01:JAVA_四則運算題目生成程式(基於控制台)

来源:https://www.cnblogs.com/umblog/archive/2018/03/31/8684415.html
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Java開發,基於控制台的四則運算表達式生成和批改,能夠實現分數計算和真分數結果顯示。GitHub:https://github.com/Umbrellazc/JavaCalculation ...


一、題目要求

1. 使用 -n 參數控制生成題目的個數,例如        Myapp.exe -n 10 -o Exercise.txt 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. 生成的題目中如果存在形如e1 ÷ e2的子表達式,那麼其結果應是真分數 4. 每道題目中出現的運算符個數不超過3個。 5. 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:      1. 四則運算題目1      2. 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。 6. 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:     1. 答案1     2. 答案2       特別的,真分數的運算如下例所示:1/6 + 1/8 = 7/24。 7. 程式應能支持一萬道題目的生成。 8. 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,並會輸出所有題目中重覆的題目,輸入參數如下:      Myapp.exe -e <exercisefile>.txt -a <answerfile>.txt -o Grade.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) Repeat:2 RepeatDetail: (1)   2,45+32  Repeat 3,32+45                     (2)   5,3+(2+1)  Repeat 7,1+2+3   解釋: Correct: 5 ----5道題目正確,正確的題號 1,3,5,7,9 Wrong:5 -----5道題目錯誤,錯誤的題號 2,4,6,8,10 Repeat:2   2---組題目重覆 (1) 第一組 題號2,題目 45+32  與題號3的題目重覆,題號3為 32+45 (2)第二組  題號5,題目 3+(2+1) 與題號7的題目重覆,題號7為 1+2+3

二、需求分析

1.可以根據給定參數,自動生成四則遠算題庫

2.根據提交的題目答案,生成相應的成績

3.檢查題庫是否有重覆

4.考慮到實際應用,需要根據年級劃分題庫難度

三、功能設計

1.用戶輸入出題數量,題目數值範圍,題目難度及題庫名

2.系統根據難度要求生成相應題目,並且檢查題目是否重覆,即查重

3.根據用戶提交的答案,返回成績

四、設計實現

com.cal.generate包:

  FileCal.java  →  題庫文件寫入操作

  GenerateCal →  根據用戶參數生成四則遠算,並組合成題庫

com.cal.main包:

  GetExercise →  生成四則運算程式入口,讀取參數(-n,-r,-o)

  VaildateExe  → 檢查四則運算結果程式入口,讀取參數(-e)

com.cal.mold包:

  FractionCal         → 分數加減乘除計算結果

  FractionStack     → 分數分裝

  MainParameter  → 程式入口參數分裝

  OutFileCal          → 題庫分裝

  RPNCalculator    → 四則遠算轉尾碼表達式,即進行逆波蘭操作

trashcan包:

  暫時沒有用處或已經被替換的類

五、關鍵代碼說明

package com.cal.mold;

import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Stack;

/**
 * 逆波蘭表達式轉換
 * 計算四則運算結果
 */
public class RPNCalculator {

    //運算符優先順序
    private static HashMap<String,Integer> opLs;
    private FractionCal fc = new FractionCal();
    private String src;

    public RPNCalculator(String src) {
        this.src = src;
        if(opLs==null)
        {
            opLs = new HashMap<String,Integer>(6);
            opLs.put("+",0);
            opLs.put("-",0);
            opLs.put("*",1);
            opLs.put("/",1);
            opLs.put("%",1);
            opLs.put(")",2);
        }
    }

    //將中綴表達式轉化為尾碼表達式
    public String toRpn()
    {
        String[] tmp = split(src);
        // 尾碼棧
        Stack<String> rpn = new Stack<String>();
        // 臨時棧
        Stack<String> tmpSta = new Stack<String>();

        for (String str : tmp) {
            if (isNum(str)) {
                //是操作數,直接壓入結果棧
                rpn.push('('+str+')');
            }else{
                //是操作符號
                if(tmpSta.isEmpty())
                {//還沒有符號
                    tmpSta.push(str);
                }else{
                 //判讀當前符號和臨時棧棧頂符號的優先順序
                    if(isHigh(tmpSta.peek(),str))
                    {
                        if(!str.equals(")"))
                        {
                            do{
                                //1在臨時棧中找出小於當前優先順序的操作符
                                //2壓入當前讀入操作符
                                rpn.push(tmpSta.peek());
                                tmpSta.pop();
                            }while(!tmpSta.isEmpty()&&(isHigh(tmpSta.peek(),str)));
                            
