GitHub地址

https://github.com/wklay-77/Wklay-77

PSP表格：

一、项目需求分析

1.题目：

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.说明：

• 自然数：0, 1, 2, …。
• 真分数：1/2, 1/3, 2/3, 1/4, 1’1/2, …。
• 运算符：+, −, ×, ÷。
• 括号：(, )。
• 等号：=。
• 分隔符：空格（用于四则运算符和等号前后）。
• 算术表达式：
  e = n | e1 + e2 | e1 − e2 | e1 × e2 | e1 ÷ e2 | (e),
  其中e, e1和e2为表达式，n为自然数或真分数。
• 四则运算题目：e = ，其中e为算术表达式。

3.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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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：
  四则运算题目1
  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：
  答案1
  答案2
  特别的，真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

• 程序应能支持一万道题目的生成。

• 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。

二、效能分析

1.改进的思路：

• 输入验证与错误处理：对用户输入进行有效的验证和错误处理，减少无效请求带来的性能消耗。
• 模块化设计：将功能拆分成独立的模块，每个模块负责一部分，有利于复用和维护。

2.性能分析的图：

3.Memory占用图：

三、设计实现过程

1.类与函数的设计分析：

类 Calculate: 主要用于处理数学表达式的计算。

• 方法 getResult(String s):
  计算输入字符串 s 的结果。
  先通过 PRNCal 方法计算后缀表达式的结果，然后对结果进行格式化，返回分数的标准形式。

• 方法 PRNCal(String s):
  计算后缀表达式的结果。
  使用栈结构处理运算符和操作数，支持四种基本运算（加、减、乘、除）。

• 方法 generate(String s):
  将中缀表达式转换为后缀表达式（逆波兰表示法）。
  使用栈结构处理运算符的优先级和括号。

• 辅助方法: 包括处理括号、字符串转换、操作符优先级比较、最大公约数和最小公倍数的计算等。

类 Check: 主要用于处理后缀表达式，构建二叉表达式树，并进行遍历。

• 方法 chaChong(String s):
  接收一个字符串 s 作为输入，生成后缀表达式并调用构建二叉树的函数。
  返回后缀表达式的字符串。

• 内部类 Node:
  表示二叉树的节点，包含节点值和左右子节点。

• 方法 suffixExpressionTree(String suffixStr):
  将后缀表达式转换为二叉表达式树。
  使用栈结构来构建树，运算符节点的左右子节点根据优先级和比较规则进行选择。

• 方法 isOperator(String s):
  判断给定字符串是否为运算符。

• 方法 PostOrderTravels(Node node):
  进行后序遍历，并调用 visit 方法处理每个节点。

• 方法 visit(Node node):
  访问节点并将节点值添加到结果字符串 str 中。

• 方法 compare(String a, String b):
  比较两个分数的大小，使用 Calculate 类中的方法进行转换和比较。

类 CompareAnswer: 主要用于比较两个答案文件的内容，统计正确和错误的行数，并输出结果。

• 静态变量:
  filePath2: 存储正确答案的文件路径（answer.txt）。
  filePath3: 存储用户答案的文件路径（your-Answer.txt）。

• 方法 compare():
  该方法负责读取两个文件的内容，逐行进行比较，统计正确和错误的答案，并将结果写入文件。

类 CreateFormula: 用于生成随机的数学算式。

• 静态变量:
  operate: 存储可用的运算符，包括加法、减法、乘法和除法。

• 方法 Creating(int range):
  接收一个整数 range 作为参数，用于限制生成的操作数的范围。
  返回一个字符串，表示生成的数学表达式。

• 方法 getNum(int num):
  随机生成操作数，可以是自然数、真分数或带分数。
  根据随机生成的类型，生成相应格式的字符串表示。

• 方法 getOperate():
  随机选择一个运算符并返回。

类 fenshu: 用于表示分数，包含分子和分母的属性。

• fenshu: 整数类型，用于表示分数的值。
• fenmu: 整数类型，表示分母。
• fenzi: 整数类型，表示分子。
  Getter 和 Setter 方法：
• getFenshu(): 返回 fenshu 的值。
• setFenshu(int fenshu): 设置 fenshu 的值。
• getFenmu(): 返回 fenmu 的值。
• setFenmu(int fenshu): 设置 fenmu 的值。
• getFenzi(): 返回 fenzi 的值。
• setFenzi(int fenzi): 设置 fenzi 的值。

类 FileWriting: 提供了一系列静态方法，用于文件的操作。

• 静态属性:
  filePath, filePath2, filePath3, filePath4: 这些字符串常量分别表示不同文件的路径，包含 Exercises.txt、answer.txt、your-answer.txt 和 Grade.txt。

