结对项目

结对编程：小学四则运算

目录

• 1.需求分析
• 1.1题目
• 1.2需求分析
• 2.开发环境
• 2.1工程结构
• 2.2总体设计
• 3.代码实现及设计
• 3.1 Main类
• 3.2 Create类
• 3.3 CheckRepeat类
• 3.4 CheckAnswer 类
• 3.5 problemSet类
• 4.测试
• 4.1性能分析和内存分析
• 4.2测试运行
• 5.项目小结
• 6.PSP表格
  1.需求分析
  1.1题目
  1.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）。

2.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。

3.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。

4.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。
1.2需求分析
1.读取命令行参数，随机生成符合参数的题目。

2.对输出的式子进行查重、计算。

3.生成并输出题集文本、答案文本。

4.命令行输入答案文本、答题文本路径，读取路径后与正确答案进行比对。

5.输出成绩文本，包括正确题号与错误题号。
2.开发环境

• 编程语言：Java
• IDE：eclipse
• 性能分析工具：JProfile
  2.1工程结构
  

2.2总体设计

3.代码实现及设计
3.1 Main类
获取命令行参数，调用相应函数。

3.2 Create类
随机生成满足要求的题目。

createFormula方法用于生成整数、分数、运算符并将其合成式子，最后调用CheckAnswer方法检查运算结果。其中利用random.nextInt()语句随机确定生成整数/分数、括号起始位置、运算符。

commonFactor方法用于求两数的最大公因数，用于化简分数。

3.3 CheckRepeat类
对满足要求的式子进行查重，并将不重复的式子存储到题集文件。

generate方法用于生成临时题库和答案，并将不重复的题目添加到题集和答案集中。其中调用createFormula方法随机生成式子暂存于临时题库中，调用ifRepeat方法判断式子是否重复。

3.4 CheckAnswer 类
对式子进行计算并校验结果，生成式子的逆波兰表达式数组。

checkout方法用于生成逆波兰表达式（即后缀表达式），调用caculate方法计算并校验结果，其中分数结果用greatFraction方法（调用Create类里的commonFactor方法求分子分母的最大公因数）化简返回最简分数。
package fourcalculations;

public String[] checkout(String formula,int length){
// 操作数 && 操作符 && 逆波兰表达式
Stack stackNumber = new Stack<>();
Stack stackOperator = new Stack<>();
String[] reversePolishNotation = new String[length];
// 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();) {
    //StringBuffer类中的方法主要偏重于对于字符串的变化，例如追加、插入和删除等，这个也是StringBuffer和String类的主要区别。
    StringBuilder digit = new StringBuilder();
    //将 式子 切割为 c字符
    char c = formula.charAt(i);
    //若 c字符 为10进制数字,将 c字符 加入digit（可以将多位数一起储存为一个数）
    while (Character.isDigit(c)||c=='/'||c=='\'') {
        digit.append(c);
        i++;
        c = formula.charAt(i);
    }

    if (digit.length() == 0){ //当前digit里面已经无数字，即当前处理符号
        switch (c) {
            //如果是“(”转化为字符串压入字符栈
            case '(': {
                stackOperator.push(String.valueOf(c));
                break;
            }
            //遇到“)”了，则进行计算，因为“(”的优先级最高
            case ')': {
                //将 stackOperator 栈顶元素取到 operator
                String operator = stackOperator.pop();
                //当前符号栈里面还有 ＋ － × ÷时，取 操作数 并 运算
                while (!stackOperator.isEmpty() && !operator.equals("(")) {
                    //取操作数a,b
                    String a = stackNumber.pop();
                    String b = stackNumber.pop();
                    //后缀表达式变形
                    reversePolishNotation[j++] = a;
                    reversePolishNotation[j++] = b;
                    reversePolishNotation[j++] = operator;
                    //计算
                    String ansString = calculate(b, a, operator);
                    //如果 结果 不满足 要求 则 return -1，该式子不满足条件
                    if(ansString == null)
                        return  null;
                    //将结果压入栈
                    stackNumber.push(ansString);
                    //符号指向下一个计算符号
                    operator = stackOperator.pop();
                }
                break;
            }
            //遇到了“=”，则计算最终结果
            case '=': {
                String operator;
                //当前符号栈里面还有 ＋ － × ÷时，即还没有算完，取 操作数 并 运算
                while (!stackOperator.isEmpty()) {
                    //取值 && 取操作数
                    operator = stackOperator.pop();
                    String a = stackNumber.pop();
                    String b = stackNumber.pop();
                    //后缀表达式变形
                    reversePolishNotation[j++] = a;
                    reversePolishNotation[j++] = b;
                    reversePolishNotation[j++] = operator;
                    //计算
                    String ansString = calculate(b, a, operator);
                    if(ansString == null)
                        return null;
                    stackNumber.push(ansString);
                }
                break;
            }
            //不满足之前的任何情况
            default: {
                String operator;
                //当前符号栈里面还有 ＋ － × ÷时，取 操作数 并 运算
                while (!stackOperator.isEmpty()) {
                    //当前符号栈，栈顶元素
                    operator = stackOperator.pop();
                    if (hashmap.get(operator) >= hashmap.get(String.valueOf(c))) { //比较优先级
                        //取值
                        String a = stackNumber.pop();
                        String b = stackNumber.pop();
                        //后缀表达式变形
                        reversePolishNotation[j++] = a;
                        reversePolishNotation[j++] = b;
                        reversePolishNotation[j++] = operator;
                        //计算
                        String ansString =calculate(b, a, operator);
                        if(ansString == null)
                            return  null;
                        stackNumber.push(ansString);
                    }
                    else {
                        stackOperator.push(operator);
                        break;
                    }

