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项目需求

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。

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。
1. 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。
2. 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。
3. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。
4. 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：

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。

1. 程序应能支持一万道题目的生成。
2. 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。

设计结构实现

项目结构：

生成文档：

函数调用过程

1. FourOperation:
main(String[] args)
Calculate:
checkout(String formula, int length)
calculate(String m, String n, String operator)
greatFraction(int integralPart, int molecule, int denominator)
2. Check:
generate(int n,int r)
ifRepeat(String[] ansFormula)
3. Create:
createFormula(int r)
commonFactor(int a,int b)
4. TxtIOUtils：
createProblemSet(int n,int r)
createExeFile(ArrayList txtList)
createAnsFile(ArrayList ansList)
createGradeFile(String submitPath, String answersPath)
output(PrintStream p,ArrayList quesNum)
obtainAnswer(String path)

代码说明

1. 入口函数:

package com.my.main;

import com.my.utils.TxtIOUtils;

import java.util.Scanner;

public class FourOperation {
    /**
     * 入口
     * @param args 指令字符串数组
     */
    public static void main(String[] args) {
        ord:
        while(true) {
            //若不输入指令直接按回车键，则默认生成10条运算数在10以内的算术题

            int n = 10;//运算题数量，默认为10
            int r = 10;//运算数范围，默认为[0,10)
            String submitPath = null;//题目文件路径
            String answersPath = null;//答案文件路径

            try {
                // 输入指令
                System.out.println("请输入需要执行的指令:(详情请看说明文档.txt)");
                Scanner command = new Scanner(System.in);
                String arr[] = command.nextLine().split("\\s"); //把输入的字符串以\\s为条件分割成一个String数组

                //指令数组长度>1时，获取正常指令
                if (arr.length > 1) {
                    for (int i = 0; i < arr.length; i = i + 2) {
                        switch (arr[i]) {
                            case "-n":
                                n = Integer.parseInt(arr[i + 1]);
                                if (n > 10000 || n < 1) {
                                    System.out.println("输入的n范围错误，这是生成题目的数量，请输入大于0的整数");
                                    return;
                                }
                                break;
                            case "-r":
                                r = Integer.parseInt(arr[i + 1]);
                                if (r < 1) {
                                    System.out.println("输入的r范围错误，这是题目中的数值范围，请输入大于0的整数");
                                    return;
                                }
                                break;
                            case "-e":
                                submitPath = arr[i + 1];
                                if (submitPath == null) {
                                    System.out.println("输入错误！！！找不到题目文件的路径");
                                    return;
                                }
                                break;
                            case "-a":
                                answersPath = arr[i + 1];
                                if (answersPath == null) {
                                    System.out.println("输入错误！！！找不到答案文件的路径");
                                    return;
                                }
                                break;
                            default:
                                System.out.println("输入的指令错误！！！");
                                break;
                        }
                    }
                }else if(arr[0].equals("exit")){//输入exit退出程序
                    System.out.println("退出程序");
                    System.exit(0);
                }
                else if(arr[0].length() != 0){//输入的不是任何指令时报错，重新输入指令
                    System.out.println("输入的指令错误！！！");
                    continue ord;
                }
            } catch (NumberFormatException e) {
                System.out.println("输入的指令错误！！！请重新输入");
                continue ord;
            }

            System.out.println("n: " + n + ", r: " + r);
            TxtIOUtils makefile = new TxtIOUtils();

            //文件不为空时，创建成绩文件；为空时，创建题目文件和答案文件
            if (submitPath != null && answersPath != null)
                makefile.createGradeFile(submitPath,answersPath);
            else
                makefile.createProblemSet(n,r);
        }
    }
}

2. 运算的主要代码设计:

package com.my.service;

import java.util.HashMap;
import java.util.Stack;

public class Calculate {

    /**
     *
     * @param formula 运算式
     * @param length 返回 RPN字符串数组的长度
     * @return RPN 含有后缀表达式、"="、运算结果和运算式的字符串数组
     */
    public String[] checkout(String formula, int length) {
        Stack<String> stackN = new Stack<>();//用栈来存放运算数
        Stack<String> stackO = new Stack<>();//用栈来存放运算符
        String[] RPN = new String[length];//逆波兰表达式（后缀表达式）
        // 哈希表存放运算符优先级
        HashMap<String, Integer> hashmap = new HashMap<>();
        hashmap.put("(", 0);
        hashmap.put("+", 1);
        hashmap.put("-", 1);
        hashmap.put("×", 2);
        hashmap.put("÷", 2);

