结对项目：自动生成小学四则运算题目的命令行程序

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效能分析

使用profile功能进行效能分析
· 生成一万题的效能分析

· 程序生成一万题花费时间最多的函数是creat_es，即创建表达式的函数。即代表消耗大的generate_expression和calculate_expression。在最开始进行设计时，曾出现无法生成大量题目的情形，如：生成200题耗时很长，不得不使用control+C中断运行，这反映出程序的不良设计，因此对生成表达式的函数进行了修改。

· 优化心得：优化对'*'和'/'号转化思路，在生成表达式选择符号时就使用'×'和'÷'，计算时在替换为计算机能识别的运算符，这样可以减少判断除法运算符和分数除号步骤增加的时间（因为原本的设计还需要判断符号类型，加之使用正则表达式进行替换），优化后也能成功生成一万道题目，同时时间也比较满意，耗时最长的函数也只耗时了1169ms。

· 评分一万题的效能分析

· 评分一万题花费最多时间的函数是计算表达式的函数calculate_expression

设计实现过程

设计包括六个函数，分别为generate_number、generate_expression、calculate_expression、creat_es、grade和main。generate_number用于生成随机数；generate_expression用于生成四则运算表达式；calculate_expression用于计算表达式的值；creat_es用于生成表达式文件和答案文件；main作为程序的入口，调用各个函数。

代码说明

生成四则运算表达式

# 生成四则运算表达式
def generate_expression(max_value, max_operators):
    # 定义一个列表，包含四则运算符。
    operators = ['+', '-', '×', '÷']
    # 初始化一个空字符串，用于构建算术表达式。
    expression = ""
    # 随机选择一个运算符的数量，这个数量不会超过max_operators。
    num_operators = random.randint(2, max_operators)

    # 循环num_operators次，每次循环都向表达式中添加一个运算符和一个数值（整数或分数）。
    for i in range(num_operators):
        # 如果不是第一个运算符，在运算符前添加一个空格。
        if i > 0:
            expression += " " + random.choice(operators) + " "
        expression += str(generate_number(max_value))

    # 返回构建好的算术表达式。
    return expression

计算表达式的值

# 计算表达式的值
def calculate_expression(expression):
    try:
        # 使用eval函数计算表达式的值
        result = eval(expression.replace('÷', '/').replace('×', '*'))

        # 将结果转换为分数
        fraction_result = fractions.Fraction(result).limit_denominator()

        # 将分数转换为字符串
        if fraction_result.denominator == 1:
            # 如果分母为1，则结果为整数
            return str(fraction_result.numerator)
        else:
            # 如果分子大于分母，则转换为带分数形式
            if fraction_result.numerator >= fraction_result.denominator:
                whole_number = fraction_result.numerator // fraction_result.denominator
                remainder = fraction_result.numerator % fraction_result.denominator
                if remainder == 0:
                    # 如果没有余数，则只返回整数部分
                    return str(whole_number)
                else:
                    # 如果有余数，则返回带分数形式
                    return f"{whole_number}'{remainder}/{fraction_result.denominator}"
            else:
                # 如果是真分数，则直接返回分数形式
                return f"{fraction_result.numerator}/{fraction_result.denominator}"
    # 如果在计算过程中出现除以零的错误（ZeroDivisionError）
    # 捕获这个异常，并返回字符串"Error"
    except ZeroDivisionError:
        return "Error"

评分

# 评分
def grade(args):
    # 打开题目文件和答案文件进行读取
    with open(args.e, 'r') as ef, open(args.a, 'r') as af:
        # 读取题目和答案文件中的所有行
        exercises = ef.readlines()
        answers = af.readlines()
        # 初始化两个列表，分别用于存储正确和错误的题目编号
        correct = []
        wrong = []
        # 遍历题目和答案的每一对，并使用enumerate来跟踪编号
        for i, (exercise, answer) in enumerate(zip(exercises, answers), 1):
            # 去除题目和答案的编号
            exercise = exercise.split(".", 1)
            exercise = exercise[1].strip()
            # 去除题目的‘=’号
            exercise = exercise.split('=')[0].strip()
            answer = answer.split(".", 1)
            answer = answer[1].strip()
            # 如果计算出的题目结果等于答案文件中的答案，则标记为正确
            if calculate_expression(exercise) == answer:
                correct.append(i)
            else:
                # 否则标记为错误
                wrong.append(i)
        # 打开Grade.txt文件进行写入
        with open('Grade.txt', 'w') as gf:
            # 写入正确题目的数量和编号
            gf.write(f"Correct: {len(correct)} ({', '.join(map(str, correct))})\n")
            # 写入错误题目的数量和编号
            gf.write(f"Wrong: {len(wrong)} ({', '.join(map(str, wrong))})")

测试运行

· 生成表达式功能
在命令行输入python Myapp.py -n 10 -r 10 命令，得到Exercises.txt和Answers.txt两个文件

· 生成一万题功能测试

· 批改一万题测试
对2、7、27共3题进行错误作答，得到批改效果正确

· 测试覆盖率
生成一万题

批改一万题

项目小结

在合作开发算术练习生成器项目中，我们成功实现了代码的模块化设计，提高了代码的可读性和可维护性。过程中也遇到了很多困难，但通过明确分工，积极学习，我们确保了项目的高效推进。最终，我们按时完成了所有功能，并进行了测试，最大程度保证了确保程序的稳定性和准确性。结对也让我们体会到了协作的魅力，通过明确的分工和工作过程中及时的沟通和交流，我们顺利完成了项目。