小學四則運算生成器

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Github項目地址：https://github.com/bravedreamer/test/tree/master/Arithmetic 線上預覽：https://bravedreamer.github.io/test/Arithmetic/index.html 項目合作者：吳尚謙 311800 ...


Github項目地址：https://github.com/bravedreamer/test/tree/master/Arithmetic
線上預覽：https://bravedreamer.github.io/test/Arithmetic/index.html

項目合作者：吳尚謙 3118004977 吳茂平3118004976

1.題目說明

實現一個自動生成小學四則運算題目的命令行程式（也可以用圖像界面，具有相似功能）。
自然數：0, 1, 2, …。

真分數：1/2, 1/3, 2/3, 1/4, 1’1/2, …。
運算符：+, −, ×, ÷。
括弧：(, )。
等號：=。
分隔符：空格（用於四則運算符和等號前後）。
算術表達式：
e = n | e1 + e2 | e1 − e2 | e1 × e2 | e1 ÷ e2 | (e),

其中e, e1和e2為表達式，n為自然數或真分數。

四則運算題目：e = ，其中e為算術表達式。

需求：

  1. 使用 -n 參數控制生成題目的個數，例如Myapp.exe -n 10，將生成10個題目。

  2. 使用 -r 參數控制題目中數值（自然數、真分數和真分數分母）的範圍，例如Myapp.exe -r 10
    將生成10以內（不包括10）的四則運算題目。該參數可以設置為1或其他自然數。該參數必須給定，否則程式報錯並給出幫助信息。

  3. 生成的題目中計算過程不能產生負數，也就是說算術表達式中如果存在形如e1− e2的子表達式，那麼e1≥ e2。

  4. 生成的題目中如果存在形如e1÷ e2的子表達式，那麼其結果應是真分數。

  5. 每道題目中出現的運算符個數不超過3個。

  6. 程式一次運行生成的題目不能重覆，即任何兩道題目不能通過有限次交換+和×左右的算術表達式變換為同一道題目。例如，23 + 45 = 和45 + 23 = 是重覆的題目，6 × 8 = 和8 × 6 = 也是重覆的題目。3+(2+1)和1+2+3這兩個題目是重覆的，由於+是左結合的，1+2+3等價於(1+2)+3，也就是3+(1+2)，也就是3+(2+1)。但是1+2+3和3+2+1是不重覆的兩道題，因為1+2+3等價於(1+2)+3，而3+2+1等價於(3+2)+1，它們之間不能通過有限次交換變成同一個題目。
    生成的題目存入執行程式的當前目錄下的Exercises.txt文件，格式如下：
    四則運算題目1
    四則運算題目2
    ……
    其中真分數在輸入輸出時採用如下格式，真分數五分之三表示為3/5，真分數二又八分之三表示為2’3/8。

  7. 在生成題目的同時，計算出所有題目的答案，並存入執行程式的當前目錄下的Answers.txt文件，格式如下：
    答案1
    答案2
    特別的，真分數的運算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

  8. 程式應能支持一萬道題目的生成。

  9. 程式支持對給定的題目文件和答案文件，判定答案中的對錯併進行數量統計，輸入參數如下：
    Myapp.exe -e .txt -a .txt
    統計結果輸出到文件Grade.txt，格式如下：
    Correct: 5 (1, 3, 5, 7, 9)
    Wrong: 5 (2, 4, 6, 8, 10)
    其中“:”後面的數字5表示對/錯的題目的數量，括弧內的是對/錯題目的編號。為簡單起見，假設輸入的題目都是按照順序編號的符合規範的題目

2.PSP:
PSP2.1 Personal Software Process Stages 預估耗時（分鐘） 實際耗時（分鐘）
Planning 計劃 30 15
· Estimate · 估計這個任務需要多少時間 960 1365
Development 開發 840 1320
· Analysis · 需求分析 (包括學習新技術) 30 15
· Design Spec · 生成設計文檔 20 20
· Design Review · 設計覆審 (和同事審核設計文檔) 10 5
· Coding Standard · 代碼規範 (為目前的開發制定合適的規範) 10 10
· Design · 具體設計 10 10
· Coding · 具體編碼 720 1230
· Code Review · 代碼覆審 10 10
· Test · 測試（自我測試，修改代碼，提交修改） 30 20
Reporting 報告 40 30
· Test Report · 測試報告 20 10
· Size Measurement · 計算工作量 10 10
· Postmortem & Process Improvement Plan · 事後總結, 並提出過程改進計劃 10 10
合計 910 1365
3.效能分析

