MathExamV2.0四则混合运算计算题生成器

MathExamV2.0四则混合运算计算题生成器----211606360 丁培晖 211606343 杨宇潇

一、预估与实际

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划
• Estimate	• 估计这个任务需要多少时间	60	100
Development	开发
• Analysis	• 需求分析 (包括学习新技术)	360	440
• Design Spec	• 生成设计文档	20	20
• Design Review	• 设计复审	30	40
• Coding Standard	• 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	30	50
• Design	• 具体设计	120	180
• Coding	• 具体编码	350	550
• Code Review	• 代码复审	90	120
• Test	• 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	30	45
Reporting	报告
• Test Repor	• 测试报告	30	30
• Size Measurement	• 计算工作量	30	35
• Postmortem & Process Improvement Plan	• 事后总结, 并提出过程改进计划	60	60
	合计	1210	1670

二、需求分析

我通过在网络搜索的方式了解到，小学三年级数学有如下的几个特点：

• 特点1：式子的运算无法得出负数。
• 特点2：数字范围增加，可以得出上千的结果。
• 特点3：除数不能为0。
• 特点4：在一个式子内会使用多个运算符号。
• 特点5：清楚加减乘除算式的优先级，并且明白括号的意思。
• 特点6：式子的结果大小限定在10000以内。

经过分析，我认为，这个程序应当：

• 使用的数字大小应为[0,1000)
• 并且判断除数的数字大小应为[1,1001)
• 生成的符号至少两个，并且至少两种。

三、设计

1. 设计思路

这一次的作业，由于需要使用逆波兰表达式，因此我们使用了和上次作业不同的输入文本的方式，这一次使用的是将字符串转为byte[]，然后输入文本的方式。

我们还分出了多中方法体以及构造函数，在主函数main（）里调用构造函数，在构造函数内调用各个方法体。（第一次作业只建立了一个方法体，并且在主函数调用，显得代码臃肿，因为将所有的算法都集中在一个方法体内，因此作出改变。）

• 根据题目要求，传入的参数有-n和-grade，因此使用if（）判断了参数的-n和-grade的顺序，并建立了一个judge（）的方法体，使用正则表达式判断参数的格式。
• 数字需要随机得出，因此需要建立随机数，随机数有多种。
• 随机出来的式子需要写入文本，因此创建了一个TxT（）的方法，用于创建文本并将式子输入文本当中，使用String数组进行存储式子，并用Byte[]转换，最后输入文本。
• 答案需要的格式为“等式+答案”，而且不需要小数以及负数，因此将随机数类型定义为整型，并在最后判断答案是否符合要求。
• 判断加减乘除需要使用到优先级，因此创建了一个Level方法，返回值为0，1，2，用于判断符号的优先级。
• 因为三年级的式子为四则混合运算，因此使用中序表达式以及逆波兰，将String数组里的式子转化为线性表，最终调用reckon（）方法计算线性表内的式子。并返回最终结果。

2. 实现方案

• 准备工作：先在Github上创建仓库，克隆到本地，并邀请结伴对象，将代码提交到一个仓库内。
• 技术关键点：
  
  - 四则混合运算式子以及括号的判断，需要使用到优先级，因此建立一个关于判断优先级的Level（）的方法。
  
  - 使用随机数Random( )时，需要注意随机数生成范围，比如除数不能为0。
  
  - 当式子内有减法，需要判断式子的答案是否大于等于0。
  
  - 使用String数组将式子转换为Byte [] ，并将其全部输入文本。
  
  - 使用正则表达式、Pattern、Matcher判断输入参数是否达标，不达标则提示输入错误，并结束程序。
  
  - 使用 DateFormat( )获取系统当前时间。

四、编码

请说明你如何按照设计思路进行编码，并记录你在开发中遇到的问题，与解决过程

1. 调试日志

记录编码调试的日志，请记录下开发过程中的 debug 历程

• 数据传入栈中，会出现空指针，导致程序不能运行。
  
  解决方案：检查随机数的生成，看随机数是否和判断条件相符合。
• 命令行输入格式不对，会出错。
  
  解决方案：通过字符匹配，如果输出格式不对，报错结束进程。
• 除法计算，除数生成了0.
  