• 方法 createFile(File fileName):
  创建一个新文件（如果该文件不存在）。

• 方法 readTxtFile(File file):
  读取指定文件的内容，并将其作为字符串返回。

• 方法 writeTxtFile(String content, File fileName):
  将指定内容写入文件，覆盖原有内容。

• 方法 fileChaseFW(String filePath, String content):
  追加内容到指定文件的末尾。

• 方法 writter, writter1, writter2, writter3:
  这些方法分别用于写入到不同的文件，调用 createFile 和 fileChaseFW。

• 方法 fileClear():
  清空所有指定文件的内容。

类 HomePage: 该类包含一个 main 方法，负责程序的入口和主要逻辑。

• 方法 main(String[] args):
  提示用户输入生成的题目数量和数值范围。
  验证用户输入是否为整数。
  调用 question 类的 Exam 方法生成题目。
  提示用户是否需要批改答案。

• 方法 isInt(String string):
  验证一个字符串是否为整数。

• 方法 input():
  从控制台读取用户输入。

类 question: 包含一个方法 Exam，用于生成题目并处理重复题目。

• 方法 Exam(int count, int range):
  根据给定的题目数量 count 和数值范围 range 生成题目。
  检查生成的题目是否重复，并将题目和答案写入文件。

• 方法 deleteKuoHao(String str):
  去掉字符串开头和结尾的括号（如果存在）。

2.关键函数：

• 方法 main(String[] args):
  提示用户输入生成的题目数量和数值范围。
  验证用户输入是否为整数。
  调用 question 类的 Exam 方法生成题目。
  提示用户是否需要批改答案。

• 方法 PRNCal(String s):
  计算后缀表达式的结果。
  使用栈结构处理运算符和操作数，支持四种基本运算（加、减、乘、除）。

• 方法 compare(String a, String b):
  比较两个分数的大小，使用 Calculate 类中的方法进行转换和比较。

• 方法 Creating(int range):
  接收一个整数 range 作为参数，用于限制生成的操作数的范围。
  返回一个字符串，表示生成的数学表达式。

四、关键代码说明

main函数

代码：

public static void main(String[] args)
        throws Exception
{
    System.out.print("请输入生成的题目数量:");
    String input1 = input();
    while (!isInt(input1)) {
        System.out.println("输入错误，请重新输入！");
        input1 = input();
    }
    System.out.print("请输入题目的数值范围:");
    String input2 = input();
    while (!isInt(input2)) {
        System.out.println("输入错误，请重新输入！");
        input2 = input();
    }
    question exam = new question();
    exam.Exam(Integer.parseInt(input1), Integer.parseInt(input2));
    System.out.println("出题完毕，请到your-answer.txt作答！");
    System.out.println("如需批改请按‘1’，任意键退出");
    String input3 = input();
    if (input3.equals("1")){
        CompareAnswer.compare();
        System.out.println("批改已完成，请到Grade.txt查看");
    }
    else
        System.exit(0);
}

思路说明：

• 获取题目数量:
  程序首先提示用户输入要生成的题目数量。
  使用 input() 方法读取用户输入的字符串，并将其存储在 input1 中。
  通过 isInt(input1) 方法检查输入是否为整数。如果不是整数，程序会提示用户输入错误，并要求重新输入，直到用户输入有效的整数。

• 获取数值范围:
  程序接着提示用户输入题目的数值范围，使用相同的方式读取并验证输入。
  将用户输入的数值范围存储在 input2 中，并再次使用 isInt(input2) 方法检查输入的有效性。

• 创建题目实例并生成题目:
  创建 question 类的实例 exam。
  调用 exam.Exam(Integer.parseInt(input1), Integer.parseInt(input2)) 方法，传入用户输入的题目数量和数值范围，生成数学题目。

• 输出完成信息:
  程序在控制台输出“出题完毕，请到your-answer.txt作答！”的信息，提醒用户查看生成的题目文件。

• 选择是否批改答案:
  程序询问用户是否需要批改答案，提示按“1”进行批改，任意键退出。
  读取用户的输入 input3，如果用户输入“1”，则调用 CompareAnswer.compare() 方法进行批改，并在控制台输出批改完成的信息，提示用户查看 Grade.txt 文件。
  如果用户输入其他内容，程序调用 System.exit(0) 退出。

五、测试运行

1.测试覆盖率：

2.运行结果：

六、项目总结

乌克来：这次同钟慧雯同学一起完成的结对项目任务，因为分工明确所以完成的非常顺利。也在这次结对项目中发现她对事反应能力很强，逻辑思维很清晰。
钟慧雯：这次和乌克来合作的结对项目完成得很顺利，我认为她的闪光点是能在发现问题时善于思考，很好地解决问题。很高兴能和她合作。
总结：在借助资料以及文献的帮助下，我们完成了这次项目，通过这次项目，我们对于java语言有了更加深入的了解，也意识到了结队合作的效率之高，相互之间取长补短，共同学习进步，对各自的编程能力与团队协作能力有了很大提升