2016012024+小学四则运算练习软件项目报告

                                                                                                                         2016012024+小学四则运算练习软件项目报告

     代码仓库地址为：https://git.coding.net/wujy123/arithmetic.git

一、前言

这两周的学习让我收获满满。我原来一直学的是前端js的相关知识，对于java不怎么熟悉，笨鸟就要先飞，上周我用了近一周的时间复习了java的相关知识后才开始写这次的作业。虽然完成的功能不是很完善，但我学习到了很多，也让我重新学习java有了很好的开端

二、需求分析

小学生计算能力需要通过练习大量的运算题目得到锻炼，因此很多老师让家长每天给学生出相应的练习题。为了方便老师的教学任务，同时减轻家长的负担，现在需要一个可以出四则混合运算的小型软件。

需求：

1.通过程序接收一个数字n，产生n道加减乘除练习题。

2.判断传入参数是否合法

3.每个数字在0-100之间，运算符3-5个

4.运算过程不能出现负数和非整数

5.计算出练习题结果

6.所有信息输出到result.txt文件

三、功能设计

基础功能：

 程序可接收一个输入参数n，然后随机产生n道加减乘除练习题，每个数字在 0 和 100 之间，运算符在3个到5个之间。

为了让小学生得到充分锻炼，每个练习题至少要包含2种运算符。同时，由于小学生没有分数与负数的概念，你所出的练习题在运算过程中不得出现负数与非整数，比如不能出 3/5+2=2.6，2-5+10=7等算式。

练习题生成好后，将你的学号与生成的n道练习题及其对应的正确答案输出到文件“result.txt”中，不要输出额外信息，文件目录与程序目录一致。

当程序接收的参数为4时，以下为输出文件示例。

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。

扩展程序功能支持真分数的出题与运算，例如：1/6 + 1/8 + 2/3= 23/24。注意在实现本功能时，需支持运算时分数的自动化简，比如 1/2+1/6=2/3，而非4/6。

四、设计实现：

在实现过程中，我只用了一个Main类，功能全由对Main类的方法的调用来实现实现。

用到的函数有：

　　main函数：

　  主函数，负责接收参数n，判断参数n的合法性，调用函数产生合格的四则运算式，计算运算式结果并将式子+结果通过打印输出流输出到文件中的功能。

   scys函数：

   生成一个符合要求的四则运算式(两种以上的运算符且可以整除，不会产生分数)。

  zhengchu函数：

   判断是否可以整除

  calculate 函数：

   用于计算生成的四则运算式的结果，假如结果小于0，就重新生成一个式子

  yuefen 函数：

   对结果寻找他们的最大公因式来实现约分

五、算法详解：

生成四则运算式：

由于有整数和分数两种计算式，我就先生成一个小于接收到的参数n的随机数zs,从而在下一步时生成zs个整数四则运算式和n-zs个分数式

生成整数式：

先随机生成一个3-5的随机数用于表示这个式子的运算符数量，再通过for循环每循环一次就生成一个1-99的随机数（运算数）和一个0-3的随机数（对应运算符）“拼接”在字符串中，相邻的两个运算符不能相同：

int[] ops = new int[2]; // 避免出现同一个字符
		int prec = 0;
		for (int j = 0; j < n; j++) { // 附加
			ops[j % 2] = random.nextInt(4);// 随机选择一个运算符
			int c;// 本次添加的运算符
			if (j == 0) {
				c = ops[0];
			} else {
				while (ops[j % 2] == ops[(j + 1) % 2]) {
					ops[j % 2] = random.nextInt(4);// 避免出现重复字符
				}
				c = ops[j % 2];
			}

并判断假如是除号，判断是否可以整除：

// 判断是否整除
	private static int zhengchu(int a, int b) {
		if (a % b != 0) {
			for (int i = a - 1; i > 0; i--) {
				if (a % i == 0) {
					return i;
				}
			}
			return 1;
		} else {
			return b;
		}
	}

判断后，再附加一个数在字符串中，就生成一个符合要求的整数四则运算式.。

完整代码如下：

// 生成一个式子
	public String scys() {
		Random random = new Random();
		int n = random.nextInt(3) + 3;// 3-5的随机数——运算符数量
		String str = new String();
		int[] arr = new int[n + 1];// 把数字存进去
		int[] ops = new int[2]; // 避免出现同一个字符
		int prec = 0;
		for (int j = 0; j < n; j++) { // 附加
			ops[j % 2] = random.nextInt(4);// 随机选择一个运算符
			int c;// 本次添加的运算符
			if (j == 0) {
				c = ops[0];
			} else {
				while (ops[j % 2] == ops[(j + 1) % 2]) {
					ops[j % 2] = random.nextInt(4);// 避免出现重复字符
				}
				c = ops[j % 2];
			}
			// int c=(int)(Math.random()*3);//0-3,对应四个运算符
			// String p=String.valueOf(ope[c]); //随机选择某个运算符

			int a = (int) (Math.random() * 98) + 1;
			if ((j != 0) && (prec == 3)) {
				a = zhengchu(arr[j - 1], a);
			}
			arr[j] = a;
			str += a + String.valueOf(ope[c]);
			prec = c;
			// System.out.print(a+p);
		}
		int b = (int) (Math.random() * 98) + 1;
		arr[n] = b;
		// System.out.println(arr);
		str += b;
		// System.out.println(str);
		return str;
	}