        for (int i = 0, j = 0; i < formula.length(); ) {
            StringBuilder digit = new StringBuilder();//数字
            //将式子切割
            char c = formula.charAt(i);  //把运算式的第i个字符赋值给c
            //若c为数字，存入digit
            while (Character.isDigit(c) || c == '/' || c == '\'') { //数字、分数符号、带分数符号都要
                digit.append(c);
                i++;
                c = formula.charAt(i);
            }
            //digit里无数字，开始处理符号
            if (digit.length() == 0) {
                switch (c) {
                    //如果是“(”，就转化为字符串压入字符栈
                    case '(': {
                        stackO.push(String.valueOf(c));
                        break;
                    }
                    //遇到“)”了，则进行计算
                    case ')': {
                        String operator = stackO.pop();
                        //符号栈不为空，取操作数运算
                        while (!stackO.isEmpty() && !operator.equals("(")) {
                            String a = stackN.pop();
                            String b = stackN.pop();
                            //后缀表达式变形
                            RPN[j++] = a;
                            RPN[j++] = b;
                            RPN[j++] = operator;
                            String ansString = calculate(b, a, operator);
                            if (ansString == null)
                                return null;
                            //将结果压入栈
                            stackN.push(ansString);
                            //符号指向下一个计算符号
                            operator = stackO.pop();
                        }
                        break;
                    }
                    //遇到了“=”，计算最终结果
                    case '=': {
                        String operator;
                        while (!stackO.isEmpty()) {
                            operator = stackO.pop();
                            String a = stackN.pop();
                            String b = stackN.pop();
                            //后缀表达式变形
                            RPN[j++] = a;
                            RPN[j++] = b;
                            RPN[j++] = operator;
                            String ansString = calculate(b, a, operator);
                            if (ansString == null)
                                return null;
                            stackN.push(ansString);
                        }
                        break;
                    }
                    //其他
                    default: {
                        String operator;
                        while (!stackO.isEmpty()) {
                            operator = stackO.pop();
                            if (hashmap.get(operator) >= hashmap.get(String.valueOf(c))) { //比较优先级
                                String a = stackN.pop();
                                String b = stackN.pop();
                                //后缀表达式变形
                                RPN[j++] = a;
                                RPN[j++] = b;
                                RPN[j++] = operator;
                                String ansString = calculate(b, a, operator);
                                if (ansString == null)
                                    return null;
                                stackN.push(ansString);
                            } else {
                                stackO.push(operator);
                                break;
                            }

                        }
                        stackO.push(String.valueOf(c));  //将符号压入符号栈
                        break;
                    }
                }
            }
            //处理数字，直接压栈
            else {
                stackN.push(digit.toString());
                continue;
            }
            i++;
        }
        //栈顶数字为答案
        RPN[length - 3] = "=";
        RPN[length - 2] = stackN.peek();
        RPN[length - 1] = formula;
        return RPN;
    }

3. 检查运算式是否有重复

package com.my.service;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

public class Check {
    private ArrayList<String> returnList = new ArrayList<>();
    private ArrayList<String> txtList = new ArrayList<>();
    private ArrayList<String> ansList = new ArrayList<>();
    private ArrayList<String[]> ansFoList = new ArrayList<>();


    /**
     * 生成暂存习题和答案，暂存的目的是提前检查运算式是否有重复
     * @param n 运算题数量
     * @param r 运算数范围
     * @return returnList 返回没有重复的运算式集（还含有未标序号的题和答案）
     */
    public ArrayList generate(int n,int r) {
        Create create = new Create();
        //生成n条不重复的运算式
        for(int i = 0 ; i < n;){
            //随机生成运算式
            String[] ansFormula = create.createFormula(r);
            //判断生成的运算式是否重复
            if (ansFormula != null) {
                if (!ifRepeat(ansFormula)) {
                    System.out.println((i+1)+":"+ansFormula[ansFormula.length-1]);
                    i++;
                }
            }
        }

        //把式子及运算结果添加到returnList
        for (int i = 0;i < 2*n;i++) {
            if(i < n) {
                returnList.add(txtList.get(i));
            } else {
                returnList.add(ansList.get(i-n));
            }
        }
        return returnList;
    }


    /**
     * 判断运算式是否重复
     * @param ansFormula 含有后缀表达式、运算结果和运算式的字符串数组
     * @return true（重复） / false（不重复）
     */
    private boolean ifRepeat(String[] ansFormula) {
        String formula = ansFormula[ansFormula.length-1];
        String[] rPNotation = new String[ansFormula.length-1];
        System.arraycopy(ansFormula, 0, rPNotation, 0, ansFormula.length-1);
        boolean ifRepeat = false;

        for (String[] ansFo: ansFoList) {
            if (Arrays.equals(ansFo,rPNotation)) {
                ifRepeat = true;
            } else if (ansFo.length == rPNotation.length && ansFo[ansFo.length-1].equals(rPNotation[rPNotation.length-1])){//若运算结果及长度一致，则式子可能重复，进一步比较
                int j;
                for (j=0;j<rPNotation.length-2;) {
                    boolean opRight = ansFo[j+2].equals("＋")||ansFo[j+2].equals("×");
                    boolean exRight = ansFo[j].equals(rPNotation[j + 1]) && ansFo[j + 1].equals(rPNotation[j]) && ansFo[j + 2].equals(rPNotation[j + 2]);
                    boolean copRight = ansFo[j].equals(rPNotation[j]) && ansFo[j + 1].equals(rPNotation[j + 1]) && ansFo[j + 2].equals(rPNotation[j + 2]);
                    //运算符前后两个操作数交换比较
                    if (exRight&&opRight) {
                        j = j + 3;
                    } else if (copRight) {
                        j = j + 3;
                    } else {
                        break;
                    }
                }
                if (j == rPNotation.length-2) {
                    ifRepeat = true;
                    break;
                }
            }
        }

        if (!ifRepeat) {    //运算式不重复
            this.txtList.add(formula);
            this.ansList.add(rPNotation[rPNotation.length-1]);
            this.ansFoList.add(rPNotation);
        }
        return ifRepeat;
    }
}

生成题目和答案

Github链接

https://github.com/xixi-xii/3122004372/tree/main/jiedui1

小结

通过这次项目，我们不仅提升了编码效率，还培养了团队协作的能力。合理的分工、频繁的沟通、良好的版本管理以及项目过程中的反思，都为项目的成功奠定了基础。我们相信，未来在更复杂的项目中，结对编程的这些经验将继续发挥重要作用。

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