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一、需求分析
1.程序可从命令行接收一个输入参数n，然后随机产生n道加减乘除习题。
2.每个数字在 0 和 100 之间，运算符3到5个。
3.每道习题要包含3-5种运算符。
4.所出的练习题在运算过程中不得出现负数与非整数。
5.将学号与生成的n道练习题及其对应的正确答案输出到文件“result.txt”中。
6.支持有括号的运算式，包括出题与求解正确答案；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。
二、功能设计
1.基本功能：能够根据用户输入的参数n随机产生n道符合要求的练习题，自动算出答案，并将式子与答案以文档的形式呈现。
2.扩展功能：支持有括号的运算式，包括出题与求解正确答案。（注意，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。）
三、设计实现
我设计了一个主函数和两个自定义函数，都在Main.java
1.判断类
功能：带参的有返回值的类，返回的是一个整数。通过返回的参数大小，从而来判断符号的优先级。
关系：可以直接调用。
2.共因数divisor类
功能：带参的有返回值的类，返回的是一个整数，该整数是两个数的最大公因数。此类通过计算两个数的最大公因数，生成化简的最终结果。
关系：可以直接调用。
四、算法详解
1.输入产生的题目数n：判断输入的数是否为整数，若不是则抛出异常。
try { n=Integer.parseInt(args[0]); if(n<=0)System.out.println("请重新输入整数!"); } catch (Exception e){ System.out.println("请重新输入整数!"); }
2.生成随机数和运算符：将运算符存在一个数组arr里，以便可以随机生成；用rand（）方法可以随机生成0-1之间的数；若不能整除或出现负数可以使用循环重新生成a和b，直到满足要求为止。
char[] arr= {‘+‘,‘-‘,‘*‘,‘÷‘}; int temp=rand.nextInt(4); charArr=arr[temp]; int a=rand.nextInt(100);//数字范围 int b=rand.nextInt(100); while(a%b!=0)//判断整除 { a=rand.nextInt(100); b=rand.nextInt(99)+1;//不能出现0 } while(a<b)//判断是否出现负数 { a=rand.nextInt(100); b=rand.nextInt(100); }
3.最大公因数：保证生成的为真分数，用辗转相除法
public static int divisor(int x,int y){ while(1){ if(x%y==0)return y; int temp=y; y=x%y; x=temp; } }
4.计算后缀表达式：我创建了一个栈ljk，保存的是char类型的字符，然后我int了一个op1来分别保存两个栈顶的操作数，所以这里先用到了String.valueOf方法先将char转换成String，然后使用Integer.parseInt方法。
int op1 = Integer.parseInt(String.valueOf(lkj.pop())); int op2 = Integer.parseInt(String.valueOf(lkj.pop())); int op = op1 - op2; lkj.push(op);
五、测试运行
六、代码展示
将中序表达式转化为后序表达式：
static bool isNumber(string message) { //判断是否为整数字符串 int result = -1; //result 定义为out 用来输出值 try { result = Convert.ToInt32(message); return true; } catch { return false; } } //判断操作符优先级大小 static bool comparePriority(string op1, string op2) { return getPriorityValue(op1) > getPriorityValue(op2); } private static int getPriorityValue(string op1) { throw new NotImplementedException(); } static Stack<string> changeExpression(List<string> beforeExps) { Stack<string> operand = new Stack<string>();//操作数 Stack<string> opertor = new Stack<string>();//操作符 //遍历中序表示 int length = beforeExps.Count; int len = opertor.Count; //判断是否为操作数 for (int i = 0; i < length; i++) { string c = beforeExps[i]; if (isNumber(c)) { //操作数 存在操作数栈 operand.Push(c); } else { //若运算符为"("直接存入到运算符栈中 if (c == "(") { opertor.Push(c); } else if (c == ")") { //该运算符为右括号")"，则输出运算符堆栈中的运算符到操作数堆栈，直到遇到左括号为止。 将"("出栈 while (opertor.Peek() != "(") { string stringvalue = opertor.Pop(); operand.Push(stringvalue); } opertor.Pop(); } else { // 该运算符为非括号运算符 if (len <= 0) { opertor.Push(c); continue; } //若运算符堆栈栈顶的运算符为括号，则直接存入运算符堆栈。 //符合为左括号 直接存入运算符 if (opertor.Peek() == "(") { opertor.Push(c); } else { //若比运算符堆栈栈顶的运算符优先级高或相等，则直接存入运算符堆栈。 if (comparePriority(c, opertor.Peek())) { opertor.Push(c); } else { // 若比运算符堆栈栈顶的运算符优先级低，则输出栈顶运算符到操作数堆栈，并将当前运算符压入运算符堆栈。 string stringvalue = opertor.Pop(); operand.Push(stringvalue); opertor.Push(c); } } } } } //当表达式读取完成后运算符堆栈中尚有运算符时，则依序取出运算符到操作数堆栈，直到运算符堆栈为空。 while (len > 0) { string stringvalue = opertor.Pop(); operand.Push(stringvalue); } //反转operand 获取正常的后缀表达式 Stack<string> resultSt = new Stack<string>(); while (len > 0) { string stringvalue = operand.Pop(); resultSt.Push(stringvalue); } return resultSt; }
七、总结：
所谓“模块化”就是要功能独立，功能块里要明确和调试好函数之间的调用关系，以便降低程序的复杂度和更进一步的维护。比如，在我的程序中，产生随机数和计算题目这两个功能是分开的，只要在产生随机数的程序里确定好操作数是合法的，那么计算部分可以和操作数之间做到完全独立。
八、展示PSP
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（小时） | 实际耗时（小时） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 1 | 1 |
| · Estimate | · 估计这个任务需要多少时间 | 20 | 24 |
| · Analysis | · 需求分析 (包括学习新技术) | 1 | 4 |
| · Design Spec | · 生成设计文档 | 0.5 | 0.5 |
| · Design Review | · 设计复审 (和同事审核设计文档) | 0.5 | 0.5 |
| · Coding Standard | · 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 1.5 | 1 |
| · Design | · 具体设计 | 2 | 2.5 |
| · Coding | · 具体编码 | 2 | 3 |
| · Code Review | · 代码复审 | 2 | 2 |
| · Test | · 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 2 | 1 |
| Reporting | 报告 | 1 | 1.5 |
| · Test Report | · 测试报告 | 1.5 | 2 |
| · Size Measurement | · 计算工作量 | 1.5 | 1 |
| · Postmortem & Process Improvement Plan | · 事后总结, 并提出过程改进计划 | 1 | 1 |
