结对项目(JAVA+GUI)
结对伙伴： 胡梓泽(3118005002) 黄伟洪(3118005004)
Github链接：https://github.com/Hubbard1999/operation
1 项目简介
1.1 题目描述
1.1.1 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）。
1.1.2 说明：
- 真分数：1/2, 1/3, 2/3, 1/4, 1’1/2, …。
- 自然数：0, 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。
1.2 项目要求
-
(完成) 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。
-
(完成) 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。
-
(完成) 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) 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) 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
- 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
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。
2. PSP表
（请见 7. 实际PSP表）
3. 效能分析——使用JProfiler进行应用性能分析
3.1 memory性能分析
可以看到蓝色和蓝色高度相差很多，看数字表明，绿色是空闲的大小，蓝色是已使用的大小。如果绿色和蓝色相差高度越多，说明内存性能很好，反之，内存使用率较高。根据上图，我们的内存使用率不到20%，即内存要求不高。
3.2 数据类型占用空间
可以看到项目的char和string类型使用的比较多，其中char类型主要用于判断功能(运算符优先级等)，String类型基本应用于各个功能模块。
4. 设计实现过程
4.1 项目总体流程图
4.2 项目总体结构
4.3 代码设计过程
主要分FileChooser、CheckController、CheckService、WriteController、WriteService和数据访问类、工具类、界面相关的类。详细如下图：
5. 关键代码说明
代码的构建部分我们觉得是表达式的转化求解，经过查询我们采用将表达式对象(中缀表达式)先转化成逆波兰式(后缀表达式)，然后根据逆波兰计算得出结果，这个过程分为两步，详细如下：
- 将表达式对象(中缀表达式)转为逆波兰式(后缀表达式)
/**
* @author Hubbard
* @date 2020/4/2 16:24
* 返回波兰式
*/
public Queue<OperNum> polish(OperNum[] op, int space){
// 存储操作数的栈
Stack<OperNum> opStack = new Stack<>();
// 存储转换后的逆波兰式的队列
Queue<OperNum> reversePolish = new LinkedList<>();
//计算
for(int i = 0;i < space;i++){
//是操作符 判断操作符栈是否为空
//为空或者栈顶元素为左括号或者当前操作符优先级大于栈顶操作符直接压栈
switch (op[i].type) {
case "oper":
if (opStack.isEmpty() || "(".equals(opStack.peek().pocket) || level(op[i]) > level(opStack.peek())) {
opStack.push(op[i]);
} else {
//否则将栈中元素出栈入队，直到遇到大于当前操作符或者遇到左括号时
while (!opStack.isEmpty() && !"(".equals(opStack.peek().pocket)) {
if (level(op[i]) <= level(opStack.peek())) {
reversePolish.offer(opStack.pop());
} else {
break;
}
}
//当前运算符压栈
opStack.push(op[i]);
}
break;
//当前op为操作数 直接入队
case "num":
reversePolish.offer(op[i]);
break;
case "bracket":
//是右括号 ，将栈中元素弹出入队，直到遇到左括号，左括号出栈，但不入队
if (")".equals(op[i].pocket)) {
while (!opStack.isEmpty()) {
if ("(".equals(opStack.peek().pocket)) {
opStack.pop();
break;
} else {
reversePolish.offer(opStack.pop());
}
}
}
//是左括号，压栈
else if ("(".equals(op[i].pocket)) {
opStack.push(op[i]);
}
break;
default:break;
}
}
while(!opStack.isEmpty()){
reversePolish.offer(opStack.pop());
}
System.out.println();
System.out.print("逆波兰：");
for(OperNum a:reversePolish){
a.print();
System.out.print(" ");
}
System.out.println();
return reversePolish;
}
- 计算返回的逆波兰式
/**
* @author Hubbard
* @date 2020/4/2 22:27
*/
public class GetAnswerUtil {
public String getAnswer(OperNum[] op,int space){
String answer = "";
PolishUtil polish = new PolishUtil();
// 存储转换后的逆波兰式的队列
Queue<OperNum> reversePolish = polish.polish(op,space);
//根据逆波兰式计算
Stack<OperNum> temp = new Stack<>();
OperNum a = new OperNum();
OperNum b;
//如果取到的元素是操作数，直接入栈
while(!reversePolish.isEmpty()) {
if ("num".equals(reversePolish.peek().type)) {
temp.push(reversePolish.poll());
}
//如果是运算符，从栈中弹出2个数进行运算，然后把运算结果入栈
else {
b = temp.pop();
a = temp.pop();
assert reversePolish.peek() != null;