隨著生成的題目數量不斷加大，這部分函數的消耗將會隨著題目數量增大而不斷增大

createQuestion(){//生成多道題目
			  //初始化數據列表
			 ...
			  
			  let questionData=[]
		  			for(let i=0;i<this.form.questionNum;){
		  				let content=this.createQuestionInfo()
		  				let answer=content.answer
		  				let question=content.question
		  				
		  				if(answer>=0){
		  					this.form.questionList[i]=question
		  					this.form.answerList[i]=answer
							let tag={}
							tag.question=question+answer
							tag.index=i+1
							questionData[i]=tag
		  					i++
		  				}
		  			}
					this.tableData=questionData
		  },
4.實現思路

5.關鍵代碼分析

各函數功能基本在一個vue內實現，較為清晰。

new Vue({
	...
	beforeCreate() {
				// 讀取文件
				FileReader.prototype.reading = function ({encode} = pms) {
					let bytes = new Uint8Array(this.result);    //無符號整型數組
					let text = new TextDecoder(encode || 'UTF-8').decode(bytes);
					return text;
				};
				/* 重寫readAsBinaryString函數 */
				FileReader.prototype.readAsBinaryString = function (f) {
					if (!this.onload)       //如果this未重寫onload函數，則創建一個公共處理方式
						this.onload = e => {  //在this.onload函數中，完成公共處理
							let rs = this.reading();
							console.log(rs);
						};
					this.readAsArrayBuffer(f);  //內部會回調this.onload方法
				};
	},
	methods:{
		...
		   		  
		tableRowClassName({row, rowIndex}) {//改變表格樣式
				  ...
			  },
			  
		createOperationArr(arr1,arr2){//合併已生成的運算數數組和運算符數組
			let operationArr=[]
			let question=""
			
			for(let i=0;i<arr2.length;i++){
				question+=(arr1[i]+arr2[i])
				operationArr.push(arr1[i])
				operationArr.push(arr2[i])
				if(i==(arr2.length-1)) {
					question+=arr1[(i+1)]
					operationArr.push(arr1[(i+1)])
					}
			}
		   return {operationArr,question}
		},
		
		createQuestionInfo(){//創建一道題目的運算符和運算數
			  let operation=[" + ", " − ", " × ", " ÷ ", " / "," = "]//保存相關運算符
			  let operationTime=Math.floor(Math.random() * (3 - 1+1)+1)//運算次數
			  
			  //隨機生成運算符
			  let operationSymbol=[]//保存生成的運算符
			  for(let k=0;k<operationTime;){
				  let i=Math.floor(Math.random() * (4 - 0+1))
				  
				  if(i==4){
					  if(operationSymbol.length>0&&operationSymbol[operationSymbol.length-1]==operation[i]){
						  
					  }else{
						  operationSymbol[operationSymbol.length]=operation[i]
					  }
				  }else{
					  operationSymbol[operationSymbol.length]=operation[i]
					  k++
				  }
				  
			  }
			  
			  // Math.floor(Math.random()*(n-m+1))+m 取m-n之間的隨機數 [m,n]
			  //隨機生成運算數
			  let operationTagNumber=[]//保存生成的運算數
			  for(let k=0;k<=operationSymbol.length;){
				  let last=k-1
				  
				  if(k>0&&(operationSymbol[last]==operation[4]||operationSymbol[last]==operation[3])){
					  let t=Math.floor(Math.random() * (Number(this.form.max) - Number(this.form.min))) +Number(this.form.min)
					  if(operationSymbol[last]==operation[4]&&t!=0&&operationTagNumber[last]<=t){
						  operationTagNumber[k]=t
						  k++	
					  }
					  if(t!=0&&operationSymbol[last]==operation[3]){
						  operationTagNumber[k]=t
						  k++
					  }
				  }else{
					  operationTagNumber[k]=Math.floor(Math.random() * (Number(this.form.max) - Number(this.form.min))) +Number(this.form.min)
					  k++
				  }
			  }
			  
			  let content=this.createOperationArr(operationTagNumber,operationSymbol)
			  let operationArr=content.operationArr
			  let question=content.question
			  question+=operation[5]
			  
			  operationArr=this.getRPN(operationArr)
			  let answer=this.getResult(operationArr)
			  
			  return{question,answer}
		},
		createQuestion(){//生成多道題目
			//初始化數據列表
			...
			
