軟工第五次作業——Python效能分析之四則運算生成器

Github項目地址：

https://github.com/JtvDeemo/elementary-arithmetic

PSP

題目要求：

• 能自動生成小學四則運算題目
• 除了整數外，還要支持真分數的四則運算
  除了以上的基本需求，還有
• 生成的算式長度隨機
• 能處理分數的運算，結果能用分數(字元串類型)表示出來，能與用戶輸入相對應

解題思路：

• 定義一個函數用於隨機生成隨機長度的算式
• 把字元串型的算式轉換為逆波蘭式(RPN，也稱尾碼表達式)
• 再把尾碼表達式利用棧結構計算出結果
• 最後再與用戶的輸入做比較

重點難點：

1. 分數的表示與計算
2. 尾碼表達式的生成和計算
3. 結果為負數的情況

如何解決：

1. Python的分數計算可以用 fractions 庫
2. https://blog.csdn.net/qq_36763635/article/details/72627601 這裡介紹瞭如何將中綴表達式轉換為尾碼表達式（RPN）
3. https://blog.csdn.net/yangquanhui1991/article/details/52187375 圖解尾碼表達式的計算過程
4. 對於結果為負數的情況，只能生成算式之後驗算一遍，若為負數的情況，重新生成一遍(可能是個人水平有限)

設計實現：

具體程式設計:

成員變數

成員函數

核心代碼：

#隨機生成一個算式
    def get_string(self):
        self.lens = random.randint(2, 9)
        self.teop = ''
        self.tstr = []
        for i in range(self.lens):
            if self.teop == '÷':
                self.tint = random.randint(1, 8)
                self.teop = random.choice(self.op)
            elif self.teop == '/':
                self.tint = random.randint(self.tint+1, 9)
                self.teop = random.choice(self.op[:-1])
            else:
                self.tint = random.randint(0, 8)
                self.teop = random.choice(self.op)
            self.tstr.append(str(self.tint))
            self.tstr.append(self.teop)
        self.tstr[-1] = '='
        self.tstr = ''.join(self.tstr)
        self.quest = self.tstr
        return self.tstr

#將隨機生成的算式轉換為RPN
    def to_rpn(self, ques):  #Reverse Polish notation
        self.stack = []
        s = ''
        for x in ques:
            if x != '+' and x != '-' and x != '×' and x != '÷' and x != '/':
                s += x  #若為數字，直接輸出
            else:  # 若為運算符，進棧
                if not self.stack:  #棧空
                    self.stack.append(x)
                else:
                    if self.this_bigger(x, self.stack[-1]):  #運算級高於棧頂元素
                        self.stack.append(x)  #直接進棧
                    else:
                        while self.stack:
                            if self.this_bigger(x, self.stack[-1]):
                                break
                            s += self.stack.pop()
                        self.stack.append(x)
        while self.stack:
            s += self.stack.pop()
        # print('在to_rpn函數中，rpn：',s)
        return s

#將尾碼表達式計算出來
    def slove_rpn(self, rpn):
        #print('進入slove_rpn函數：')
        self.stack1 = []  #用於保存運算數
        for x in rpn:
            if x != '+' and x != '-' and x != '×' and x != '÷' and x != '/':
                self.stack1.append(int(x))
            elif x == '+':
                second = self.stack1.pop()
                first = self.stack1.pop()
                self.stack1.append(first + second)
            elif x == '-':
                second = self.stack1.pop()
                first = self.stack1.pop()
                self.stack1.append(first - second)
            elif x == '×':
                second = self.stack1.pop()
                first = self.stack1.pop()
                self.stack1.append(first * second)
            elif x == '÷':
                second = self.stack1.pop()
                first = self.stack1.pop()
                self.stack1.append(Fraction(first, second))
            elif x == '/':
                second = self.stack1.pop()
                first = self.stack1.pop()
                self.stack1.append(Fraction(first, second))
        resault = self.stack1[0]
        if resault >= 0:
            #print('--------------題結束----------------')
            return resault
        elif resault < 0:
            s = self.get_string()
            rpn = self.to_rpn(s[:-1])
            return self.slove_rpn(rpn)

運行效果：

單元測試

《構建之法》第二章中詳細提及了好的單元測試的標準。

• 單元測試應該在最基本的功能/參數上檢驗程式的正確性。
• 單元測試必須由最熟悉代碼的人來寫。
• 單元測試過後，機器狀態保持不變。
• 單元測試要快。
• 單元測試應該產生可重覆、一致的結果。
• 獨立性-單元測試的運行/通過/失敗不依賴於別的測試，可以人為構造數據，以保持測試的獨立性。
• 單元測試應該覆蓋所有代碼路徑。

效能分析圖

Pycharm中運行profiler，次數為10W次

可以看到所用的時間長度為16.04s