基于Python实现的四则运算生成程序
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了基于Python实现的四则运算生成程序相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
Github项目地址：传送门
小组成员：黄晓彬（代码实现） 黄钰城（代码审查）
需求：
1. 使用 -n 参数控制生成题目的个数。
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。
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，
生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件。
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。
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)
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。（未实现）
PSP表格：
|
PSP2.1 |
Personal Software Process Stages |
预估耗时（分钟） |
实际耗时（分钟） |
|
Planning |
计划 |
30 |
30 |
|
· Estimate |
· 估计这个任务需要多少时间 |
30 |
60 |
|
Development |
开发 |
480 |
520 |
|
· Analysis |
· 需求分析 (包括学习新技术) |
120 |
200 |
|
· Design Spec |
· 生成设计文档 |
60 |
70 |
|
· Design Review |
· 设计复审 (和同事审核设计文档) |
30 |
60 |
|
· 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 |
60 |
60 |
|
· Coding |
· 具体编码 |
600 |
700 |
|
· Code Review |
· 代码复审 |
500 |
700 |
|
· Test |
· 测试（自我测试，修改代码，提交修改） |
200 |
300 |
|
Reporting |
报告 |
60 |
30 |
|
· Test Report |
· 测试报告 |
30 |
30 |
|
· Size Measurement |
· 计算工作量 |
60 |
30 |
|
· Postmortem & Process Improvement Plan |
· 事后总结, 并提出过程改进计划 |
30 |
40 |
|
合计 |
|
2230 |
2860 |
效能分析：算法运行过程较慢，没有使用数据结构进行优化，并且还大量使用库函数，导致结果运行缓慢
设计实现过程：接收命令行参数-->获取数值和符号列表-->计算结果并生成题目和答案列表-->存入两个txt文件
| 函数 | 功能 |
| get_num_sym(i,r) | 获取数值列表和符号列表 |
| calculate(a,b,s) | 计算单元，a，b是数，s是符号 |
| f(f) | 分数的转换 |
| writeF(slist,num,hb) | 生成算术表达式 |
| getF(n,r) | 用于生成题目和答案列表 |
| save(fname, d) | 用于写入文件 |
| main() | 主函数 |
代码说明：
用get_num_sym(i,r)函数循环遍历以获得随机分数列表和符号列表
def get_num_sym(i,r):#获取数值列表和符号列表 nlist=[]#数值列表 slist=[]#符号列表 hb=0#判断怎么加括号 l=0#判断是否是减数运算 for m in range(i+1):#根据i的值遍历输出数值列表 nlist.append(Fraction(random.randint(1, r), random.randint(1, r))) for x in range(i): sy=random.choice([‘+‘,‘-‘,‘ב,‘÷‘]) if sy==‘+‘or sy==‘-‘: hb +=10**(i-x-1) else : hb += 2 * (10 ** (i - x - 1)) slist.append(sy) if sy==‘-‘: l=1 return nlist,slist,hb,i,l
把分数转换为整数、真分数和带分数
def f(f):#分数的转换 a=f.numerator b=f.denominator if a%b==0:#为整数 return ‘%d‘%(a/b) elif a<b:#为真分数 return ‘%d%s%d‘ % (a,‘/‘,b) else:#为带分数 c=int(a/b) a = a - c * b return ‘%d%s%d%s%d‘ % (c,‘’‘,a,‘/‘,b)
用于四则运算
def calculate(a,b,s):#计算单元，a，b是数，s是符号 ans=0 if s==‘+‘:#加法运算 ans=a+b elif s==‘-‘:#减法运算 a,b=max(a,b),min(a,b)#防止结果为负数 ans=a-b elif s==‘ב:#乘法运算 ans=a*b else:ans=a/b#除法运算 return ans
生成算术表达式
def writeF(slist,num,hb):#生成算术表达式 global j,k s=‘‘ if hb>100:#符号数为3 if j==1 and k==0: s = ‘%s %s (%s %s %s) %s %s = ‘ % (f(num[0]), slist[0], f(num[1]),slist[1], f(num[2]), slist[2], f(num[3])) elif j==1 and k==1: s = ‘%s %s (%s %s (%s %s %s)) = ‘ % (f(num[0]), slist[0], f(num[1]),slist[1], f(num[2]), slist[2], f(num[3])) elif j==0 and k==1: s = ‘%s %s (%s %s %s %s %s) = ‘ % (f(num[0]), slist[0], f(num[1]),slist[1], f(num[2]), slist[2], f(num[3])) if