			let questionData=[]
					for(let i=0;i<this.form.questionNum;){
						...

						for(let j=0;j<this.form.questionList.length;j++){
							if(this.form.questionList[j]==question){//檢查生成的題目是否重覆
								isRepeat=true
								break;
							}else{
								isRepeat=false
							}
						}
						if(answer>=0&&!isRepeat){
							this.form.questionList[i]=question
							this.form.answerList[i]=answer
						  let tag={}
						  tag.question=question+answer
						  tag.index=i+1
						  questionData[i]=tag
							i++
						}
					}
				  this.tableData=questionData
		},
		getRPN(arr){//中綴表達式轉尾碼表達式
			let  symbolPriority = {//確定運算優先順序
			  " # ": 0,
			  " + ": 1,
			  " − ": 1,
			  " × ": 2,
			  " ÷ ": 2,
			  " / ": 3
			}
			let operand=[]//保存運算數的棧
			let operator=[]//保存運算符的棧
			arr.unshift(" # ")//方便進行運算優先順序比較
			
			for(let i=0;i<arr.length;i++){
				if(typeof(arr[i])=="number"){
				   operand.push(arr[i])
				}else{
					switch (true){
						case (arr[i]==' ( '||operator.slice(-1)[0]==' ( '):
							operator.push(arr[i]);
							break;
						case (arr[i] == ' ) '):
							do{
								 operand.push(operator.pop());
							}while(operator.slice(-1)[0] != " ( ")
							operator.pop()
							break;
						default:
							if(operator.length == 0){
									operator.push(arr[i]);
								}else if(symbolPriority[operator.slice(-1)[0]]>=symbolPriority[arr[i]]){
									do{
									  operand.push(operator.pop());
									}while (symbolPriority[arr[i]]<=symbolPriority[operator[operator.length-1]])
								  operator.push(arr[i]);
								}else {
									 operator.push(arr[i]);
								}
							break;
					}
				}
			}
			operator.forEach(function(){
					operand.push(operator.pop());
				});
			operator.pop();//彈出"#"
			return operand;
		},
		getResult(arr){//獲取計算結果
			let result=[]//用於保存結果
			let count
			for(let i=0;i<arr.length;i++){
				if(typeof(arr[i])=='string'){
					....
				}else{
					result.push(arr[i])
				}
			}
			return result[0]
		},
		downloadQuestion(){//下載題目和答案的txt文件
			let questionContent=""//題目內容
			let answerContent=""//答案內容
			if(this.form.questionList.length!=0){
				let name1="Exercises"
				let name2="Answers"
				for(let i=0;i<this.form.questionList.length;i++){
					questionContent+=(i+1)+"、"+this.form.questionList[i]+"\n"
					answerContent+=(i+1)+"、"+this.form.answerList[i]+"\n"
				}
				this.download(name1,questionContent)
				this.download(name2,answerContent)
			}else{
				this.$alert('題目列表為空，請重新生成題目', '', {
						  confirmButtonText: '確定',
						});
			}
		},
		
		download(filename, text){//下載TXT文件
			let element = document.createElement('a');
			 element.setAttribute('href', 'data:text/plain;charset=utf-8,' + encodeURIComponent(text));
			 element.setAttribute('download', filename);
			
			 element.style.display = 'none';
			 document.body.appendChild(element);
			
			 element.click();
			
			 document.body.removeChild(element);
		},
		beforeUpload(file){//上傳文件
				this.fileList = [file]
				console.log('選擇了文件beforeUpload')
				// 讀取數據
				this.read(file);
				return false
			},
		read(f) {//解析上傳過來的文件
					let rd = new FileReader();
					rd.onload = e => {  
					//this.readAsArrayBuffer函數內，會回調this.onload函數。在這裡處理結果
						let cont = rd.reading({encode: 'UTF-8'});
					  this.fileData.push(cont)
						let  formerData = this.textData;
						this.textData = formerData + "\n" + cont;
					};
					rd.readAsBinaryString(f);
				  