计算：

熟悉js的人都知道js中的eval()函数可以将字符串算出结果来。引JavaScript中的eval()就可以很轻松的完成计算，参见博客： https://blog.csdn.net/msyqmsyq/article/details/52954833 代码如下：

private int calculate(String strs) {
        ScriptEngine se = new ScriptEngineManager().getEngineByName("JavaScript");
        String x;
        int x2 = 0;
        try {
            x = se.eval(strs).toString();
            x2 = (int) Double.parseDouble(x);
            if (x2 < 0) {
                Main u = new Main();
                String str_ = u.scys();
                Main calu_ = new Main();
                x2 = calu_.calculate(str_);
            }
        } catch (ScriptException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        return x2;

    }

分数表达式：

由于我java的能力有限，只能实现两个分数的加减乘除四则运算并对结果化简，它和未实现的括号一样，都是我下一步要学习并完善的功能

目前代码如下：

// 分数运算
        int M, Z;
        int x1, x2, m1, m2;
        for (i = 0; i < x - zs; i++) {
            m1 = 1 + (int) (Math.random() * 99);// 随机生成一个小于99的分母
            x1 = 1 + (int) (Math.random() * m1);// 生成一个比分母小的分子，实现真分数
            m2 = 1 + (int) (Math.random() * 99);// 随机生成一个小于99的分母
            x2 = 1 + (int) (Math.random() * m2);// 生成一个比分母小的分子，实现真分数
            int c = (int) (Math.random() * 3);// 生成运算符
            if (c == 0) {
                Z = x1 * m2 + x2 * m1;
                M = m1 * m2;
            } else if (c == 1) {
                Z = x1 * m2 - x2 * m1;
                M = m1 * m2;
            } else if (c == 2) {
                Z = x1 * x2;
                M = m1 * m2;
            } else {
                Z = m1 * x2;
                M = m2 * x1;
            }
            d = yuefen(Z, M);
            shizi = x1 + "/" + m1 + "+" + x2 + "/" + m2 + "=" + d;

六、测试运行

控制台输出如下：

文件内容如下：

命令行输出如下：

可以看到它只支持0-1000的参数

值得一提的是，刚开始命令行测试时，总是在输入javac -encoding utf-8 Main.java后，报错：非法字符：“\ufeff” “需要class，interface或enum”

怎么改都会报这两个错，后来才知道：这是因为我是utf-8-BOM的编码，用Notepad++改成utf-8编码即可。

七、代码片段

输出的除号要求是“÷”而不是“/”，但是“÷”无法被eval()函数识别。怎么办呢？

身为一个前台人员，我立即想到了正则表达式，上网一查，java也支持强大的正则表达式，只需要引入

即可。

如：

就可以轻松的实现将“/”换为“÷”的功能！

更多介绍可参考：http://www.runoob.com/java/java-regular-expressions.html  https://www.cnblogs.com/xyou/p/7427779.html

八、模块化原则

     我写了五个函数来分别实现程序的不同功能：

1. 生成一个符合标准的四则运算式（含一种以上运算符）
2. 有除号就检查数字是否可以整除，如不能则不断改变，直到获得可以整除的数字。
3. 将所有的四则运算式计算出结果，并在计算过程中将不符合条件的式子进行替换。
4. 将分数运算式的结果进行约分。
5. 负责接收参数n，判断参数n的合法性，调用函数产生合格的四则运算式，计算运算式结果并将式子+结果通过打印输出流输出到文件中。

　　将代码按照不同的功能分开后，想要修改哪一个部分的代码只需要在相应的函数中修改即可，让我的程序有了一定的独立性，稳定性和移植性。

　　一开始我将生成四则运算式和整除都放进了main函数里，但这样到了后面发现判断和计算的时候很难调用，于是就又把它放到了函数中来调用。

　　经过这样的修改，我对软件的模块化设计有了十分清晰和直观地认识，在以后的作业中我会更加注意模块化的设计。

九、psp展示

十、总结

       通过这次作业我比较好地直观感受到了psp流程的必要性。在前期分析需求和功能设计时，我并没有深入地研究，而是简单的审题后就想当然地认为用字符串拼接输出即可，但在后面的代码实现，包括判断整除，运算符的多样性等问题上都出了问题，很难实现。于是不得已又翻上去重新“补”数组。这样的问题也出现在方法的调用上。假如前期就在功能设计上多下功夫，具体代码的时间就 还能再缩短。