结对项目

姓名&学号：

GitHub链接： https://github.com/1534063091/Arithmometer

一、PSP表格

二、效能分析

​ 在改进程序性能上，主要思路是优化数学运算和文件处理的效率。特别是针对分数的加减乘除运算，减少了不必要的重复计算，并通过引入化简功能来避免生成复杂的分数。此外，文件读取和写入的部分进行了缓冲优化，减少了磁盘I/O的开销。

覆盖率：

性能分析：

1.生成10道题目时：

2.生成10000道题目时：

3.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时：

消耗最大的函数

​ 经过性能分析，发现calculateAnswer函数是程序中消耗时间最多的部分，主要因为它处理了多种运算并且包含分数和整数的不同逻辑。此函数的优化通过提前判断运算类型，减少了代码分支的复杂性，从而提高了执行效率。

1. 性能瓶颈

• calculateAnswer 函数：这个函数是程序中的主要性能瓶颈。它需要对用户输入的算式进行解析和计算，尤其是在处理分数运算时，涉及的逻辑较复杂，分支判断多，可能导致性能下降。
• 文件读写操作：虽然 FileHandler 类中的读写操作相对简单，但频繁的磁盘 I/O 会影响性能，尤其是在生成大量题目和答案时。使用缓冲流和批量写入可以显著提高效率。

2. 资源消耗

• 内存使用：StringBuilder 在拼接题目和答案时有效地减少了内存的频繁分配和释放，有助于提升性能。然而，对于大规模数据的处理，仍需注意内存的使用情况。
• 随机数生成：Random 类在生成随机数时的效率相对较高，但在高并发场景下可能出现性能问题。若需处理大规模问题，可以考虑使用更高效的随机数生成算法。

3. 优化思路

• 减少分支判断：在 calculateAnswer 函数中，尽量减少复杂的条件判断，例如通过预先判断运算符类型来选择相应的计算逻辑，避免多次分支判断。
• 优化分数运算：将分数的加法、减法、乘法和除法提取成单独的函数，减少冗余代码，并提高可读性和可维护性。
• 文件操作优化：在读取文件时，可以使用 BufferedReader 来提升读取性能，同时在写入时使用 BufferedWriter 进行批量写入，从而减少频繁的磁盘I/O操作

三、设计实现过程

1. 系统架构

• 模块化设计：项目主要分为几个核心模块，包括：
  • Main 类：程序入口，负责解析命令行参数和协调其他模块。
  • ArithmeticGenerator 类：负责生成随机算式（包括分数和整数），并计算答案。
  • Fraction 类：用于表示和处理分数，包括加、减、乘、除和化简功能。
  • FileHandler 类：负责文件的读写操作，简化文件处理逻辑。
  • AnswerChecker 类：用于检查用户答案的正确性，比较用户输入与计算结果。

2. 类之间关系

• 依赖关系：
  • Main 类依赖于 ArithmeticGenerator 和 FileHandler 来生成题目和处理文件。
  • ArithmeticGenerator依赖于 Fraction 类来进行分数运算。
  • AnswerChecker依赖于 ArithmeticGenerator 来计算正确答案。

3. 关键函数设计

• generateQuestion(int maxRange)：随机生成题目，包含分数和整数运算，返回格式化的题目字符串。
• calculateAnswer(String question)：解析题目字符串，计算答案并返回。使用分数和整数的不同处理逻辑。
• writeGradeFile(String fileName, List correct, List wrong)：将正确和错误的题目编号写入成绩文件，提供清晰的反馈。

四、代码说明

代码说明

在本项目中，我们设计了一个数学题生成与答案检查的系统，主要思路如下：

1. 模块化设计：将系统分为多个类，每个类负责特定功能，如 Main 类负责程序入口和参数解析，ArithmeticGenerator 类负责生成题目和计算答案，Fraction 类用于表示和操作分数，FileHandler 类用于文件读写，AnswerChecker 类负责答案的检查和记录。

2. 题目生成：ArithmeticGenerator 类使用随机数生成器决定生成的题目类型（分数或整数）及运算符，通过封装的方法确保题目生成逻辑清晰且易于扩展。

3. 分数处理：Fraction 类封装了分数的加减乘除运算，确保每个操作后都能返回简化后的分数，增强了代码的可重用性。

4. 文件操作：FileHandler 类简化了文件的读取和写入过程，通过单一接口提供相关功能，使得文件操作集中管理。

5. 答案检查：AnswerChecker 类读取用户的答案和生成的题目，进行比较，并将结果输出到成绩文件中，这一过程保证了用户反馈的有效性。

五、测试运行

1.使用 -n 参数控制生成题目的个数，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

2.生成的题目中计算过程不能产生负数

3.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

4.生成1万道题目

异常处理

以下是项目中关键异常处理的代码示例：

1. 分母为零的检查（Fraction 类）：

2. 命令行参数解析（Main 类）：

3. 文件操作异常（FileHandler 类）：

4. 答案检查中的错误处理（AnswerChecker 类）：

5. 分数运算中的异常处理（ArithmeticGenerator 类）：

   

六、项目小结

在这个项目中，我们成功实现了一个简单的算术题生成器和答案检查器，整体流程流畅，功能基本符合预期。但在这个过程中，我们也经历了许多挑战和收获。

成功之处

1. 功能实现：项目的核心功能——生成算术题和计算答案，顺利完成，用户可以根据输入的参数生成不同数量和范围的题目。
2. 模块化设计：代码结构清晰，模块划分合理，各个类之间的职责明确，便于后续的维护和扩展。
3. 异常处理：我们对可能出现的异常情况进行了详细的处理，确保程序的健壮性，给用户友好的反馈。

不足之处

1. 时间管理：在项目的早期阶段，我们对时间的估计不足，导致部分功能的实现和测试时间紧张。
2. 测试覆盖不足：虽然我们编写了一些测试用例，但对边界条件和极端输入的测试相对较少，导致在某些情况下程序仍可能出现意外结果。

结对感受

在结对编程的过程中，我们发现彼此的优点和不足。我们都认为在下次项目中可以提前规划时间，设定更细化的计划，以便更好地控制进度。同时，可以加强对测试用例的编写，确保覆盖更全面。