                            tmpSta.push(str);
                        }else{
                            //是)依次彈出臨時棧的數據,直到(為止
                            while(!tmpSta.isEmpty()&&!tmpSta.peek().equals("("))
                            {
                                rpn.push(tmpSta.pop());
                            }
                            if((!tmpSta.empty())&&(tmpSta.peek().equals("(")))
                            {//彈出(
                                tmpSta.pop();
                            }
                        }
                    }else if(!isHigh(tmpSta.peek(),str)){
                        tmpSta.push(str);
                    }
                }
            }

        }
        while(!tmpSta.empty())
        {//把棧中剩餘的操作符依次彈出
            rpn.push(tmpSta.pop());
        }
        StringBuilder st = new StringBuilder();
        for (String str : rpn) {
                st.append(str);
        }
        rpn.clear();
        return st.toString();
    }

    //分割(56+4)3*6+2=>(,56,+,4,
    private String[] split(String src) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder(src.length());
        for(char ch:src.toCharArray())
        {
            if(ch=='+'||ch=='-'||ch=='*'||ch=='*'||ch=='/'||ch=='('||ch==')'||ch=='%')
            {
                sb.append(",");
                sb.append(ch);
                sb.append(",");
            }else{
                sb.append(ch);
            }
        }
        String string = sb.toString().replaceAll(",{2,}", ",");
        return string.split(",");
    }

    //比較操作符的優先順序
    private boolean isHigh(String pop, String str) {
        if(str.equals(")"))
            return true;
        if(opLs.get(pop)==null||opLs.get(str)==null)
          return false;
        return opLs.get(pop)>=opLs.get(str);
            
    }

    //是否是數字
    public boolean isNum(String str) {
        for (char ch : str.toCharArray()) {
            if(ch=='+'||ch=='-'||ch=='*'||ch=='*'||ch=='/'||ch=='('||ch==')'||ch=='%')
                return false;
        }
        return true;
    }

    //得到結果
    public FractionStack calculate() {
        String rpn = toRpn();
        Stack<FractionStack> res = new Stack<FractionStack>();
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for(char ch:rpn.toCharArray())
        { 
            if(ch=='(')
            {
                continue;
            }else if(ch>='0'&&ch<='9'||ch=='.'){
                sb.append(ch);
            }else if(ch==')')
            {
                FractionStack fs = new FractionStack();
                fs.setNumerator(Integer.parseInt(sb.toString()));
                fs.setDenominator(1);
                res.push(fs);
                sb = new StringBuilder();
            }else{
                 if(!res.empty())
                 {
                     FractionStack rear = res.pop();
                     FractionStack front = res.pop();
                     System.out.println("rear:"+rear.getRes());
                     System.out.println("front:"+front.getRes());
                     switch (ch) {
                    case '+':
                         res.push(fc.fracAdd(front, rear)); 
                        break;
                    case '-':
                        res.push(fc.fracSub(front, rear)); 
                        break;
                    case '*':
                        res.push(fc.fracMul(front, rear)); 
                        break;    
                    case '/':    
                        res.push(fc.fractDiv(front, rear)); 
                        break;
                     }
            }
            }
        }
        FractionStack result = res.pop();
        res.clear();
        return result;
    }
    /* 
    *計算生成題目的結果
    */
    public List<OutFileCal> GetExerciseRes(List<OutFileCal> caList){
        for(int i=0;i<caList.size();i++){
            String exe = caList.get(i).getCalExe();
            RPNCalculator analyer = new RPNCalculator(exe);
            String res = analyer.calculate().getRealRes();
            caList.get(i).setCalRes(res);
        }
        return caList;
    }
    
}
View Code

上面為逆波蘭表達式轉換過程和計算四則運算結果

package com.cal.mold;

public class FractionCal {
    //private FractionStack fs = new FractionStack();
    //分數加法
    public FractionStack fracAdd(FractionStack f1,FractionStack f2){
        FractionStack fs = new FractionStack();
        int first_numerator = f1.getNumerator();int first_denominator = f1.getDenominator();
        int second_numrator = f2.getNumerator();int second_denominator = f2.getDenominator();
        int denominator;
        int numerator;
        
        if(first_denominator==second_denominator)  //分母相同時加分子     
        {      
             denominator=first_denominator;      
             numerator=first_numerator+second_numrator;      
        }      
        else  //否則同分比較分子     
        {      
            denominator=first_denominator*second_denominator;      
            numerator=first_numerator*second_denominator+first_denominator*second_numrator;      
        }    
        int gcd = gcd(numerator,denominator);
        denominator = denominator / gcd;
        numerator = numerator / gcd;
        fs.setNumerator(numerator);
        fs.setDenominator(denominator);
        System.out.println("加法輸出的結果是"+fs.getRes());
        return fs;      

