结对编程 四则运算Java实现by 姚建东，李晓阳

Posted 2021-01-09 llixxiaoyyang

GitHub地址：https://github.com/YJOED/Code/tree/master/Arithmetic/src

结对人：姚建东，李晓阳。

 

一、项目简介：

 

实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序

 

二、项目要求：

1. 使用 -n 参数控制生成题目的个数(完成)
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。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。（完成）
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。（完成）
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。（完成）
5. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。（完成）
6. 生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件。(完成)
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。（完成）
8. 程序应能支持一万道题目的生成。（完成）
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， 统计结果输出到文件Grade.txt。（完成）

三、PSP表格：

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	60	60
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	60	60
Development	开发	1290	1430
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	240	360
· Design Spec	· 生成设计文档	60	60
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	60	50
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	30	30
· Design	· 具体设计	120	100
· Coding	· 具体编码	600	720
· Code Review	· 代码复审	60	60
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	120	150
Reporting	报告	140	190
· Test Report	· 测试报告	60	90
· Size Measurement	· 计算工作量	50	60
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	30	40
合计		1370	1560

 

 四、解题思路：

 1、随机生成四则运算表达式，由控制台输入题目数量和生成数的范围（随机式子的长度）；

 2、规定生成数的为整数和真分数；

 3、把整数与分数统一化，进行四则运算。

 4、用后缀表达式规定其优先级，再用二叉树遍历进行计算；

 5、用二叉树交换减号左右子树，使左子树大于右子树，避免出现负数；

 6、将题目和答案分别写进文本中去；

 7、将做题的答案与生成的答案比较，检查正确率。

 

五、设计实现流程：

 

 

 六、代码说明：

1、主控制类：

 1 import java.util.Scanner;
 2 public class Arithmetic {
 3     public static void main(String[] args)throws Exception {
 4         Scanner input = new Scanner(System.in);
 5         int range_n=0,range_r=0;
 6         while (true) {
 7             if(range_n!=0&&range_r!=0) {
 8                 new Exer_Answ().Exercises(range_n,range_r);
 9                 range_r=0;
10                 System.out.println("Exercise.txt and Answer.txt created successful");
11             }
12             System.out.println("please input [order] [range]:");
13             String sip = input.nextLine();
14             String[] s = sip.split(" ");
15             if (s.length == 2) {
16                 switch (s[0]) {
17                     case "-n":
18                         range_n = Integer.parseInt(s[1]);
19                         if (range_r == 0) System.out.println("input "-r" order");
20                         break;
21                     case "-r":
22                         range_r = Integer.parseInt(s[1]);
23                         if (range_n == 0) System.out.println("input "-n" order");
24                         break;
25                     default:
26                         System.out.println("Error,input again");
27                         break;
28                 }
29             }else if(s.length==4){
30                 if(sip.equals("-a Answer.txt -e Exercises.txt")||sip.equals("-e Exercises.txt -a Answer.txt")){
31                     new Grade(range_n).Count();
32                     System.out.println("Grade.txt created successful");
33                 }else System.out.println("Error,input again!");
34             }else System.out.println("Error");
35         }
36     }
37 }

 