hb == 112 or hb ==212: s = ‘(%s %s %s %s %s) %s %s = ‘ % (f(num[0]), slist[0], f(num[1]),slist[1], f(num[2]), slist[2], f(num[3])) elif hb == 121 or hb ==122: s = ‘(%s %s %s) %s %s %s %s = ‘ % (f(num[0]), slist[0], f(num[1]),slist[1], f(num[2]), slist[2], f(num[3])) else: s = ‘%s %s %s %s %s %s %s = ‘ % (f(num[0]), slist[0], f(num[1]),slist[1], f(num[2]), slist[2], f(num[3])) elif hb>10:#符号数为2 if j==1 : s = ‘%s %s (%s %s %s) = ‘ % (f(num[0]), slist[0], f(num[1]), slist[1], f(num[2])) if hb == 12: s = ‘(%s %s %s)%s %s = ‘ % (f(num[0]), slist[0], f(num[1]), slist[1], f(num[2])) else: s = ‘%s %s %s %s %s = ‘ % (f(num[0]), slist[0], f(num[1]), slist[1], f(num[2])) else :#符号数为1 s =‘%s %s %s = ‘ % (f(num[0]),slist[0],f(num[1])) return s
生成题目和答案列表
def getF(n,r):#用于生成题目和答案列表 E,A,E1,E2=[],[],[],[] global j,k x=1 while x<n+1:#循环生成题目和答案列表 i=random.randint(1, 3)#随机获取符号数目 num,slist,hb,i,l=get_num_sym(i,r) num1=num legal = True if l==1: #用于防止除法运算出现负数 if num[0]<num[1]: num1[0],num1[1]=num[1],num[0] if i>=2 and calculate(num[0],num[1],slist[0])<num[2]: num1[0],num1[1],num1[2]=num[2],num[0],num[1] j=1 if i>=3 and calculate(calculate(num[0],num[1],slist[0]),num[2],slist[1])<num[3]: num1[0],num1[1],num1[2],num1[3]=num[3],num[0],num[1],num[2] k=1 ans=num1[0] for y in range(i): cal=calculate(ans,num[y+1],slist[y]) if cal>=0:#判断算式是否合法 ans=cal else: legal=False break if legal:#判断是否重复题目 try: num=A.index(ans)#第一个重复答案的索引 if operator.eq(E1[num],slist) and operator.eq(E2[num],num): pass except ValueError as e:#可以写入 A.append(ans) E1.append(slist) E2.append(num1) E.append(‘%d. %s‘%(x,writeF(slist,num1,hb))) x+=1 else:pass return E,A
写入txt文件
def save(fname, d):#fname为写入文件的路径，d为要写入的数据列表. file = open(fname,‘a‘) file.seek(0) file.truncate() #清空 for i in range(len(d)):#循环写入文件fname s = str(d[i]).replace(‘[‘,‘‘).replace(‘]‘,‘‘) s = s.replace("‘",‘‘).replace(‘,‘,‘‘) +‘ ‘ file.write(s) file.close() print(‘%s文件保存成功‘%fname)
主函数（包括命令行参数的实现）
def main():#主函数 parser = argparse.ArgumentParser(description="this is auto calculator")#命令行参数控制 parser.add_argument(‘-n‘,help=‘控制生成题目的个数‘,type=int) parser.add_argument(‘-r‘,help=‘控制题目中数值（自然数、真分数和真分数分母）的范围‘,type=int) args = parser.parse_args() if args.n: n=args.n print(‘n值为%d‘%n) if args.r: r=args.r print(‘r值为%d‘%r) E, A=getF(n,r) for x in range(n):#循环生成答案列表 A[x]=‘%d. %s‘%(x+1,f(A[x])) save(‘Exercises.txt‘,E) save(‘Answers.txt‘,A) end = time.clock() print(‘运行时间: %s ‘%(end-start)) if __name__ == ‘__main__‘: main()
测试运行：
一万道题目生成：
项目小结：由于我们两个Python水平有限，花了几天都想不出到底要怎么写这个程序，最后还是问了同学加上网看别人写的思路，通过先全部随机生成分数（分数包括了自然数），在用函数区分自然数、真分数和带分数，再用函数根据条件的不同生成不同的表达式，并通过单步循环计算出结果，最后再根据情况加括号（其实是前面忘了，后面为了这个花了很长时间），才完成了这个自动生成程序。通过这次编程，我深刻感受到自己写Python的技术有待提高，代码让钰诚看得一头包，bug更是跟修不完似的。两个人的编程和一个人的还是有很大的不同，意见的不统一，想法的不同都会让我们产生分歧甚至是争执，这种时候良好的沟通才是最重要的。
以上是关于基于Python实现的四则运算生成程序的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章