201571030107 小学四则运算练习软件项目报告

项目Github地址

Arithmetic_SE

项目实施过程

1、需求分析

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。

201571030107
(78*23)-(6*91) = 1248
(3+36)*(34-21) = 507
(15*81)*(14+87) = 122715
(95-4)+(37-30) = 98

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。

2、功能分析

1、生成一个包含4个数字，三个运算符且包含两个以上括号的字符串表达式。
2、求表达式的结果，注意运算过程中不能出现负数。
3、最后将运算表达式和计算结果写入文件。

3、设计实现

Arithmetic(SE)
|--app
|   |--Arithmetic -- 调用各个组件，生成一个算术表达式
|   |--BracketsCompute -- 为随机生成的数字和符号添加括号
|--util
|   |--CalculateUtil -- 算术计算工具
|   |--Const -- 常量参数
|   |--FileUtil -- 文件操作工具
|   |--RandomUtil -- 随机数字生成工具
|   |--InfixToSufixUtil -- 将中缀表达式转换为后缀表达式	
|   |--SufixToValueUtil -- 计算后缀表达式
|--Application -- 启动程序

4、测试运行

5、核心代码

将算术表达式（中缀表达式）转换为后缀表达式：

eg. 89-(44/(56*33)) 中缀表达式转换为后缀表达式
后缀表达式：89 44 56 33 * / -，元素之间用空格隔开。
从左到右遍历中缀表达式的每一个数字和运算符
如果是数字就输出（即存入后缀表达式）
如果是右括号，则弹出左括号之前的运算符
如果优先级低于栈顶运算符，则弹出栈顶运算符加入后缀表达式，并将当前运算符加入后缀表达式
遍历结束后，将栈则剩余运算符弹出。

public static String prefixToSuffix(String express) throws Exception {

        String[] expression = express.split(",");
        StringBuffer suffixStr = new StringBuffer();
        String temp = "";

        try {
            for (int i = 0; i < expression.length; i++) {
                if (SuffixToValueUtil.isNum(expression[i])) {
                    suffixStr.append(expression[i]).append(" ");
                } else if (expression[i].equals(")")) {
                    temp = stack.pop();
                    while (!temp.equals("(")) {
                        suffixStr.append(temp).append(" ");
                        temp = stack.pop();
                    }
                } else if (expression[i].equals("(") ||
                        priority.get(expression[i]) >= priority.get(getTopOperator())) {

                    stack.push(expression[i]);
                } else {
                    temp = stack.pop();
                    suffixStr.append(temp).append(" ").append(expression[i]).append(" ");
                }

            }
        } catch (Exception e) {
            throw e;
        }
        while (stack.size() > 0) {
            suffixStr.append(stack.pop());
        }

        return suffixStr.toString();
    }

根据中缀表达式计算结果

eg. 根据后缀表达式：89 44 56 33 * / - 计算结果。
从左到右遍历后缀表达式
遇到数字就进栈
遇到符号，就将栈顶的两个数字出栈运算，运算结果进栈，直到获得最终结果。

public static int compute(String expression) throws Exception {
        int numOne, numTwo;
        String temp = "";
        String[] express = expression.split(" ");
        Stack<String> stack = new Stack<>();

        for (int i = 0; i < express.length; i++){
            if (isNum(express[i])){
                stack.push(express[i]);
            }
            else
            {
                numTwo = Integer.parseInt(stack.pop());
                numOne = Integer.parseInt(stack.pop());
                temp = CalculateUtil.compute(numOne, numTwo, express[i]).toString();

                if (Integer.parseInt(temp) < 0){
                    throw new Exception("Negative numbers in operation");
                }
                stack.push(temp);
            }
        }

        return Integer.parseInt(stack.pop());
    }

6、总结

在这个小项目中，我主要将项目程序分为三个部分，分别是启动程序Application、主程序app和工具类util三部分。在主程序中通过Arithmetic调用各个工具类产生一个算术表达式（中缀表达式），工具类中分别处理文件，随机数，计算和表达式转换工作。降低了程序各个部分的耦合度，实现的软件的模块化。

7、展示PSP

PSP2.1	任务内容	计划完成的时间(min)	实际完成需要的时间(min)
PLanning	计划	20	40
Estimate	估计这个任务需要多少时间，并规划大致工作步骤	20	40
Developmet	开发	132	168
Analysis	需求分析（包括学习新技术）	12	20
Design Spec	生成设计文档	5	3
Design Revie	设计复审（和同事审核设计文档）	3	3
Coding Standard	代码规范	2	2
Design	具体设计	30	50
Coding	具体编码	60	60
Code Review	代码复审	5	5
Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	15	25
Reporting	报告	30	40
Test Report	测试报告	20	30
Size Measurement	计算工作量	3	3
Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结，并提出过程改机计划	7	7

项目总结

这个项目并不是很难，但是要把实验要求的所有功能做完还是有挑战性的。在我的项目中我暂时还没有添加真分数的出题和运算功能，后期有时间的话，我会加上去的。做完这个项目后，我最大的感受就是认真做一件事的感觉真好，继续加油！