .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)

　　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。

2. PSP表

（请见 7. 实际PSP表）

3. 效能分析——使用JProfiler进行应用性能分析

3.1 memory性能分析

? 可以看到蓝色和蓝色高度相差很多，看数字表明，绿色是空闲的大小，蓝色是已使用的大小。如果绿色和蓝色相差高度越多，说明内存性能很好，反之，内存使用率较高。根据上图，我们的内存使用率不到20%，即内存要求不高。

3.2 数据类型占用空间

? 可以看到项目的char和string类型使用的比较多，其中char类型主要用于判断功能(运算符优先级等)，String类型基本应用于各个功能模块。

4. 设计实现过程

4.1 项目总体流程图

4.2 项目总体结构

4.3 代码设计过程

? 主要分FileChooser、CheckController、CheckService、WriteController、WriteService和数据访问类、工具类、界面相关的类。详细如下图：

5. 关键代码说明

? 代码的构建部分我们觉得是表达式的转化求解，经过查询我们采用将表达式对象(中缀表达式)先转化成逆波兰式(后缀表达式)，然后根据逆波兰计算得出结果，这个过程分为两步，详细如下：

• 将表达式对象(中缀表达式)转为逆波兰式(后缀表达式)

/**
 * @author Hubbard
 * @date 2020/4/2 16:24
 * 返回波兰式
 */
public Queue polish(OperNum[] op, int space){
        // 存储操作数的栈
        Stack opStack          = new Stack();
        // 存储转换后的逆波兰式的队列
        Queue reversePolish    = new LinkedList();
        //计算
        for(int i = 0;i  level(opStack.peek())) {
                        opStack.push(op[i]);
                    } else {
                        //否则将栈中元素出栈入队，直到遇到大于当前操作符或者遇到左括号时
                        while (!opStack.isEmpty() && !"(".equals(opStack.peek().pocket)) {
                            if (level(op[i]) 

• 计算返回的逆波兰式

/**
 * @author Hubbard
 * @date 2020/4/2 22:27
 */
public class GetAnswerUtil {
    public String getAnswer(OperNum[] op,int space){
        String      answer    =   "";
        PolishUtil polish = new PolishUtil();
        // 存储转换后的逆波兰式的队列
        Queue reversePolish    = polish.polish(op,space);

        //根据逆波兰式计算
        Stack temp          = new Stack();
        OperNum a = new OperNum();
        OperNum b;
        //如果取到的元素是操作数，直接入栈
        while(!reversePolish.isEmpty()) {
            if ("num".equals(reversePolish.peek().type)) {
                temp.push(reversePolish.poll());
            }
            //如果是运算符，从栈中弹出2个数进行运算，然后把运算结果入栈
            else {
                b = temp.pop();
                a = temp.pop();
                assert reversePolish.peek() != null;
                switch (reversePolish.peek().operator) {
                    case "+":
                        a = add(a, b);
                        break;
                    case "-":
                        a = sub(a, b);
                        break;
                    case "×":
                        a = multi(a, b);
                        break;
                    case "÷":
                        a = div(a, b);
                        break;
                    default:break;
                }
                reversePolish.poll();
                temp.push(a);

            }
        }
        answer = polish.printPolish(a);
        temp.pop();
        return answer;
    }
}

• 实体类定义

/**
 * @author Hubbard
 * 实体类
 * @date 2020/4/1 20:49
 */
public class OperNum {
    /**类型	操作数:num 运算符:oper 空格:blank 括号:bracket*/
    public String type;

    /**     整数	根据分子分母得出*/
    public int integer;
    /**     分子	自定义*/
    public int numerator;
    /**    分母	自定义*/
    public int denominator;

    /**type=运算符 "+", "-", "×", "÷"*/
    public String operator;

    /**type=空格   左括号(   右括号 )   空格_*/
    public String pocket;

    /**一键初始化简函数*/
    public void simplify(){
        int a               =   this.numerator;
        int b               =   this.denominator;
        int r;
        if(a0) {
            r = a%b;
            a = b;
            b = r;
        }
        this.numerator      =   this.numerator/a;
        this.denominator    =   this.denominator/a;

        if(this.numerator>this.denominator && this.denominator!=1) {
            int temp;   //保留余数
            this.integer    =   this.integer+this.numerator/this.denominator;
            temp            =   this.numerator/this.denominator;
            this.numerator  =   this.numerator-this.denominator*temp;
        }

    }

    /**带分数化假分数*/
    public void yojan(){
        this.numerator     =   this.numerator+this.integer*this.denominator;
        this.integer       =   0;
    }

    /**打印当前类型下的数据*/
    public void print(){
        String typeNum = "num";
        String typeOper = "oper";
        String typeBracket = "bracket";
        //操作数类型
        if(typeNum.equals(this.type)){
            if(this.integer > 0) {
                System.out.print(this.integer+"‘"+this.numerator+"/"+this.denominator);
            } else if(this.denominator==1) {
                System.out.print(this.numerator);
            } else {
                System.out.print(this.numerator+"/"+this.denominator);
            }
        }
        if(typeOper.equals(this.type)) {
            System.out.print(this.operator);
        }
        if(typeBracket.equals(this.type)) {
            System.out.print(this.pocket);
        }

    }
}

6. 测试运行

• 测试生成10000道题目

  

• 测试校对指定问题、答案文件

  ①首先选择两个目标文件：

  

  ②随后程序给出校对情况：

7. 实际PSP表格

8. 项目小结

1.对java项目的分包有了更清晰的认识。初步涉及gui界面的构建。

2.在本次项目中，我们进行了结对编程，但由于疫情的原因，此次是远程的结对编程，各方面的磨合并不顺利，我们觉得最终并没有达到“1+1>2”的效果，但此次的经验也让我们认识到了诸多不足之处并尽量一一完善改正，这是个人项目无法给予的宝贵经验。

3.整个项目进展中，前期的表达式求解构思过程没有花费我们太多时间，我们的难点聚焦在代码规范上，因为两个人对于代码的了解要趋于一致，这样才能更加有效地完成任务。因为我们在代码规范的能力方面尚有不足。

??

结对项目：四则运算题目生成器(JAVA+GUI)

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原文地址：https://www.cnblogs.com/hubbard/p/12684499.html