    }
    //分數減法
    public FractionStack fracSub(FractionStack f1,FractionStack f2){
        FractionStack fs = new FractionStack();
        int first_numerator = f1.getNumerator();int first_denominator = f1.getDenominator();
        int second_numerator = f2.getNumerator();int second_denominator = f2.getDenominator();
        int denominator;
        int numerator;
        
        if(first_denominator==second_denominator)  //分母相同時加分子     
        {      
             denominator=first_denominator;      
             numerator=first_numerator-second_numerator;      
        }      
        else  //否則同分比較分子     
        {      
            denominator=first_denominator*second_denominator;      
            numerator=first_numerator*second_denominator-first_denominator*second_numerator;      
        }    
        int gcd = gcd(numerator,denominator);
        denominator = denominator / gcd;
        numerator = numerator / gcd;    
        fs.setNumerator(numerator);
        fs.setDenominator(denominator);
        System.out.println("減法輸出的結果是"+fs.getRes());
        return fs;      

    }
    //分數乘法
    public FractionStack fracMul(FractionStack f1,FractionStack f2){
        FractionStack fs = new FractionStack();
        int first_numerator = f1.getNumerator();int first_denominator = f1.getDenominator();
        int second_numerator = f2.getNumerator();int second_denominator = f2.getDenominator();
        int denominator;
        int numerator;
        
        denominator=first_denominator*second_denominator;      
        numerator=first_numerator*second_numerator; 
          
        int gcd = gcd(numerator,denominator);
        denominator = denominator / gcd;
        numerator = numerator / gcd;    
        fs.setNumerator(numerator);
        fs.setDenominator(denominator);
        System.out.println("乘法輸出的結果是"+fs.getRes());
        return fs;      

    }
    //分數除法
    public FractionStack fractDiv(FractionStack f1,FractionStack f2){
        FractionStack fs = new FractionStack();
        int first_numerator = f1.getNumerator();int first_denominator = f1.getDenominator();
        int second_numerator = f2.getNumerator();int second_denominator = f2.getDenominator();
        
        int denominator;
        int numerator;
        
        numerator = first_numerator*second_denominator;
        denominator = first_denominator*second_numerator;
                    
        int gcd = gcd(numerator,denominator);
        denominator = denominator / gcd;
        numerator = numerator / gcd;
        fs.setNumerator(numerator);
        fs.setDenominator(denominator);
        System.out.println("除法輸出的結果是"+fs.getRes());
        return fs;     

    }
    //獲取最大公約數
    static int gcd(int x,int y){
         int r;      
            while( y!= 0)      
            {      
                r = x%y;      
                x = y;      
                y = r;      
            }      
        return x;        
    }
}
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上面為分數計算器

六、運行測試

1.生成題庫

2.題目結果驗證

七、PSD統計

PSP2.1 Personal Software Process Stages Time Senior Student Time  
Planning 計劃 12 12  
· Estimate 估計這個任務需要多少時間 12 12  
Development 開發 6 6  
· Analysis 需求分析 (包括學習新技術) 6 10  
· Design Spec 生成設計文檔 5 6  
· Design Review 設計覆審 4 6  
· Coding Standard 代碼規範 3 3  
· Design 具體設計 10 12  
· Coding 具體編碼 36 21  
· Code Review 代碼覆審 7 9  
· Test 測試(自我測試,修改代碼,提交修改) 13 21  
Reporting 報告 9 6  
  測試報告 3 2  
  計算工作量 2 1  
  並提出過程改進計劃 3 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

八、作業小結

  1.題目生成難度還有待開發

  2.四則運算題目出題關鍵代碼部分還可以改進,括弧增減更加靈活

  3.查重仍待開發

  4.文件流讀寫代碼冗餘程度較大

GitHub:https://github.com/Umbrellazc/JavaCalculation


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