20175126Apollo 20175126《Java程序设计》结队编程项目——四则运算

结队编程项目——四则运算

一、项目需求

• 自动生成小学四则运算题目(加、减、乘、除)统计正确率
  • 支持整数
  • 支持多运算符（比如生成包含100个运算符的题目）
  • 支持真分数

需求分析：

生成四则运算：需要使用随机数生成，需要创造一个能实现计算功能的类。

支持多运算符：运算符也需要利用随机生成，并且不限个数。

支持真分数：需要用到生成分子、分母的函数，将分数化简等。

统计正确率：需要设置一个计算变量，并需要用一个判断正确的函数。

二、设计思路

首先根据需求分析，进行大体的设计：

生成题目→输入答案→判断正误→下一道题→生成题目→ ......→显示正确率

我和搭档决定一共用四个类，来完成本次项目：1.Main.java   2.栈.java  3.基本运算计算.java  4.栈内运算.java

UML类图：

三、关键代码

压栈\出栈：

第一周我们打算先完成栈和计算的部分，根据老师发的参考网站，我们又自行百度了很多关于栈的学习资料...但由于我们的水平有限，经过一下午的时间，还是未能完全搞懂如何利用栈来进行后缀计算，所以我们向学长请教，在学长的指导下，完成了部分代码。我们的栈主要分为两个部分，一是DataStack，专门用来存储数字，二是CharStack用来存储运算符。

public class CharStack {
	int n;
	char [] a;
	int top = -1;
	public CharStack(int m) { //定义栈的大小
		this.n=m;
	}
	void getStack() { // 定义栈的大小
		a = new char[n];
	}
	void push(char data) {  //压栈
		a[++top]=data;
	}
	char pop() {//出栈
		return a[top--];
	}

}

　　

public class DataStack { //代码原理同上一个CharStack
	int n;
	Rational [] a;
	int top = -1;
	public DataStack(int m) {
		this.n=m;
	}
	void getStack() {
		a = new Rational[n];
		for(int i=0;i<n;i++) {
			a[i] = new Rational();
		}
	}
	void push(Rational data) {
		top++;
		a[top].numerator=data.numerator;
		a[top].denominator=data.denominator;
	}
	Rational pop() {
		return a[top--];
	}
}

　　

题目运算：

而计算部分我们则采取了全分数计算的方式，整数也作为分母为1的分数。并且还能做到对分数进行约分，我们想的是利用找分子分母最大公约数，然后同除以其约数，完成约分。在将运算共分为四种情况：加减乘除。先利用分子分母有理化，将分母化为一样的，然后再进行基本运算，得到新的分数，再进行约分，得到答案。

   void setNumerator(double a) {  //设置分子
      double c=f(Math.abs(a),denominator);  //计算最大公约数
      numerator = a/c;//约分
      denominator = denominator/c;
      if(numerator<0&&denominator<0) { //分子分母负数情况
          numerator = -numerator;
          denominator = -denominator;
      }
   }
   void setDenominator(double b) {  //设置分母
      double c=f(numerator,Math.abs(b));  //计算最大公约数
      numerator = numerator/c;
      denominator = b/c;
      if(numerator<0&&denominator<0) {
          numerator = -numerator;
          denominator = -denominator;
      }
   }
   double getNumerator() {//返回分子
      return numerator;
   }
   double getDenominator() {
     return denominator;
   }
   double f(double a,double b) { //求a和b的最大公约数
      if(a==0) return 1;
      if(a<b) {
         double c=a;
         a=b;
         b=c;
      }
      double r=a%b;
      while(r!=0) { //辗转相除
         a=b;
         b=r;
         r=a%b;
      }
      return b;
   }

栈内运算：

这一部分我们主要思路是：将生成的运算表达式的字符串转换为double型然后进行调用题目运算的部分进行栈内运算，并且将具体的数字压栈出栈运算都放在了这里进行。这一部分主要参考与博客《调度场的运算》：http：//hczhcz.github.io/2014/02/27/shunting-yard-algorithm.htm。虽然说完成这个功能的代码比较繁琐，但是最终还是能够达到预期效果。