  解决方案：在生成随机数时+1.
• 输入题目个数输入过大，或者输入不是数字，会报错。
  
  解决方案：用正则表达式来判断传入参数是否合理。
• 使用逆波兰计算方法不能正确计算。
  
  解决方案：检查传入参数是否正确，写的方法是否正确，使用方法是否正确。

2. 关键代码

请展示一段程序的关键代码，并解释代码的作用

• 通过main函数中String[] args的参数，将其传入构造函数内，并在构造函数中判断出-n与-grade的顺序，并将相应的年级和题目数量传入judge（）方法体内，判断输入的格式是否正确。
• 通过了参数格式判断后，将参数传入calculate（）和TxT（）的方法内。
• 在calculate（）判断传入的年级大小后，根据年级大小调用calculate_1（），calculate_2（），calculate_3（）。分别对应一年级、二年级、三年级的式子生成方法。
• 使用random（）随机生成数字。
• 这一段是调用三年级的式子生成方法。

private void  calculate_3(int count) {
     int i=0;
    while(i<count){

    	  	int symbol_number=(int)(Math.random()*5+2);				   	//随机生成数字，用于判断符号个数
    	  	int number_1=(int)(Math.random()*1000);		 				//随机生成第一个数字
  			int number_2=(int)(Math.random()*1000+1);				 	//随机生成第二个数字
  			int number_3=(int)(Math.random()*1000+1);					//随机生成第三个数字
  			int symbol_1=(int)(Math.random()*4);						//随机生成第一个符号
  			int symbol_2=(int)(Math.random()*4);						//随机生成第二个符号

  			if(symbol_number == 2) {
  				if(symbol_1==symbol_2)									//保证至少有两种运算符号。
  					{continue;}
  				if(Level(SymB[symbol_1])<Level(SymB[symbol_2])) {		//比较第一个符号和第二个符号的优先级，并添加括号。
		  			QT_1[i]="("+number_1+SymB[symbol_1]+number_2+")"+SymB[symbol_2]+number_3;
		  			QT[i]="( "+number_1+" "+SymB[symbol_1]+" "+ number_2 +" ) "+SymB[symbol_2] +" " +number_3;
  				}
  				else if(Level(SymB[symbol_1])>Level(SymB[symbol_2]))  {
		  			QT_1[i]=+number_1+SymB[symbol_1]+"(" + number_2 +SymB[symbol_2]+number_3+")";
		  			QT[i]=number_1+" "+SymB[symbol_1]+" ( "+ number_2 +" "+SymB[symbol_2]  +number_3+" ) ";
  				}
  				else {
  					QT_1[i]=+number_1+SymB[symbol_1]+number_2+SymB[symbol_2]+number_3;
		  			QT[i]=number_1+" "+SymB[symbol_1]+" "+ number_2 +" "+SymB[symbol_2] +" "+number_3;
  				}
	  		}
  			//判断运算符为两个之后，开始判断符号优先级，并在式子里添加括号。

  			else if(symbol_number == 3) {
  				if(symbol_1==symbol_2)		//保证式子内至少有两种运算符号
  				{continue;}
  				int number_4=(int)(Math.random()*1000+1);
  				int symbol_3=(int)(Math.random()*4);
  				if(Level(SymB[symbol_1])<Level(SymB[symbol_2])) {
		  			QT_1[i]="("+number_1+SymB[symbol_1]+number_2+")"+SymB[symbol_2]+number_3+SymB[symbol_3]+number_4;
		  			QT[i]="( "+number_1+" "+SymB[symbol_1]+" "+ number_2 +" ) "+SymB[symbol_2] +" " +number_3+" "+SymB[symbol_3]+" "+number_4;
  				}
  				else if(Level(SymB[symbol_1])>Level(SymB[symbol_2]))  {
		  			QT_1[i]=+number_1+SymB[symbol_1]+"(" + number_2 +SymB[symbol_2]+number_3+")"+SymB[symbol_3]+number_4;
		  			QT[i]=number_1+" "+SymB[symbol_1]+" ( "+ number_2 +" "+SymB[symbol_2]  +number_3+" ) "+SymB[symbol_3]+" "+number_4;
  				}
  				else if(Level(SymB[symbol_2])>Level(SymB[symbol_3]))  {
		  			QT_1[i]=+number_1+SymB[symbol_1]+ number_2 +SymB[symbol_2]+"("+number_3 +SymB[symbol_3]+number_4+")";
		  			QT[i]=number_1+" "+SymB[symbol_1]+" "+ number_2 +" "+SymB[symbol_2] +" ( " +number_3+" "+SymB[symbol_3]+" "+number_4+" ) ";
  				}
  				else {
  					QT_1[i]=+number_1+SymB[symbol_1]+number_2+SymB[symbol_2]+number_3+SymB[symbol_3]+number_4;
		  			QT[i]=number_1+" "+SymB[symbol_1]+" "+ number_2 +" "+SymB[symbol_2] +" "+number_3+" "+SymB[symbol_3]+" "+number_4;
  				}
	  		}
  		//判断运算符为三个之后，开始判断符号优先级，并在式子里添加括号。

