二.角色分工

驾驶员：杨浩（本人）
领航员：冯俊鹏博客地址

三.代码及代码地址

题目生成

class BinaryTree 
{
	
	private TreeNode root;
	private int num;
	private ArrayList<TreeNode> opeList = new ArrayList<TreeNode>();
	
	public BinaryTree(int num){
		this.num=num;
	}
	
	public int getNum(){
		return num;
	}
	
	public void setNum(int num){
		this.num = num;
	}
	
	public void setTreeNode(TreeNode root){
		this.root = root;
	}
	
	
	/**
	 * 获取最终的表达式，必须在CalAndVal()方法后调用
	 * 
	 * @return str
	 */
	public String toString(){
		String str = root.toString();
		str = str.substring(1, str.length()-1);
		return str;
	}
	
	/**
	 * 计算并验证表达式
	 * 
	 * @return result
	 */
	public String CalAndVal(){
		return root.getResult();
	}
	
	/**
	 * 计算二叉树的深度(层数) 
	 * 
	 * @return deep
	 */
	public int getDeep(){
		int i = this.num;
		int deep = 2;
		while(i/2 > 0){
			deep++;
			i /= 2;
		}
		return deep;
	}
	
	/**
	 * 生成二叉树
	 * 
	 */
	public void createBTree(){
		TreeNode lchild, rchild, lnode, rnode;
		
		if(num == 1){
			lchild = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getNumber(10)), null, null);
			rchild = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getNumber(10)), null, null);
			root = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getOperator()), lchild, rchild);
		}
		else{
			int num1 = 0;
			int n = getDeep() - 3;
			boolean[] place = Ran.getChildPlace(num);
			root = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getOperator()), null, null);
			opeList.add(root);
			
			for(int i = 0; i < n; i++){
				for(int j = 0; j < (int)Math.pow(2, i); j++, num1++){
					lchild = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getOperator()), null, null);
					rchild = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getOperator()), null, null);
					opeList.get(j + num1).setChild(lchild, rchild);  //?
					opeList.add(lchild);
					opeList.add(rchild);
				}
			}
			
			for(int i = 0; i < place.length; i++){
				if(place[i]){
					lnode  = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getNumber(10)), null, null);
					rnode  = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getNumber(10)), null, null);
					if(i%2 == 0){
						lchild = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getOperator()), lnode, rnode);
						opeList.add(lchild);
						opeList.get(num1).setLchild(lchild);
					}
					else{
						rchild = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getOperator()), lnode, rnode);
						opeList.add(rchild);
						opeList.get(num1).setRchild(rchild);
					}
				}
				else{
					if(i%2 == 0){
						lchild = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getNumber(10)), null, null);
						opeList.get(num1).setLchild(lchild);
					}
					else{
						
						rchild = new TreeNode(String.valueOf(Ran.getNumber(10)), null, null);
						opeList.get(num1).setRchild(rchild);
					}
				}
				num1 = num1 + i%2;
			}
		}
	}
}

 class Ran {
	
	/**
	 * 获取随机的符号
	 * 
	 * @return operator
	 */
	
	public static char getOperator(){
		char operator = 0;
		Random ran = new Random();
		int i = ran.nextInt(4);
		switch(i){
			case 0:
				operator = '+';
				break;
			case 1:
				operator = '-';
				break;
			case 2:
				operator = '*';
				break;
			case 3:
				operator = '/';
				break;
		}
		return operator;
	}
	
	
	/**
	 * 根据输入的范围获取随机数
	 * 
	 * @param max
	 * @return number
	 */
	
	public static int getNumber(int max){
		int number = 0;
		max=test.maxNum;
		
			Random ran = new Random();
			number = ran.nextInt(max+1);
			return number;
	}
	
	/**
	 * 根据运算符的个数随机产生子节点的位置
	 * 
	 * @param num
	 * @return childPlace
	 */
	
	public static boolean[] getChildPlace(int num){
		int d = 0;
		int size = 0, j=1;
		while(num >= (int)Math.pow(2, j)){
			j++;
		}
		d = (int)Math.pow(2, j) - 1 - num;
		size = (int)Math.pow(2, j-1);
		boolean[] k = new boolean[size];
		for(int i = 0; i < size; i++){
			k[i] = true;
		}
		for(int i = 0; i < d; i++){
			Random ran = new Random();
			int f = ran.nextInt(size);
			while(k[f] == false)
			{
				f = ran.nextInt(size);
			}
			k[f] = false;
		}
		return k;
	}
}

 class TreeNode {
	
	private String str;
	private TreeNode rchild = null;
	private TreeNode lchild = null;
	
