2016012002+小学四则运算练习软件项目报告

Posted 2020-10-28 Vsmile

2016012002+小学四则运算练习软件项目报告

项目报告目录：

一、感想

二、需求分析

三、功能设计

四、设计实现

五、算法详解

六、测试运行

七、总结反思

八、PSP展示

代码仓库地址：https://git.coding.net/Vsmile1997/sizeys.git测试效果见src下生成的result.txt文件

一、感想

     我把感想写在第一部分，是想首先谈谈完成这个项目的体验和感悟。重新梳理程序的代码思路，满满的完成任务的成就感和如释重负的轻松感。从拿到作业的起初，我把问题过度放大了。Java？我还要重新拿起那本大厚书学习Java？出于懒惰，我还是硬着头皮慢慢做，遇到什么困难就现学现卖。从随机数的产生，括号的分配，算式的合法化到堆栈的建立，优先级的处理……编写程序的过程就像是建造大楼一样，自己有很多想法。一次次的摸索与肯定，一次次的推翻与重建。逻辑的正确表达，代码的标准实现，这个过程尽管有些虐心，但是困难恰是自己进步的机会，不断地积淀着成就感。这一周因为这次作业而倍感充实，这次的项目也让我认识到自己的不足以及对以往知识的负债。借此机会，认真梳理代码思路，把知识从厚变薄，又从薄变厚，这个过程就是回顾总结的机会。

二、需求分析

    现在需要面向小学生设计一款四则运算出题软件，减轻老师和家长的辅导负担，同时提高小学生的运算思考能力。

1.对象分析：考虑到出题软件面向小学生主体，软件设计的细节应当做到：

            (1)运算数字以0-100的整数为宜，运算符以3-5个为宜，一道题中至少出现两种运算符；

            (2)每一步计算结果避免出现负数，除法运算需保证整除；

            (3)支持有括号运算，算式中存在的括号必须大于2个，且不得超过运算符的个数；

            (4)支持真分数的加减运算（不含乘除运算），每一步计算结果需保证均为真分数，结果要求最简化。

2.软件分析：对于软件设计和用户体验，基本要求如下：

            (1)采用JAVA语言编程设计软件；

            (2)程序可接收一个输入参数n，然后随机产生n道加减乘除（分别使用符号+-*÷来表示）练习题;

            (3)练习题生成好后，将学号与生成的n道联系题及其对应的正确答案输出到文件“result.txt”中；

            (4)处理错误的测试数据并给出提示。

三、功能设计

        这款四则运算软件包括基本功能和拓展功能两部分，以满足不同层次，不同

知识水平的小学生的实际需求。

1.基本功能：(1)实现100以内的整数的四则混合运算，运算符3-5个且一道题至少两种运算符；

                      (2)计算过程和结果没有负数出现和非整除的情况出现。

2.拓展功能：(1)有括号计算且存在的括号个数大于2个但不超过运算符的个数；

                     (2)真分数的加减运算（不含乘除运算）,每一步计算结果需保证均为真分数，结果要求最简化。

四、设计实现

        结合基本功能和拓展功能，将主程序分为两大模块：整数计算和真分数计算。在整数计算中，包含了生成算数表达式和计算结果两个部分，考虑到操作符的优先级问题，附带一个优先级比较判断的函数；在真分数计算中，包含了生成算数字符串和计算结果两个部分，考虑到分式的化简问题，附带一个求解两个整数最大公约数的函数。设计实现的模块化函数如下图：

 

 

 

五、算法详情

1.生成与计算：我采取的方式是边生成边运算，生成与运算同步以便检查算式的合法性。

     (1)整数算式：运算过程和结果满足非负性，整除且除数不为零。

 1 ...
 2 ...
 3 if(opt[type]==\'-\')//如果是减法
 4 {
 5     while(s1<s2); //被减数小于减数，则重新生成减数
 6     s2=(int)(Math.random()*100);
 7     sum=s1-s2;//保证减法合法
 8 }    
 9 ...
10 ...
11 if(opt[type]==\'÷\')//如果是减法
12 {
13     while(s2==0||s1%s2!=0)//不能整除或除数为0，重新生成除数
14     s2=(int)(Math.random()*100+1);
15     sum=s1/s2;//保证除数合法
16 }      