	Rational manage() {
		int i=0;
		Rational r = new Rational();
		double d;
		while(true) {
			if(i>=a.length())
				break;
			char c = a.charAt(i); //看第i处的内容
			if(c>='0' && c<='9') {//从字符串中检测数字
				String temp = String.valueOf(c);
				String s = new String();
				s = s+temp;
				i++;
				if(i>=a.length()) {
					d = Double.parseDouble(s); //将字符串转换为double型
					r.setNumerator(d);
					datastack.push(r);
					break;
				}
				c = a.charAt(i);
				while(c>='0' && c<='9') {
					temp = String.valueOf(c);
					s = s+temp;
					i++;
					if(i>=a.length())
						break;
					c = a.charAt(i);
				}
				d = Double.parseDouble(s);
				r.setNumerator(d);
				datastack.push(r);
				continue;
			}
			else if(c=='*' || c=='/') {//从字符串中检测运算符
				while(true) {
					if(charstack.top==-1) {//如果符号栈顶无元素，入栈。
						charstack.push(c);
						break;
					}
					if(charstack.a[charstack.top]=='+' || charstack.a[charstack.top]=='-') {//如果符号栈顶是+或-，入栈。
						charstack.push(c);
						break;
					}
					else if((charstack.a[charstack.top]=='*' || charstack.a[charstack.top]=='/') && (datastack.top>=1)) {//如果符号栈顶是*或/，并且栈内元素大于等于1，计算。
						calculate(charstack.a[charstack.top]);
						continue;
					}
					else {
						charstack.push(c);
						break;
					}
				}
			}
			else if(c=='+' || c=='-') {
				while(true) {
					if(charstack.top==-1) {//如果符号栈顶无元素，入栈。
						charstack.push(c);
						break;
					}
					else if((charstack.a[charstack.top]=='+' || charstack.a[charstack.top]=='-' || charstack.a[charstack.top]=='*' || charstack.a[charstack.top]=='/') && (datastack.top>=1)) {
						calculate(charstack.a[charstack.top]);//计算。
						continue;
					}
					else {
						charstack.push(c);
						break;
					}
				}

			}
			else if(c=='(') {//如果符号是(,入栈。
				charstack.push(c);
			}
			else if(c==')') {//如果符号是),栈内符号依次计算。
				while(true) {
					if(charstack.a[charstack.top]=='(') {
						charstack.pop();
						break;
					}
					else {
						calculate(charstack.a[charstack.top]);
					}
				}
			}
			i++;
		}
		while(true) {
			if(datastack.top>=1)
				calculate(charstack.a[charstack.top]);
			else
				break;
		}
		return datastack.pop();
	}

程序效果图：

四、遇到的困难及解决办法

问题1：不会栈的使用

问题1解决办法：参考网上的博客：《栈详解及Java实现》 https://www.cnblogs.com/fzz9/p/8167546.html，然后对于一些细节不懂的地方再请教学长

问题2：没有分数运算的思路，无从下手

问题2解决办法：参考网上的博客：《Java-分数运算》https://blog.csdn.net/slyslyme/article/details/80032526。

五、对小伙伴鑫浩的评价：

搭档是一个非常有责任心的伙伴，也是一个很热情的人，在我们开发项目之前，他就已经进行了一些关于项目所需函数的了解，并且在设计时他也非常积极，在共同工作时总能给与我很大的帮助。

六、P2P图

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	20	20
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	30	30
Development	开发	300	200
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	300	350
· Design Spec	· 生成设计文档	30	30
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	30	30
· 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	180	90
· Coding	· 具体编码	400	120
· Code Review	· 代码复审	180	40
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	30	40
Reporting	报告	90	60
· Test Report	· 测试报告	90	60
· Size Measurement	· 计算工作量	90	20
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	90	40
	合计	1890	900