题目
（1）能自动生成小学四则运算题目；
（2）能支持任意分数的四则运算；
（3）能支持任意括号运算
思路
根据参数生成不定长度的表达式，以及能控制是否生成分数，能生成任意数量的中缀表达式，支持四则运算，括号运算以及分数运算
构造函数接口 def __init__(self, exps_num=10, num_l=1, num_r=10, exp_limit_len=10, has_fraction=True)
提供接口生成中缀表达式，返回表达式数据集 def create_express(self)
提供接口将中缀表达式化为后缀表达式 def get_postfix(self, exp)
提供接口将后缀表达式进行计算并返回结果 def cal_express(self, exp)
提供接口以用户友好方式显示中缀表达式 def get_showExp(self, exp)
源代码
# -*- coding: utf-8 -*-
# author: 'boliang'
# date: 2018/4/18 21:04
import profile
import random
from fractions import Fraction
class Solution(object):
def __init__(self, exps_num=10, num_l=1, num_r=10, exp_limit_len=10, has_fraction=True):
self.__exps_num = exps_num
self.__has_fraction = has_fraction
self.__exp_limit_len = exp_limit_len
self.__num_l = num_l
self.__num_r = num_r
# 生成中缀表达式
def create_express(self):
exps = []
num = self.__exps_num
while num > 0:
num_len = random.randint(2, self.__exp_limit_len)
tmp_len = num_len - 1
exp = [self.__get_num(self.__has_fraction)]
while tmp_len > 0:
# 1为+，2为-，3为*，4为/
op_flag = random.randint(1, 4)
if op_flag == 1:
exp.append('+')
elif op_flag == 2:
exp.append('-')
elif op_flag == 3:
exp.append('*')
else:
exp.append('/')
exp.append(self.__get_num(self.__has_fraction))
tmp_len -= 1
brackets = random.randint(0, int(len(exp)/8))
while brackets > 0:
if self.__set_bracket(exp, num_len):
brackets -= 1
exps.append(exp)
num -= 1
return exps
def __set_bracket(self, exp, num_len):
index_a = 0
index_b = 0
while index_a == index_b:
rec = list(map(lambda x:random.randint(0, num_len-1), range(2)))
index_a = min(rec) + 1
index_b = max(rec) + 1
cal = 0
length = len(exp)
for i in range(length):
if type(exp[i]) != type('+'):
cal += 1
if cal == index_a:
if i+1 <= length and exp[i+1] == ')':
return False
exp.insert(i, '(')
cal = 0
for i in range(len(exp)):
if type(exp[i]) != type('+'):
cal += 1
if cal == index_b:
if i-1 >= 0 and exp[i-1] == '(':
return False
exp.insert(i+1, ')')
break
return True
# 生成一个数, 包括分数
def __get_num(self, has_fraction=True):
# 生成包括有分数
if has_fraction:
# 80%几率为整数
flag = random.randint(1, 10)
if flag <= 8:
return self.__get_num(False)
else:
return Fraction(self.__get_num(False), self.__get_num(False))
# 生成整数
else:
return random.randint(self.__num_l, self.__num_r)
# 计算后缀表达式
def cal_express(self, exp):
record = []
for val in exp:
if type(val) == type('+'):
b = record.pop(-1)
a = record.pop(-1)
if val == '+':
record.append(a+b)
elif val == '-':
record.append(a-b)
elif val == '*':
record.append(a*b)
else:
record.append(a/b)
else:
record.append(val)
return record[0]
# 通过中缀表达式得到后缀表达式
def get_postfix(self, exp):
l_ops = {
'(': 1, '*': 5, '/': 5,
'+': 3, '-': 3, ')': 6
}
r_ops = {
'(': 6, '*': 4, '/': 4,
'+': 2, '-': 2, ')': 1
}
op_stack = []
post_stack = []
for val in exp:
if type(val) != type('+'):
post_stack.append(val)
elif len(op_stack) > 0:
while len(op_stack) > 0 and l_ops[op_stack[-1]] >= r_ops[val]:
if op_stack[-1] != '(' and op_stack[-1] != ')':
post_stack.append(op_stack.pop(-1))
else:
op_stack.pop(-1)
op_stack.append(val)
else:
op_stack.append(val)
while len(op_stack) > 0:
if op_stack[-1] != '(' and op_stack[-1] != ')':
post_stack.append(op_stack.pop(-1))
else:
op_stack.pop(-1)
return post_stack
def get_showExp(self, exp):
op = {'+': '+', '-': '-', '*': '×', '/': '÷', '(':'(', ')':')'}
jud_fun = lambda val: str(val) if type(val) != type('+') else op[val]
return ' '.join(map(jud_fun, exp))
# 测试函数
def test():
# 1. 测试程序自动生成10组表达式数据(包括分数和括号运算)
# 2. 测试通过中缀表达式计算得到后缀表达式
# 3. 根据后缀表达式计算结果（包括分数)
# 设置接口参数
# 表达式个数
express_num = 10
# 生成的数的下界
num_l = 1
# 生成的数的上界
num_r = 10
# 表达式的数字个数
exp_limit_len = 10
# 是否会生成分数
has_fraction = True
sol = Solution(express_num, num_l, num_r, exp_limit_len, has_fraction)
# 生成中缀表达式
exps = sol.create_express()
for ind, exp in enumerate(exps):
print('.......................................')
print('第{0}条表达式：{1}'.format(ind+1, exp))
tmp = sol.get_postfix(exp)
print('后缀表达式为：{0}'.format(tmp))
print('用户界面中显示的表达式：{0}'.format(sol.get_showExp(exp)))
print('运算结果为：{0}'.format(sol.cal_express(tmp)))
print('.......................................')
if __name__ == '__main__':
profile.run('test()')
根据单元测试，测试结果如下
效能分析, 运用Python profile库
PSP表格
| 预计耗时（分钟） | 是实际耗时（分钟） | ||
| Planning | 计划 | 10 | 10 |
| Estimate | 估计这个任务需要多少时间 | 100 | 100 |
| Development | 开发 | 120 | 240 |
| Analysis | 需求分析 | 5 | 10 |
| Design Spec | 生成设计文档 | 3 | 23 |
| Design Review | 设计复审（和同事审核设计文档） | 2 | 2 |
| Coding Standerd | 代码规范（为目前的开发制定合适的规范） | 3 | 3 |
| Design | 具体设计 | 5 | 10 |
| Coding | 具体编码 | 30 | 60 |
| Code Review | 代码复审 | 5 | 10 |
| Text | 测试（自测，修改代码，提交修改） | 10 | 30 |
| Reporting | 报告 | 10 | 20 |
| Text Report | 测试报告 | 10 | 20 |
| Size Measurement | 计算工作量 | 5 | 5 |
| Postmortem & Process Improvement Plan | 事后总结，并提出过程改进计划 | 5 | 5 |
| Sum | 合计 | 215 | 420 |