实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序（java实现）

Github项目地址：https://github.com/xiaobaot/wordcount/tree/master/sizeyusuan

团队成员：谢家明（代码生成）    谢竣（测试完善）

项目需求：

1. 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。

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，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。

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，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：

1. 四则运算题目1

2. 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。

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，格式如下：

1. 答案1

2. 答案2

特别的，真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

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。

PSP开发耗时

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	60	100
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	100	120
Development	开发	600	660
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	120	150
· Design Spec	· 生成设计文档	40	50
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	50	60
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	40	40
· Design	· 具体设计	60	60
· Coding	· 具体编码	120	120
· Code Review	· 代码复审	60	90
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	60	60
Reporting	报告	90	90
· Test Report	· 测试报告	60	60
· Size Measurement	· 计算工作量	30	30
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	30	30
合计		1520	1720

设计思路

1.我们首先想到的是整数化分数的运算，再对分子分母进行化简，我们试图生成两个分子和两个分母（分母至少一个为零时则全置为1，从而达到生成整数而用分数去运算的效果）来实现让整数和分数的计算可以同步。

2.对分数（不论是结果还是题目）进行判断，是假分数则化为带分数的形式，是真分数保持不变。

3.通过对不同文件的操作输出题目，答案以及统计答题者情况。

4.程序需求中的查重功能没有实现。

具体代码实现

main函数部分代码：

public static void main(String[] args){
     Scanner sc= new Scanner(System.in);
     System.out.println("请输入产生几以内的数字：");
     range=sc.nextInt();
     System.out.println("请输入产生多少个运算表达式：");
     int num=sc.nextInt();
     int rightcount[]=new int[num+];
     int wrongcount[]=new int[num+];
     int right1=;
    int wrong1=;
    String[] results=new String[num];int i;
     for( i=;i<num;i++){ 
          /*具体的功能如下面的代码（两个class除外）*/

}

生成题目：

String expArr[]=new String[];//定义生成的题目
        int a= (int) (random.nextInt(range));//分子
        int b= (int) (random.nextInt(range));//分母
        int c= (int) (random.nextInt(range));//另一个分子
        int d= (int) (random.nextInt(range));//另一个分母
        int fuhao;//运算符
        fuhao= (int) (random.nextInt());
        if(b!=&&d!=) {//分母均不为0时生成带有分数的计算题，同时计算结果
        if(fuhao==) {
            int fenzi=a*d+b*c;
            int fenmu=b*d;
            expArr[]=biaodashi(a,b)+'+'+biaodashi(c,d)+'=';
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);

        }
        if(fuhao==&&a*d-b*c>=) {
            int fenzi=a*d-b*c;
            int fenmu=b*d;
            expArr[]=biaodashi(a,b)+'-'+biaodashi(c,d)+'=';
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);

        }
        if(fuhao==&&a*d-b*c<) {
            int fenzi=b*c-a*d;
            int fenmu=b*d;
            expArr[]=biaodashi(a,b)+'-'+biaodashi(c,d)+'=';
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);

        }
        if(fuhao==) {
            int fenzi=a*c;
            int fenmu=b*d;
            expArr[]=biaodashi(a,b)+'×'+biaodashi(c,d)+'=';
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);

        }
        if(fuhao==&&c!=) {
            int fenzi=a*d;
            int fenmu=b*c;
            expArr[]=biaodashi(a,b)+'÷'+biaodashi(c,d)+'=';
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);

        }
        if(fuhao==&&c==) {
            break;
            /*c=1;
            int fenzi=a*d;
            int fenmu=b*c;
            expArr[0]=biaodashi(a,b)+'÷'+biaodashi(c,d)+'=';
            System.out.println(expArr[0]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);*/

        }

        }
        else {//分母至少一个为0时生成只含有整式的运算式，同时计算结果
            b=; d=;
            if(fuhao==) {
            int fenzi=a*d+b*c;
            int fenmu=b*d;
            expArr[]=a+"+"+c+"=";
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);//计算结果

        }
        if(fuhao==&&a*d-b*c>=) {
            int fenzi=a*d-b*c;
            int fenmu=b*d;
            expArr[]=a+"-"+c+"=";
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);//计算结果

        }
        if(fuhao==&&a*d-b*c<) {
            int fenzi=b*c-a*d;
            int fenmu=b*d;
            expArr[]=c+"-"+a+"=";
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);//计算结果

        }
        if(fuhao==) {
            int fenzi=a*c;
            int fenmu=b*d;
            expArr[]=c+"×"+a+"=";
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);//计算结果