2、计算类：

  1 import java.io.PrintStream;
  2 import java.util.ArrayList;
  3 import java.util.Arrays;
  4 
  5 class Exer_Answ  {
  6 
  7     Exer_Answ(){ }
  8 
  9     void Exercises(int n,int r)throws Exception{
 10         String[] str = {"+","-","×","÷"};
 11         PrintStream f1 = new PrintStream(".\\src\\"+"Exercises.txt");
 12         PrintStream f2 = new PrintStream(".\\src\\"+"Answer.txt");
 13         for(int i=0;i<n;i++){  //生成题目数量
 14             int x=(int)(1+Math.random()*3);//运算符的个数
 15             String[][] s = new String[2*x+1][2] ;
 16             int[][] number = new int[x+1][3];
 17             int[] parenthese=new int[2];
 18             parenthese[0]=2*x+1;
 19             parenthese[1]=2*x+1;
 20             boolean markl=false;
 21             for(int j=0;j<2*x+1;j++) {
 22                 s[j][1]=j+"";
 23                 if (j % 2 != 0) {
 24                     int y = (int) (Math.random() * 4);//随机运算符
 25                     s[j][0] = str[y];
 26                 }
 27                 if (j % 2 == 0) {
 28                     int randoms =(int)(Math.random()*5);
 29                     if(randoms>0){
 30                         int  t;
 31                         if(j>0&&s[j-1].equals("÷"))
 32                             t= (int) (Math.random() * r+1);
 33                         else t= (int) (Math.random() * r);
 34                         number[j/2][0] = t;
 35                         number[j/2][2] = 1;
 36                         s[j][0] = "" + number[j/2][0];
 37                     }else if (randoms==0){
 38                         int t1 = (int) (Math.random() * r+1);
 39                         int t2 = (int) (Math.random() * r);
 40                         if (t2 == 0) {
 41                             number[j / 2][0] = t1;
 42                             number[j / 2][2] = 1;
 43                             s[j][0] = "" + number[j / 2][0];
 44                         } else if (t1 % t2 == 0) {
 45                             number[j / 2][0] = t1 / t2;
 46                             number[j / 2][2] = 1;
 47                             s[j][0] = "" + number[j / 2][0];
 48                         } else if (t1 % t2 != 0) {
 49                             int[] max_t = com_div(t1, t2);
 50                             number[j / 2][0] = max_t[0];
 51                             number[j / 2][1] = max_t[1];
 52                             number[j / 2][2] = max_t[2];
 53                             if (number[j / 2][0] == 0) {
 54                                 s[j][0]= "" + number[j / 2][1] + "/" + number[j / 2][2];
 55                             } else s[j][0] = "" + number[j / 2][0] + "‘" + number[j / 2][1] + "/" + number[j / 2][2];
 56                         }
 57                     }
 58                     if(x>2){
 59                         int rp =(int)(Math.random()*5);
 60                         if(j<=2*x-2&&rp==0&&!markl) {
 61                             parenthese[0] = j;
 62                             parenthese[1] = j + 2;
 63                             markl = true;
 64                         }
 65                     }
 66                 }
 67             }
 68             String[][] _s=new String[2*x+1][2];
 69             String[] _ss=new String[2*x+1];
 70             int[] index = new int[2*x+1];
 71             _s[0]=s[0];
 72             _ss[0]=s[0][0];
 73             index[0]=0;
 74             if(parenthese[0] != 2 * x + 1 && parenthese[1] != 2 * x + 1){
 75                 String[] st=s[parenthese[1]];
 76                 s[parenthese[1]]=s[parenthese[1]-1];
 77                 s[parenthese[1]-1]=st;
 78             }
 79             for(int p=0;p<x;p++) {
 80                 if (s[2 * p + 1][0].equals("÷") || s[2 * p + 1][0].equals("×")) {
 81                     if(2*p+2!=parenthese[0]) {
 82                         String[] stemp = s[2 * p + 1];
 83                         s[2 * p + 1] = s[2 * p + 2];
 84                         s[2 * p + 2] = stemp;
 85                     }else {
 86                         String[] stemp = s[2 * p + 1];
 87                         s[2 * p + 1] = s[2 * p + 2];
 88                         s[2 * p + 2] = s[2 * p + 3];
 89                         s[2 * p + 3] = s[2 * p + 4];
 90                         s[2 * p + 4] = stemp;
 91                         p++;
 92                     }
 93                 }
 94             }