  			else if(symbol_number == 4) {
  				if(symbol_1==symbol_2)								//保证式子至少有两种运算符号
  				{continue;}
  				int number_4=(int)(Math.random()*1000+1);
  				int number_5=(int)(Math.random()*1000+1);
  				int symbol_3=(int)(Math.random()*4);
  				int symbol_4=(int)(Math.random()*4);

  				if(Level(SymB[symbol_1])<Level(SymB[symbol_2])) {
		  			QT_1[i]="("+number_1+SymB[symbol_1]+number_2+")"+SymB[symbol_2]+number_3+SymB[symbol_3]+number_4+SymB[symbol_4]+number_5;
		  			QT[i]="( "+number_1+" "+SymB[symbol_1]+" "+ number_2 +" ) "+SymB[symbol_2] +" " +number_3+" "+SymB[symbol_3]+" "+number_4+" "+SymB[symbol_4]+" "+number_5;
  				}

  				else if(Level(SymB[symbol_1])>Level(SymB[symbol_2])) {
		  			QT_1[i]=number_1+SymB[symbol_1]+"("+number_2+SymB[symbol_2]+number_3+")"+SymB[symbol_3]+number_4+SymB[symbol_4]+number_5;
		  			QT[i]=number_1+" "+SymB[symbol_1]+" ( "+ number_2 +" "+SymB[symbol_2]+" "+number_3+" ) "+SymB[symbol_3]+" "+number_4+" "+SymB[symbol_4]+" "+number_5;
  				}

  				else if(Level(SymB[symbol_2])>Level(SymB[symbol_3])) {
		  			QT_1[i]=number_1+SymB[symbol_1]+number_2+SymB[symbol_2]+"("+number_3+SymB[symbol_3]+number_4+")"+SymB[symbol_4]+number_5;
		  			QT[i]=number_1+" "+SymB[symbol_1]+" "+ number_2 + " "+SymB[symbol_2]+" ( "+number_3+" "+SymB[symbol_3]+" "+number_4+" ) "+" "+SymB[symbol_4]+" "+number_5;
  				}

  				else if(Level(SymB[symbol_3])>Level(SymB[symbol_4])) {
		  			QT_1[i]=number_1+SymB[symbol_1]+number_2+SymB[symbol_2]+number_3+SymB[symbol_3]+"("+number_4+SymB[symbol_4]+number_5+")";
		  			QT[i]=number_1+" "+SymB[symbol_1]+" "+ number_2 + " "+SymB[symbol_2]+" "+number_3+" "+SymB[symbol_3]+" ( "+number_4+" "+SymB[symbol_4]+" "+number_5+" )";
  				}

  				else {
		  			QT_1[i]=number_1+SymB[symbol_1]+ number_2+SymB[symbol_2]+number_3+SymB[symbol_3]+number_4+SymB[symbol_4]+number_5;
		  			QT[i]=number_1+" "+SymB[symbol_1]+" "+ number_2 +" "+SymB[symbol_2] +" " +number_3+" "+SymB[symbol_3] +" "+number_4+" "+SymB[symbol_4]+" "+number_5;
  				}
  			}
  		//判断运算符为四个之后，开始判断符号优先级，并在式子里添加括号。

  			else {continue;}		//当symbol_number随机出不需要的数字时，结束本次循环，重新开始新的循环。主要防止出现空指针。

  			 List<String> rec= toInfixExpression(QT_1[i]);			//调用中序表达式。
  			 AS[i]=QT[i]+" = "+reckon(rec);

  			 if(reckon(rec)<0 || reckon(rec)>10000)  //当数字的结果大小为负数或者大于10000，结束本次循环，重新生成式子。
  			 {continue;}
  			 i++;

