| 这个作业属于哪个课程 | 计科2班 |
|---|---|
| 这个作业要求在哪里 | 作业要求 |
| 这个作业的目标 | < 要求实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序 > |
[作业地址] (https://github.com/cr1017/3122004813)
一、时间预估及实际花费时间PSP表格
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 40 | 40 |
| Estimate | 估计这个任务需要多少时间 | 10 | 10 |
| Development | 开发 | 240 | 360 |
| Analysis | 需求分析 (包括学习新技术) | 120 | 150 |
| Design Spec | 生成设计文档 | 20 | 25 |
| Design Review | 设计复审 | 10 | 10 |
| Coding Standard | 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 10 | 10 |
| Design | 具体设计 | 20 | 25 |
| Coding | 具体编码 | 30 | 35 |
| Code Review | 代码复审 | 20 | 40 |
| Test | 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 360 | 400 |
| Reporting | 报告 | 60 | 50 |
| Test Repor | 测试报告 | 30 | 25 |
| Size Measurement | 计算工作量 | 10 | 10 |
| Postmortem & Process Improvement Plan | 事后总结, 并提出过程改进计划 | 20 | 15 |
| 合计 | 1000 | 1205 |
二、项目分析与设计
设计思路
参数解析：使用argparse库解析命令行参数。
题目生成：随机生成四则运算题目。
题目存储：将题目和答案存储到文本文件中。
题目校验：检查生成的题目是否符合要求。
2. 实现步骤
生成自然数和真分数：随机生成自然数和真分数。
生成表达式：根据四则运算规则生成表达式。
确保表达式合法：确保生成的表达式不会产生负数或非法的真分数。
避免重复：确保生成的题目不重复。
存储题目和答案：将题目和答案存储到文本文件中。
示例代码
以下是一个简单的Python脚本，实现了上述功能：
三、代码说明
四、测试运行
五、功能
- 参数解析 (parse_arguments)
使用argparse库来解析命令行参数：
-n, --number: 指定生成题目的数量，默认为10。
-r, --range: 指定数值范围，默认为10，表示生成的自然数和真分数的分母最大为10。 - 生成自然数和真分数
generate_number(range_limit): 随机生成一个0到range_limit - 1之间的自然数。
generate_fraction(range_limit): 随机生成一个真分数，分子和分母都在1到range_limit - 1之间，确保分子小于分母。 - 生成算术表达式 (generate_expression)
递归生成算术表达式，深度由max_depth参数控制（默认为3）：
基础情况：如果深度达到最大深度，则生成一个自然数或真分数。
递归情况：随机选择加、减、乘、除运算符，递归生成左右操作数。 - 表达式求值 (evaluate_expression)
尝试计算给定表达式的值：
使用Python的eval函数进行求值，将除法运算符从/替换为//以处理整数除法。
如果求值过程中出现错误，则打印错误信息并返回None。 - 生成题目 (generate_question)
生成一个算术题目，确保表达式的计算结果有效：
循环调用generate_expression生成表达式，并使用evaluate_expression计算结果。
如果结果有效，则生成题目字符串。
六、项目小结
技术细节
使用了argparse库来处理命令行参，使用了random库来生成随机数和选择随机运算符，使用了fractions.Fraction来处理真分数的生成和运算。
创新点
通过递归函数和最大深度参数来控制表达式的复杂性，在生成减法和除法表达式时，特别处理了操作数的顺序，以确保结果的合法性。
性能和优化
代码效率：递归生成表达式的方法在深度较大时可能导致性能下降。可以通过非递归的方法或者增加更多的随机性来优化。
内存使用：随着生成题目数量的增加，存储题目和答案的列表可能会占用大量内存。可以考虑使用生成器或者分批处理的方法来减少内存占用。
未来改进方向
更复杂的表达式：增加括号来支持更复杂的表达式生成，使程序更易于使用，扩展程序以支持更复杂的数学运算，如幂运算、开方等。
项目小结：这次的项目，开始看题目以为很简单，但是到了实际做的时候，因为需求比较多，做起来非常困难，而且其中又很多自己原来没有学会的做法。而且这个程序做的不太好，虽然勉强能实现基本功能，但是括号、题目中有真分数等功能没有能实现，而且其中也有很多bug没有得到有效解决。在编写程序的时候，最主要的问题就是对随机出现的运算符进行讨论，因为出现了很多种情况，在编写过程中容易出现遗漏，或者算法不正确等情况，导致最后得到的答案不同，基本上处理方法都是调试，观察程序运行到哪步出现错误，然后对算法出错的那段代码进行修改。在随机函数的调用当中，srand((unsigned)time(0));这句话的使用如果出现在循环当中，就会导致输出的结果全部都是相同的，这句话要放在循环之外就能解决问题。