	public TreeNode(String str){
		this.str = str;
	}
	
	public TreeNode(String str, TreeNode lchild, TreeNode rchild){
		this.str = str;
		this.rchild = rchild;
		this.lchild = lchild;
	}
	
	public void setChild(TreeNode lchild, TreeNode rchild){
		this.lchild = lchild;
		this.rchild = rchild;
	}
	
	public TreeNode getRchild() {  
        return rchild;  
    }  
    public void setRchild(TreeNode rchild) {  
        this.rchild = rchild;  
    }  
    public TreeNode getLchild() {  
        return lchild;  
    }  
    public void setLchild(TreeNode lchild) {  
        this.lchild = lchild;  
    }
	
	public String getStr(){
		return str;
	}
	
	/**
	 * 获取每个节点的运算结果，并检验除法
	 * 1)除数为0
	 * 2)不能整除
	 * 出现以上两种情况的话将该运算符转换成其他三种运算符
	 * 
	 * @return result
	 */
	public String getResult(){
		if(hasChild()){
			switch(str){
				case "+":
					return String.valueOf(Integer.parseInt(getLchild().getResult()) + Integer.parseInt(getRchild().getResult()));
				case "-":
					return String.valueOf(Integer.parseInt(getLchild().getResult()) - Integer.parseInt(getRchild().getResult()));
				case "*":
					return String.valueOf(Integer.parseInt(getLchild().getResult()) * Integer.parseInt(getRchild().getResult()));
				case "/":
					if(getRchild().getResult().equals("0")){
						while(str.equals("/")){
							str = String.valueOf(Ran.getOperator());
						}
						return this.getResult();
					}
					else if(Integer.parseInt(getLchild().getResult()) % Integer.parseInt(getRchild().getResult()) != 0){
						while(str.equals("/")){
							str = String.valueOf(Ran.getOperator());
						}
						return this.getResult();
					}
					else
						return String.valueOf(Integer.parseInt(getLchild().getResult()) / Integer.parseInt(getRchild().getResult()));
			}
		}
		return str;
	}     
    
    /**
     * 先对每个运算式添加括号，然后根据去括号法则，去掉多余的子式的括号
     * 
     * @return string
     */
    public String toString(){
    	String Lstr = "", Rstr = "", Str = "";
    	if(hasChild()){
    		//右子树如果有孩子，说明右子树是一个表达式，而不是数字节点。
    		if(getRchild().hasChild()){                         
    			//判断左邻括号的运算符是否为'/'
    			if(str.equals("/")){
    				//获取右子树的表达式，保留括号
    				Rstr = getRchild().toString();              
    			}
    			//判断左邻括号的运算符是否为'*'或'-'
    			else if(str.equals("*") || str.equals("-")){
    				//判断op是否为'+'或'-'
    				if(getRchild().str.equals("+") || getRchild().str.equals("-")){	
    					Rstr = getRchild().toString();			
    				}
    				else{
    					//获取右子树的表达式，并且去括号 
    					Rstr = getRchild().toString().substring(1, getRchild().toString().length()-1);	
    				}
    			}
    			else{
    				//右子树除此之外都是可以去括号的。
    				Rstr = getRchild().toString().substring(1, getRchild().toString().length()-1);		
    			}
    		}
    		else{
    			Rstr = getRchild().str;
    		}
    		//左子树的情况同右子树类似
    		if(getLchild().hasChild()){												
    			if(str.equals("*") || str.equals("/")){
    				if(getLchild().str.equals("+") || getLchild().str.equals("-")){
    					Lstr = getLchild().toString();
    				}
    				else{
    					Lstr = getLchild().toString().substring(1, getLchild().toString().length()-1);
    				}
    			}
    			else{
    				Lstr = getLchild().toString().substring(1, getLchild().toString().length()-1);
    			}
    		}
    		else{
    			Lstr = getLchild().str;
    		}
    		//获取当前的运算式，并加上括号
    		Str = "(" + Lstr + str + Rstr + ")"; 									
    	}
    	else{
    		//若没有孩子，说明是数字节点，直接返回数字
    		Str = str;
    	}
    	return Str;
    }
    
    public boolean hasChild(){
    	if(lchild == null && rchild == null)
    		return false;
    	else
    		return true;
    }
}

图形界面生成及输出

public static void InitUI()
    {
    	JFrame frame =new JFrame();
    	frame.setTitle("四则运算");
    	frame.setSize(500, 500);
    	frame.setLocationRelativeTo(null);
    	frame.setDefaultCloseOperation(3);
    	
    	FlowLayout f1=new FlowLayout(FlowLayout.LEFT);
    	frame.setLayout(f1);
    	
    	JLabel name1=new JLabel("请输入题目个数：");
    	frame.add(name1);
    	