 95             for(int q=1;q<2*x+1;q++){
 96                 if(q<2*x) {
 97                     if (q + 1 != parenthese[0]) {
 98                         if ((s[q][0].equals("-") || s[q][0].equals("+")) &&
 99                                 (!s[q + 1][0].equals("-") && !s[q + 1][0].equals("+"))) {
100                             _s[q] = s[q + 1];
101                             s[q + 1] = s[q];
102                             s[q] = _s[q];
103                         } else _s[q] = s[q];
104                     }else {
105                         _s[q]=s[q+1];
106                         _s[q+1]=s[q+2];
107                         _s[q+2]=s[q+3];
108                         _s[q+3]=s[q];
109                         q=q+2;
110                     }
111                 } else _s[q] = s[q];
112             }
113             for(int ii=1;ii<2*x+1;ii++){
114                 index[ii]=Integer.parseInt(_s[ii][1]);
115                 _ss[ii]=_s[ii][0];
116             }
117             ArrayList<String> slist = new ArrayList<> (Arrays.asList(_ss));
118             BinTree t=new BinTree();
119             t.CreateBinTree(t,slist,index,number);
120             t.Operation(t,number);
121             System.out.println();
122             Answer(f1,f2,t,x,i,parenthese);
123         }
124     }
125 
126     private void Answer(PrintStream _f1,PrintStream _f2,BinTree t,int len,int _i,int[] parenthese) {
127         String[] sarray = new String[2*len+1];
128         int[] indexarray = new int[2*len+1];
129         inorder(t,sarray,indexarray,2*len+1);
130         _f1.print(_i+1+".");
131         for(int x=2*len+1;x>0;x--){
132             if(indexarray[x-1]==parenthese[0]) _f1.print("("+" ");
133             _f1.print(sarray[x-1]+" ");
134             if(indexarray[x-1]==parenthese[1]) _f1.print(")"+" ");
135         }
136         _f1.println();
137         _f2.print(_i+1+".");
138         if(t.After_op[1]==0&&t.After_op[2]==1) _f2.print(""+t.After_op[0]);
139         else if(t.After_op[0]!=0)_f2.print(""+t.After_op[0]+"‘"+t.After_op[1]+"/"+t.After_op[2]);
140         else _f2.print(""+t.After_op[1]+"/"+t.After_op[2]);
141         _f2.println();
142     }
143 
144     public int[] com_div(int numerator,int denominator){//求最大公约数
145         int[] result = new int[3];
146         int m, x=numerator,y=denominator;
147         while(y!=0){
148             m = x%y;
149             x=y;
150             y=m;
151         }
152         numerator=numerator/x;
153         denominator=denominator/x;
154         result[0]=numerator/denominator;
155         result[1]=numerator%denominator;
156         result[2]=denominator;
157         return result;
158     }
159 
160     public int[] mul(int[] _num1, int[]_num2){//乘
161         int numer = (_num1[0] * _num1[2] + _num1[1]) * (_num2[0] * _num2[2] + _num2[1]);
162         int denom = _num1[2] * _num2[2];
163         return com_div(numer,denom);
164     }
165 
166     public int[] add(int[] _num1, int[] _num2){
167         int numer = _num2[2] * (_num1[1] + _num1[0] * _num1[2]) + _num1[2] * (_num2[1] + _num2[0] * _num2[2]);
168         int denom = _num1[2] * _num2[2];
169         return com_div(numer,denom);
170     }//加
171 
172     public int[] sub(int[] _num1, int[] _num2){
173         int numer = _num2[2] * (_num1[1] + _num1[0] * _num1[2]) - _num1[2] * (_num2[1] + _num2[0] * _num2[2]);
174         int denom = _num1[2] * _num2[2];
175         return com_div(numer,denom);
176     }//减
177 
178     public int[] div(int[] _num1, int[] _num2){
179         int temp;
180         temp=_num2[0]*_num2[2]+_num2[1];
181         _num2[0]=0;
182         _num2[1]=_num2[2];
183         _num2[2]=temp;
184         return  mul(_num1,_num2);
185     }//除
186 
187     public int inorder(BinTree root,String[] s,int[] in,int x){
188         String[] _s=s;
189         int[] _in=in;
190         if(root!=null) {
191             if (root.lchild == null && root.rchild == null) {
192                 _s[x - 1] = root.sdata;
193                 _in[x - 1] = root.idata;
194                 return x - 1;
195             } else {
196                 x = inorder(root.lchild, _s, _in, x);
197                 _s[x - 1] = root.sdata;
198                 _in[x - 1] = root.idata;
199                 x = inorder(root.rchild, _s, _in, x - 1);
200                 return x;
201             }
202         }return x;
203     }  //遍历生成表达式
204 }