switch (reversePolish.peek().operator) {
case "+":
a = add(a, b);
break;
case "-":
a = sub(a, b);
break;
case "×":
a = multi(a, b);
break;
case "÷":
a = div(a, b);
break;
default:break;
}
reversePolish.poll();
temp.push(a);
}
}
answer = polish.printPolish(a);
temp.pop();
return answer;
}
}
- 实体类定义
/**
* @author Hubbard
* 实体类
* @date 2020/4/1 20:49
*/
public class OperNum {
/**类型 操作数:num 运算符:oper 空格:blank 括号:bracket*/
public String type;
/** 整数 根据分子分母得出*/
public int integer;
/** 分子 自定义*/
public int numerator;
/** 分母 自定义*/
public int denominator;
/**type=运算符 "+", "-", "×", "÷"*/
public String operator;
/**type=空格 左括号( 右括号 ) 空格_*/
public String pocket;
/**一键初始化简函数*/
public void simplify(){
int a = this.numerator;
int b = this.denominator;
int r;
if(a<0) {
a = -a;
}
if(b<0) {
b = -b;
}
//辗转相除 最后a为公因数
while(b>0) {
r = a%b;
a = b;
b = r;
}
this.numerator = this.numerator/a;
this.denominator = this.denominator/a;
if(this.numerator>this.denominator && this.denominator!=1) {
int temp; //保留余数
this.integer = this.integer+this.numerator/this.denominator;
temp = this.numerator/this.denominator;
this.numerator = this.numerator-this.denominator*temp;
}
}
/**带分数化假分数*/
public void yojan(){
this.numerator = this.numerator+this.integer*this.denominator;
this.integer = 0;
}
/**打印当前类型下的数据*/
public void print(){
String typeNum = "num";
String typeOper = "oper";
String typeBracket = "bracket";
//操作数类型
if(typeNum.equals(this.type)){
if(this.integer > 0) {
System.out.print(this.integer+"\'"+this.numerator+"/"+this.denominator);
} else if(this.denominator==1) {
System.out.print(this.numerator);
} else {
System.out.print(this.numerator+"/"+this.denominator);
}
}
if(typeOper.equals(this.type)) {
System.out.print(this.operator);
}
if(typeBracket.equals(this.type)) {
System.out.print(this.pocket);
}
}
}
6. 测试运行
-
测试生成10000道题目
-
测试校对指定问题、答案文件
①首先选择两个目标文件：
②随后程序给出校对情况：
7. 实际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 | 70 |
| · Estimate | · 估计这个任务需要多少时间 | 60 | 70 |
| Development | 开发 | 1745 | 2775 |
| · Analysis | · 需求分析 (包括学习新技术) | 20 | 30 |
| · Design Spec | · 生成设计文档 | 120 | 220 |
| · Design Review | · 设计复审 (和同事审核设计文档) | 30 | 20 |
| · Coding Standard | · 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 30 | 90 |
| · Design | · 具体设计 | 30 | 15 |
| · Coding | · 具体编码 | 1440 | 2310 |
| · Code Review | · 代码复审 | 45 | 60 |
| · Test | · 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 30 | 50 |
| Reporting | 报告 | 60 | 40 |
| · Test Report | · 测试报告 | 20 | 10 |
| · Size Measurement | · 计算工作量 | 10 | 10 |
| · Postmortem & Process Improvement Plan | · 事后总结, 并提出过程改进计划 | 20 | 20 |
| 合计 | 1865 | 2885 |
8. 项目小结
胡梓泽：
1.对java项目的分包有了更清晰的认识。初步涉及gui界面的构建。
2.在本次项目中，我们进行了结对编程，但由于疫情的原因，此次是远程的结对编程，各方面的磨合并不顺利，我们觉得最终并没有达到“1+1>2”的效果，但此次的经验也让我们认识到了诸多不足之处并尽量一一完善改正，这是个人项目无法给予的宝贵经验。
3.整个项目进展中，前期的表达式求解构思过程没有花费我们太多时间，我们的难点聚焦在代码规范上，因为两个人对于代码的了解要趋于一致，这样才能更加有效地完成任务。因为我们在代码规范的能力方面尚有不足
黄伟洪：
1.这次结对项目，让我认识到规划和接口的重要性，口头的交流和讨论还不足以在程序编码上达成统一。
2.合作编程的好处在于能集思广益，让要需求的实现变得更加快捷，但是也增加了复杂性，多人编程难在合作和统一。
3.要使得结对多人项目优于个人，首先要提升自我的代码规范和强度，其次要学会和他人合作规范接口和功能，尽量只用少量时间，完成准备工作，留的更多时间进行实际编程和测试。
以上是关于结对项目：四则运算题目生成器(JAVA+GUI)的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章