Java实现四则运算

Posted 2021-01-09 wamelon

GitHub：https://github.com/Wamelon/operations

组员：黄锐斌，张正浩

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。

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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。

6. 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：

1. 四则运算题目1

2. 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。

7. 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：

1. 答案1

2. 答案2

特别的，真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

8. 程序应能支持一万道题目的生成。

9. 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 <exercisefile>.txt -a <answerfile>.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)

 

PSP表格

 

 

一、需求分析

     （1）能够自动生成简单运算的式子，可以定义其的数量和大小。

     （2）运算符要包括“+，-，×，÷”，其中还要支持括号和分数的计算。

     （3）程序要能够自己生成答案，并保存在文件夹中。

    （4）可以计算做对以及做错的题数和题号

 

二、功能设计

通过控制台生成四则运算，进行查重，将式子写入Exercise.txt中，

计算每道题的结果写入Answer.txt

在zuoda.txt中作答，通过比较，在Grade.txt中生成成绩

 

三、设计实现

 

 

四、关键代码

 

//主页
public class HomePage
{
  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 ques = new question();
    ques.Exam(Integer.parseInt(input1), Integer.parseInt(input2));
    System.out.println("出题完毕，请到zuoda.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);

  }

//生成式子
public void Exam(int count,int range) throws Exception
{
    int re=0;
    String[] strr = new String[count+1];
    String[] strr2 = new String[count+1];
    String[] repeat =new String[count+1];
    FileWriting.fileClear();
    String subject;
    for(int i=0;i<count;i++)
    {
        CreateFormula create=new CreateFormula();
        subject=create.Creating(range);
        //去掉多余括号
        subject=deleteKuoHao(subject);
        str=Check.chaChong(subject);
        strr[i]=str;
        strr2[i]=subject;
        int xy=1;
        for(int h=1;h<i;h++)
        {
            if(strr[h].equals(str))
            {
                xy=0;
                repeat[re]=h+","+strr2[h]+"  Repeat  "+i+","+subject;
                re++;
                break;
            }
        }
        if(xy==0)
        {
            i--;
            continue;
        }
        else
        {
        String result=Calculate.getResult(subject);
        FileWriting.writter((i+1)+"："+subject);
        FileWriting.writter1((i+1)+":"+result);
        FileWriting.writter2((i+1)+":");
        System.out.print("第"+(i+1)+"题,"+subject+"
");
        
        }
    }

//生成算式
public class CreateFormula {

    private static char[] operate = { ‘+‘, ‘-‘, ‘*‘, ‘÷‘ };

    public String Creating(int range){
        String subject = "";
        Random r = new Random();
        int  operator = r.nextInt(3)+1;//操作符个数
        int kuohao=0;
        boolean flag=true;
        for(int i=1;i<=operator;i++)
        {
            
            Random rand=new Random();
            int temp=rand.nextInt(3)+1;
            if(temp==1)//决定是否加入左括号
            {
                subject+="(";
                kuohao++;
                subject+=this.getNum(range);
                subject += this.getOperate();
            } else if (temp == 2 && flag) {//决定是否加入左括号
                flag=false;
                subject="("+subject;
                kuohao++;
                subject+=this.getNum(range);
                subject += this.getOperate();
            }else if(temp==3&& kuohao!=0){//决定是否加入右括号
                subject+=this.getNum(range);
                subject+=")";
                kuohao--;
                subject += this.getOperate();
            }else{
                subject+=this.getNum(range);
                subject += this.getOperate();
            }
            
        }
        subject+=this.getNum(range);
        for(int i=kuohao;i>0;i--)
        {
            subject=subject+")";
        }
        return subject;    
    }

//计算
public class Calculate {
    
    public static String getResult(String s)    {
    
        String result=Calculate.PRNCal(s);
        String[] ary = result.split("/");
        int a = Integer.parseInt(ary[0].trim());
        int b = Integer.parseInt(ary[1].trim());
        if (Math.abs(a) < Math.abs(b)) {
            result = a + "/" + b;
        } else if (a == b) {
            result = 1 + "";
        } else if (a == -b) {
            result = -1 + "";
        } else {
            int yu;
            int da;
            if (a == 0 || b == 0) {
                yu = 0;
                da = 0;
            } else {
                yu = a % b;
                da = a / b;
            }
            if (yu == 0)
                result = da + "";
            else
                result = da + "‘" + Math.abs(yu) + "/" + Math.abs(b);

        }
        return result;
        
    }

//对比答案
public class CompareAnswer {
    private static String filePath2 = "answer.txt";
    private static String filePath3 = "zuoda.txt";

    public static void compare() throws Exception {
        String right = "";
        String error = "";
        int correct=0;
        int wrong=0;
        InputStreamReader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream(
                filePath2), "gbk");
        BufferedReader br = new BufferedReader(reader);
        String s = null;
        InputStreamReader reader1 = new InputStreamReader(new FileInputStream(
                filePath3), "gbk");
        BufferedReader br1 = new BufferedReader(reader1);
        String s1 = null;
        int i = 0;
        right = "";
        error = "";
        while (((s = br.readLine()) != null) && (s1 = br1.readLine()) != null) {
            i++;
            if (s.trim().equals(s1.trim())) {
                correct++;
                right = right + i + ",";
            } else {
                wrong++;
                error = error + i + ",";
            }

        }
        String str1 = "Correct:" + correct;
        if (right.length() <= 1)
            str1 = str1 + "(" + ")";
        else
            str1 = str1 + "(" + right.substring(0, right.length() - 1)+ ")";

        String str2 = "Wrong:" + wrong;
        if (error.length() <= 1)
            str2 = str2 + "(" + ")";        
        else
            str2 = str2 + "(" + error.substring(0, error.length() - 1)+ ")";
        FileWriting.fileClear();
        FileWriting.writter3(str1);
        FileWriting.writter3(str2);
        
    }
}

 

 

五、测试运行

 

 

 

 

六、小结

由于平时较少与人合作项目，此次与队友合作花费时间也较长，中间也遇到不少问题，不过遇到问题可以相互讨论，是一个人无法完成的。