                }
                stackOperator.push(String.valueOf(c));  //将符号压入符号栈
                break;
            }
        }
    }
    //处理数字，直接压栈
    else {
        stackNumber.push(digit.toString());
        //reversePolishNotation[j++] = digit.toString();
        continue; //结束本次循环，回到for语句进行下一次循环，即不执行i++(因为此时i已经指向符号了)
    }
    i++;
}
//获取 栈顶数字 即 等式的最终答案
reversePolishNotation[length-3] = "=";
reversePolishNotation[length-2] = stackNumber.peek();
reversePolishNotation[length-1] = formula;
return reversePolishNotation;

}
3.5 problemSet类
生成并输出相关文本。

createProblemSet方法用于定义题目与答案所在数组，并调用createEXEFile方法、cresteAnsFile方法生成相应文本文件。

createGradeFile方法用于生成成绩文本文件，先获取指定的答题文件和答案文件中的内容，调用output方法，输出正确/错误的题目题号。
public void createProblemSet(int n,int r){
CheckRepeat temporarySet = new CheckRepeat();
ArrayList returnList = temporarySet.generate(n,r);
ArrayList txtList = new ArrayList<>();
ArrayList ansList = new ArrayList<>();

//获取题集、答案集
for (int i =0;i<2*n;i++) {
    if(i<n) txtList.add(returnList.get(i).toString());
    else ansList.add(returnList.get(i).toString());
}
//输出题集、、答案集
createEXEFile(txtList);
createAnsFile(ansList);

}

/**

• 生成并输出Exercises.txt

• @param txtList 为 所得题集的 式子字符串
  */
  private void createEXEFile(ArrayList txtList){
  try{
  File exTXT = new File("../Exercises.txt");

   //如果文件已存在，则删除文件
   if (exTXT.exists()) {
       exTXT.delete();
   }
   //创建文件成功？？
   if(exTXT.createNewFile()){
       System.out.println("创建Exercises.txt:");
       FileOutputStream txtFile = new FileOutputStream(exTXT);
       PrintStream q = new PrintStream(exTXT);
       q.println("学号：3220004889    姓名：迪力拜尔    成绩：\n");
  
       for(int i=0;i<txtList.size();i++){
           System.out.print(">");
           q.println(i+1 + ". " +txtList.get(i));
           //System.out.println(i+1 + ". " +txtList.get(i));
       }
  
       txtFile.close();
       q.close();
       System.out.println("Exercises.txt 创建成功！");
   }
  

  }
  catch(IOException ioe) {
  ioe.printStackTrace();
  }
  }

4.测试
4.1性能分析和内存分析

4.2测试运行
项目运行，输入参数后出现以下界面

题库文档 Exercises.txt：

答案文档 Answer.txt：

录入答题文件：

在命令行输入文件路径

生成成绩文件 Grade.txt

5.项目小结
坤杜孜阿依——————个人总结
本次软件工程的双人合作项目是我第一次和别人合作完成的项目。在本次的合作中发现了不少问题。首先是前期需求分析，结构设计时花费了较多的时间，双方的想法意见没有及时交流。具体打代码因为没试过双人合作写代码，在合作上稍显慌乱，好在在一段时间后逐渐适应，合作逐渐流畅，各部分模块的思路对接比较顺畅。经过本次团队合作项目后，我对双人合作的模式有更深入的了解，更明白高效的交流在合作中的重要性。
迪力拜尔——————个人总结
此次结对编程作业我主要负责的是代码复审、测试以及报告内容。本次合作主要问题出现在前期沟通上，导致代码整体框架的构造花费了较长时间，但我们在意识到问题之后及时对合作模式进行改进，选择线下面对面交流，大大提升了工作效率，但在代码实现方面仍有不足，用户交互也只是简单地通过命令行方式，没有做出图形界面。

6.PSP表格