    	JTextField name1text=new JTextField();//文本框
    	name1text.setPreferredSize(new Dimension(50, 30));
    	frame.add(name1text);
    	
    	JLabel name=new JLabel();//空
    	name.setPreferredSize(new Dimension(110,30));
    	frame.add(name);
    	
    	JLabel name2=new JLabel("请输入最大值：");
    	frame.add(name2);
    	
    	JTextField name2text=new JTextField();//文本框
    	name2text.setPreferredSize(new Dimension(50, 30));
    	frame.add(name2text);
    	
    	JLabel name4=new JLabel("是否输出到文件：");
    	frame.add(name4);
    	
    	JRadioButton jrb1, jrb2;
    	jrb1 = new JRadioButton("是");
        jrb2 = new JRadioButton("否");
        frame.add(jrb1);
        frame.add(jrb2);
        
        JLabel name5=new JLabel();//空
    	name5.setPreferredSize(new Dimension(110,30));
    	frame.add(name5);
        
        JButton bu=new JButton("生成");
        bu.setPreferredSize(new Dimension(80,30));
        frame.add(bu);
        
    	JLabel name3=new JLabel();//空
    	name3.setPreferredSize(new Dimension(50,30));
    	frame.add(name3);
    	
    	JLabel name7=new JLabel("题目：");
    	frame.add(name7);
    	
    	JLabel name6=new JLabel();//空
    	name6.setPreferredSize(new Dimension(250,30));
    	frame.add(name6);
    	
        JTextField Titletext=new JTextField();//文本框
    	Titletext.setPreferredSize(new Dimension(450, 300));
    	frame.add(Titletext);
    	
    	
		/**
		 * 事件监听器
		 */
    	bu.addActionListener(new ActionListener(){
    		public void actionPerformed(ActionEvent e) {
    			String a=name1text.getText();
    			int Title_Num = Integer.parseInt(a);  //string转换为int
    			String b=name2text.getText();
    			maxNum = Integer.parseInt(b);  //string转换为int
    			String[] Title=new String[Title_Num];
				String[] result1=new String[Title_Num];
    			for(int i = 0; i < Title_Num; i++){
    				BinaryTree bTree;
    				bTree = new BinaryTree(2);
    				bTree.createBTree();
    				String result = bTree.CalAndVal();
    				Title[i]=bTree.toString();
    				result1[i]=result;
    				System.out.println(Title[i]+"="+result1[i]);
    			}
    			
    			
    				Titletext.setText(getStringByArray(Title,result1));
    			
    			/**
    			 * 文件输出
    			 */
    			if(jrb1.isSelected()) {
    				try{
						PrintStream mytxt=new PrintStream("./test.txt");
						PrintStream out=System.out;
						System.setOut(mytxt);
						for(int i = 0; i < Title_Num; i++){
							System.out.println(Title[i] + "=" + result1[i]);
						}
						System.setOut(out);
						}catch(FileNotFoundException e1){
						e1.printStackTrace();
						}
    			}
    			
    		}
    	});
    	
    	frame.setVisible(true);
    }
	/**
	 * 
	 * @将题目整和成一个字符串，方便setText输出
	 * @param b
	 * @return str
	 */
	public static String getStringByArray(String[] a,String[] b) {
	    String str = "";
	    for(int i=0;i<a.length;i++) {
	        str += a[i];
	        str += '=';
	        str += b[i];
	        str += ' ';
	        str += ' ';
	        str += ' ';
	        str += ' ';
	    }
	    return str;
	}

四.运行结果截图

图形框架截图

输出到文本框

输出到文件

五.参考资料

随机生成四则运算式及答案(含括号)
如何将java的输出保存到文件中作为程序日志
 Java实现图形界面
 Java 图形化界面设计（GUI）实战练习（代码）
Java如何画图形用户界面
 java按钮的监听事件
 java图形界面中怎么用settext输出一个数组

六.工作照片

七.评价及总结

在这次的作业中，我的领航员是冯俊鹏同学，他在过程中给了我很大的帮助，不断地督促我尽快完成，遇到不会的问题和我一起解决，是使我的代码更加完善，没有他的话我很难完成这次的作业。
通过这次作业，我完成了我的第一个拥有图形界面的作品，在这之前一直都是用黑框进行操作，编写代码的过程是非常困难的，有许许多多的问题根本不知道如何解决，例如图形化界面的实现、界面的输入和输出和事件监听器的编写等等，碰到这些问题只能去网上搜索，找了很多的参考文章，上面列举出的仅仅只是其中一小部分，程序实现了一部分功能，但还有几个功能没有实现，例如选择小数和选择括号，图形界面的编写也比较混乱，但是，在这次的代码编写过程中，我学到了很多以前根本不会的知识，收获了很多。