      	}

    }

3. 代码规范

请给出本次实验使用的代码规范：

• 第一条：代码中的变量名不能以下划线开始也不能以下划线结束。
• 第二条：代码中的命名严禁使用拼音与英文混合，更不许使用中文命名。
• 第三条：常量命名全部大写，单词键用下划线隔开，力求语义表达完整，不要嫌名字长。
• 第四条：类型与中括号紧挨相连来定义数组。
• 第五条：杜绝完全不规范的缩写，避免忘文不知义。
• 第六条：第四条：不要使用一个常量类维护所有常量，按常量功能进行归类，分开维护。并人工检查代码是否符合规范

五、测试

请思考并记录你认为必要的测试点，并记录测试用例与测试结果

测试编号	具体输入	预期结果	实际结果
1	-n 10 -grade 1	输出10题一年级题目	符合预期
2	-n -5 -grade 1	提示错误，停止运行	符合预期
3	-n 10 -grade 3	输出10题三年级题目	符合预期
4	-grade 3 -n 10	输出10题三年级题目	符合预期
5	A N	提示错误，停止运行	符合预期
6	-n 10.3 -grade 3.0	提示错误，停止运行	符合预期
7	-n 99999 -grade 4	提示错误，停止运行	符合预期

六、总结

请总结过程中的教训和经验，思考

• 在这一次的作业中，由于使用了逆波兰以及中序表达式，并且还有堆栈和线性表的运用，由于基础薄弱，我和结伴对象在写代码之前，花费了大量的时间去查看相关知识，并查看相关的博客代码，询问班里的大神，最终成功理解了其运算方式。
• 结对作业和之前的个人作业并不一样，因为是两个人一起敲代码，并且我们的想法以及思路都不同，因此每敲一行，都会对同伴说出关于这一行代码我要用它来做什么，这一行代码的用处。同时，也会提出建议，一种不同的想法，最后撮合而成，出发点不一样，想法不一样。导致了我们可以对代码更好的优化，毕竟当局者迷，旁观者清，有的不必要的代码，确实在旁观看的人会看的更加清晰，并能指出一些错误逻辑。
• 有关于调用逆波兰和中序表达式两种方法的时候，我不只一次出现了空指针的错误，原因就是if（）判断随机数生成的时候，并没有把所有可能列出来，导致出现了if（）判断之外的数字，从而导致了需要接收式子的String数组 QT_1并没有获得式子，将一个空数组传入中序表达式内，最终导致程序报错，出现空指针的问题。
• 在我无法判断出错误地点之时，同伴的几句话，可能是无心，也可能是有意，却能惊醒我这个梦中人，使我发现错误的地方，同时进行修改，最后得出最终结果。
• 结对编程相比于个人作业，多了头脑风暴和灵感冲撞，在一次次的冲突碰撞之下，在一次次克服难题之下，我们磕磕碰碰，修修改改，最终提交了代码，完成了本次作业。
• 但是这次的代码依旧有许多不足，我使用了优先级进行判断，然后逐一添加括号，在我的想法中，其实不只是两个数字，甚至可以括三个、四个数字。然而想法是美好的，但真正写出来却只能实现一个括号，只能括两个数字。
• 代码仍具有局限性，我和结伴对象虽然讨论过，但却没有得出能够符合我们想法的代码，因此只能碍于时限，草草提交了本次作业。代码依旧有着许多不足，能够改进的地方还有很多，相信在下一次的作业中，我能够获得新的想法，同时改进本次的不足，逐一完善我的代码。
• 结对编程很有趣，两个人的想法冲突，两个人的意见冲突，不仅能给枯燥的编程添加点调味剂，同时也能因为灵感冲突、结合产生新的灵感，可以说是每写出一种想法就能蹦出另外一种更大胆的想法，让人忍不住去尝试，虽然结果往往都是错的，不过说实话，真理不就是在众多的错误中诞生的吗？