        }
        if(fuhao==&&c!=) {
            int fenzi=a*d;
            int fenmu=b*c;
            expArr[]=a+"÷"+c+"=";
            System.out.println(expArr[]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);//计算结果

        }
        if(fuhao==&&c==) {
            break;//排除分母为零的情况
            /*c=1;
            int fenzi=a*d;
            int fenmu=b*c;
            expArr[0]=a+"÷"+c+"=";
            System.out.println(expArr[0]);
            results[i]=reductionofFraction(fenzi, fenmu);*/

        }

对分数的处理：

public static String reductionofFraction(int a, int b) {// 结果的分数约分，用于计算结果
        int y = ;
        for (int i = a; i >= ; i--) {
            if (a % i ==  && b % i == ) {
                y = i;
                break;
            }
        }
        int z = a / y;// 分子
        int m = b / y;// 分母
        if (z == ) {
            return "";
        }
        if(m==) return z+"";
        else  return biaodashi(z,m);

    }
    public static String biaodashi(int a,int b) {//判断假分数，并化假分数为带分数
        if(a>=b) {
            int c;
            c=a/b;
            int d;
            d=a%b;
            {if(d==) {return c+"";}
            return c+"'"+d+"/"+b;}
        }return a+"/"+b;
    }

生成题目文件及答案文件：

FileWriter fw = null;
    try {

        File f=new File("Exersies.txt");//题目写入
        fw = new FileWriter(f, true);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }if(expArr[]!=null) {
    PrintWriter pw = new PrintWriter(fw);
    pw.println(i++"."+expArr[]);
    pw.flush();
    try {
        fw.flush();
        pw.close();
        fw.close();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }}FileWriter fn = null;
    try {

            File f=new File("Answer.txt");//答案写入
            fn = new FileWriter(f, true);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }if(expArr[]!=null) {
        PrintWriter pn = new PrintWriter(fn);
        pn.println(i++"."+results[i]);
        pn.flush();
        try {
            fn.flush();
            pn.close();
            fn.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }}

统计并输出答题者的情况：

System.out.println("输入ok提交！");//答题完成后输入ok即可提交
     Scanner sc1=new Scanner(System.in);
     String submit=sc1.nextLine();
        if(submit.equals("ok")){
     String array[]=new String[num];
     try
        {   int k=;

            FileReader fr = new FileReader("H://eclipse2//eclipse3//sizeyusuan//Your_answers.txt");
            BufferedReader br = new BufferedReader(fr);
            String s ;
            while((s = br.readLine())!=null) {//读取小学生的答案
                array[k]=s;    k++;
                }br.close();
            fr.close();
            }catch(IOException e){
                System.out.println("指定文件不存在");
            }
    for(int j=;j<num;j++){
         if(array[j].equals(results[j])) {//验证答案，统计正确和错误的个数

             rightcount[j]=j+;
             right1++;
         }
         else {

             wrongcount[j]=j+;
             wrong1++;
         }
     }
    FileWriter fg = null;
    try {
        //反馈正确与错误题目的信息
            File f=new File("Grade.txt");
            fg = new FileWriter(f, true);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        PrintWriter pg = new PrintWriter(fg);
        pg.println(" ");
        pg.print("Correct:"+right1+"(");
        for (int j = ; j <= num; j++) {
            if (rightcount[j] != ) {
                 pg.print(rightcount[j] + ",");
            }
        }
        pg.println(")");
        pg.print("Wrong:"+wrong1+"(");
        for (int j = ; j <= num; j++) {
            if (wrongcount[j] != ) {
                 pg.print(wrongcount[j] + ",");
            }
        }
        pg.print(")");
        pg.flush();
        try {
            fg.flush();
            pg.close();
            fg.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }}

测试运行

题目文件

答案文件

答题者答案文件

校对文件

项目小结

1.每道题目中出现的运算符个数我们只实现了单个运算符，当我们后来试图扩展多个运算符的时候发现时间不够了，因此只能上交较为简单的版本。

2.查重功能以我们的算法和我们的能力感觉实现有难度，所以并不在我们的计划中。

3.遇到的困难主要是数组越界，通过严谨的检查以及步步验证的方式找出了错误并解决了。另一个须待解决的问题是生成题目的速度有些缓慢，因此完善了多次的算法来提高代码的执行效率。

4.总的来说，在结对编程中我们有各自的想法，通过代码的形式来进行人与人之间的交流不失为一种好的方法，在这个过程中我们培养了团队协作的能力和与他人交际的能力，同时也促使自身的编程能力不断提高，这使我们都受益匪浅。当然如果还有机会的话，我还是希望可以实现带括号的运算式的生成以及答案的计算。