      (2)真分数算式：真分数定义要求分子小于分母且分子不为零，运算过程和结果均为真分数。

 1 ...
 2 ...
 3 int fz1=(int)(Math.random()*10+1);  //生成分子
 4 int fm1=(int)(Math.random()*30+11);  //生成分母
 5         if(fz1>=fm1) //如果分子大于等于分母
 6             fm1=fz1+fm1;//令fm1=fz1+fm1，使分式合法
 7         int div1=gcd(fz1,fz1);
 8             fz1=fz1/div1;
 9             fm1=fm1/div1;  //化简过程
10 ...
11 ...
12 type=(int)(Math.random()*2);//下面j为操作符个数，是一个循环控制量
13 if(fm1==fm2)//分母相同
14   {
15         fm=fm1;//分母不变
16         if(type==0)//减法运算
17         {
18             fz=fz1+fz2;//分子相加
19             if(fz>=fm)//分式大于1，重新生成分式
20             j--;
21         else
22         {
23              int div=gcd(fz,fm);//化简
24              fz/=div;
25             fm/=div;
26              fra1=fra1+""+opt[type]+fz2+"/"+fm2;
27              fz1=fz;
28              fm1=fm;
29         }
30      }
31 else//减法运算
32       {
33             fz=fz1-fz2; //分子相减
34             if(fz<=0)//分式不合法，重新生成
35             j--;
36             else
37             {
38                int div=gcd(fz,fm);
39                    fz/=div;
40                    fm/=div;
41                    fra1=fra1+""+opt[type]+fz2+"/"+fm2;
42                    fz1=fz;
43                    fm1=fm;
44             }
45         }
46 ...
47 ...

 

     2.调用函数：分为优先级判断和最大公约数两个函数。

     (1)优先级判断：通过对操作符的优先级进行比较，判断是否添加括号，括号有实际意义。

 1 public static int youxianji(char c)// 判断优先级
 2 {
 3         if (c == \'*\' || c == \'÷\') //乘除优先级最高
 4          return 3;
 5         if (c == \'+\' || c == \'-\')
 6                  return 2;
 7         if (c == \'(\')
 8                  return 1;
 9         return 0;
10 }  

     (2)最大公约数：在化简分数时，分子分母需要同时除以一个不为零的最大公约数，以保证分式最简化。

1 //最大公因数，每次代入,显然有a<b
2  public static int gcd(int a, int b)//每次代入分子和分母，不需判断a,b大小
3 {
4        while(a!=0)
5              return gcd(b % a, a);
6        return b;
7 }
8  

六、测试运行

    按照要求，进行程序的测试与运行，结果如下：

     1.合法参数输入： 

注：上图中第一个算式除数生成的始终为1，是因为边算边生成时，(60+41)为质数，在保证整除的情况下，除数只能生成1。（其实这样生成效率有点低）

       2.非法参数输入：

 

七、总结反思

    这个项目按照要求实现了基本功能和拓展功能，在程序的布局上，尽量采用模块化编程，增加了程序的可读性和可移植性，便于后期对程序的修改和完善。但是，对于算法和语言的要求有所瑕疵。在编程过程中，我始终使用C/C++做题。直到功能实现后，我才慢慢力求将C/C++的语言风格改为JAVA。比如，符号的选择比较：C语言用(char==’+’)就可以实现目的，而JAVA需要(char.equals("÷")) ，功能一样，但是语言风格迥异。对于同一算式中，要求至少存在两种，我仅仅是将倒数第二个符号的下标自增1，这样虽然达到了要求，但是并不是很好。诸如此类繁冗的有待进一步优化的地方，一定还存在着，需要我后期继续琢磨，不断修改。

八、PSP展示

PSP	任务内容	计划时间(min)	完成时间(min)
Planning	计划	10	5
Estimate	估计与规划	10	20
Development	开发	300	700
Analysis	需求分析	10	20
Design Spec	生成文档	30	45
Design Review	设计复审	20	30
Coding Standard	代码规范	30	60
Design	具体设计	240	500
Coding	具体编码	60	200
Code Review	代码复审	30	60
Test	测试	20	50
Reporting	报告	60	180
Test Report	测试报告	10	30
Size Measurement	计算工作量	20	45
Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结并改进	30	50