			},
		  compareAnswer(){//檢查上傳過來的題目的答案的正確性並統計相關結果
			  let questionContent=[]//保存上傳過來的題目
			  let answerContent=[]//保存上傳過來的答案
			  let corretAnswer=[]//保存正確答案
			  let corretList=[]//保存題目正確答案的序號
			  let wrongList=[]//保存題目錯誤答案的序號
			  let corret=""
			  let wrong=""
			  //初始化數據列表
			  this.form.questionList=[]
			  this.form.answerList=[]

			  if(this.fileData.length!=0){
				  for(let i=0;i<this.fileData.length;i++){
					  if(this.fileData[i].includes("=")){
						  questionContent=this.fileData[i].split("\n")
						  for(let k=0;k<questionContent.length;k++){
							  for(let n=0;n<questionContent[i].length;n++){
								  if(questionContent[k][n]=="、")
									  questionContent[k]=questionContent[k].substr(n+1)
							  }
							  if(questionContent[k]==""){
								  questionContent.pop()
							  }else{
								  corretAnswer[k]=this.getCorrectAnswer(questionContent[k])//獲取正確答案
							  }
						  }
					  }else{
						  answerContent=this.fileData[i].split("\n")
						  for(let j=0;j<answerContent.length;j++){
							  for(let m=0;m<answerContent[j].length;m++){
								  if(answerContent[j][m]=="、")
									  answerContent[j]=answerContent[j].substr(m+1)
							  }
							  if(answerContent[j]!=""){
								  answerContent[j]=Number(answerContent[j])
							  }else{
								  answerContent.pop()
							  }
						  }
					  }
				  }
				  let questionData=[]
				  for(let n=0;n<answerContent.length;n++){
					  if(answerContent[n]==corretAnswer[n]){
						  corretList.push(n+1)
						  corret+=(n+1)+","
					  }else{
						  wrongList.push(n+1)
						  wrong+=(n+1)+","
					  }
					  let tag={}
					  tag.question=questionContent[n]+answerContent[n]
					  tag.index=n+1
					  questionData[n]=tag
				  }
				  this.tableData=questionData
				  
				  this.corretList=corretList
				  this.wrongList=wrongList
				  
				  corret=corret.substr(0, corret.length-1)
				  wrong=wrong.substr(0, wrong.length-1)
				  corret="Correct:"+corretList.length+"（"+corret+"）"
				  wrong="Wrong:"+wrongList.length+"（"+wrong+"）"
				  this.corret=corret
				  this.wrong=wrong
			  }else{
				  this.$alert('暫未上傳題目，請重新上傳題目', '', {
							confirmButtonText: '確定',
						  });
			  }
		  },
		  getCorrectAnswer(str){//獲取正確答案
			  let questionArr=str.split(" ")
			  questionArr.pop()//彈出最後切到的空格
			  for(let i=0;i<questionArr.length;i++){
				  if(questionArr[i]=='='){
					  questionArr.splice(i,1)
				  }else{
					  if(questionArr[i]=="/"||isNaN(Number(questionArr[i]))){
						  questionArr[i]=" "+questionArr[i]+" "
					  }else{
						  questionArr[i]=Number(questionArr[i])
					  }
				  }
			  }
			  questionArr=this.getRPN(questionArr)
			  let corretAnswer=this.getResult(questionArr)
			  return corretAnswer
		  }
	},
  })
6.測試運行

  • 界面整體如下：
    在這裡插入圖片描述

  • 控制參數可實現10000道題目生成，也可調節生成數值訪問在這裡插入圖片描述

  • 下載與上傳文件均實現，無錯誤
    在這裡插入圖片描述

  • 批改作業
    在這裡插入圖片描述

7. 小結
  1. 團隊項目合作比較重要，先做好計劃再動手不會很亂
  2. 選擇適當的工具有利於共同開發，比如github
    3.兩人合作可以交互出新穎的想法

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