 

3、生成树类：

 1 import java.util.ArrayList;
 2 import java.util.Arrays;
 3 
 4 public class BinTree {
 5     public BinTree rchild;
 6     public BinTree lchild;
 7     public String sdata;
 8     public int idata;
 9     public int[] After_op;
10 
11     public BinTree(){
12         super();
13     }
14 
15     public BinTree CreateBinTree(BinTree t,ArrayList<String> slist,int[] iarray,int[][] num){
16         if(t!=null&&slist.size()>0&&iarray.length>0) {
17             t.idata = iarray[slist.size()-1];
18             if(t.idata%2==0) t.After_op=Arrays.copyOf(num[t.idata / 2],num[t.idata/2].length);
19             t.sdata = slist.remove(slist.size() - 1);
20             BinTree L = new BinTree();
21             BinTree R = new BinTree();
22             String sr=slist.get(slist.size() - 1);
23             if (sr.equals("+") || sr.equals("-") || sr.equals("×") || sr.equals("÷")) {
24                 CreateBinTree(R, slist,iarray,num);
25             }else {
26                 R.idata = iarray[slist.size()-1];
27                 R.sdata = slist.remove(slist.size() - 1);
28             }
29             t.rchild = R;
30             if(slist.size()>0){
31                 String sl = slist.get(slist.size() - 1);
32                 if (sl.equals("+") || sl.equals("-") || sl.equals("×") || sl.equals("÷")) {
33                     CreateBinTree(L, slist, iarray,num);
34                 } else {
35                     L.idata = iarray[slist.size() - 1];
36                     L.sdata = slist.remove(slist.size() - 1);
37                 }
38                 t.lchild = L;
39             }
40         }
41         return t;
42     }
43 
44     public void Operation(BinTree t,int[][] num){
45         BinTree p;
46         if(t!=null) {
47             if(t.rchild==null&&t.lchild==null)
48                 t.After_op=Arrays.copyOf(num[t.idata / 2],num[t.idata/2].length);
49             if (t.lchild!= null&&t.rchild!=null) {
50                 Operation(t.lchild,num);
51                 Operation(t.rchild,num);
52                 switch (t.sdata) {
53                     case "-":
54                         if (Compare(t.lchild.After_op, t.rchild.After_op)) {
55                             p = t.lchild;
56                             t.lchild = t.rchild;
57                             t.rchild = p;
58                         }
59                         t.After_op = Arrays.copyOf(new Exer_Answ().sub(t.lchild.After_op, t.rchild.After_op), 3);
60                     break;
61                     case "+":
62                         t.After_op = Arrays.copyOf(new Exer_Answ().add(t.lchild.After_op, t.rchild.After_op), 3);
63                         break;
64                     case "×":
65                         t.After_op = Arrays.copyOf(new Exer_Answ().mul(t.lchild.After_op, t.rchild.After_op), 3);
66                         break;
67                     case "÷":
68                         t.After_op = Arrays.copyOf(new Exer_Answ().div(t.lchild.After_op, t.rchild.After_op), 3);
69                         break;
70                 }
71             }
72         }
73     }
74 
75     public boolean Compare(int[] num1,int[] num2){
76         int com1=(num1[0]*num1[2]+num1[1])*num2[2];
77         int com2=(num2[0]*num2[2]+num2[1])*num1[2];
78         if(com1<com2) return true;
79         else return  false;
80     }
81 }

 

4、建立文件类（以及校对）：

 1 import java.io.BufferedReader;
 2 import java.io.FileReader;
 3 import java.io.PrintStream;
 4 
 5 public class Grade {
 6     int n;
 7     public Grade(int _n){
 8         n=_n;
 9     }
10     void Count()throws Exception {
11         BufferedReader br_a = new BufferedReader(new FileReader(".\\src\\Answer.txt"));
12         BufferedReader br_a1 = new BufferedReader(new FileReader(".\\src\\Answer1.txt"));
13         PrintStream grade = new PrintStream(".\\src\\" + "Grade.txt");
14         int k = 0, count_c = 0, count_w = 0;
15         int[] corrt_wrong = new int[n];
16         String s_a, s_a1;
17         while ((s_a = br_a.readLine()) != null && (s_a1 = br_a1.readLine()) != null && k < n) {
18             if (s_a.equals(s_a1)) {
19                 corrt_wrong[k] = 0;
20                 count_c++;
21             } else {
22                 corrt_wrong[k] = 1;
23                 count_w++;
24             }
25             k++;
26         }
27         grade.print("Correct:"+" "+count_c+" ( ");
28         for(int i=0;i<n;i++){
29             if(corrt_wrong[i]==0) grade.print(i+1+" ");
30         }
31         grade.println(")");
32         grade.print("Wrong:"+" "+count_w+" ( ");
33         for(int i=0;i<n;i++){
34             if(corrt_wrong[i]==1) grade.print(i+1+" ");
35         }
36         grade.println(")");
37 
38         br_a.close();
39         br_a1.close();
40         grade.close();
41     }
42 }

 

七、测试运行：

1、控制台输入：

 

 

 

2、表达式：

3:、答案：

4、对错数量统计：

八、总结：

  这次结对编程虽然是双人合作，但是建东同学才是核心呀，大部分的想法思路是他提供的，每次听到他的思路我是恍然大悟，自己为什么总是想不到呢，在他身上我也是学到了很多，也认识到自己身上的不足。这次的合作让我们明白了合作是多么的重要，一个人不可能方方面面都能顾及到，可以从另一个人身上学到自己没有的东西，我觉得这是这次编程最大的收获了。这一次也是为我们以后的编程打下基础，明白合作的重要性，学会去与他人合作。再次感谢我的伙伴哦。通过这一次的结对编程，让我们感觉到个人的想法有时是比较狭窄的，看不到全部问题，但通过合作，探讨，协商，我们可以不断地发现问题，细化问题，最后解决问题，结对编程弥补了我们在个人独自编程时的不足，对我们都助益良多，是一次宝贵的经验。