个人作业1——四则运算题目生成程序（基于控制台）

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题目：

从《构建之法》第一章的 “程序” 例子出发，像阿超那样，花二十分钟写一个能自动生成小学四则运算题目的命令行 “软件”。

满足以下需求：

除了整数以外，还要支持真分数的四则运算，真分数的运算，例如：1/6 + 1/8 = 7/24
运算符为 +, −, ×, ÷
并且要求能处理用户的输入，并判断对错，打分统计正确率。
要求能处理用户输入的真分数，如 1/2, 5/12 等
使用 -n 参数控制生成题目的个数，例如执行下面命令将生成10个题目
Myapp.exe -n 10

需求分析：

需要处理分数，包括化简分数、识别整数等。并考虑特殊情况，如分数分母不为0等。考虑到题目要求小学水平，则分子分母数值不超过100。
需要编写分数四则运算的算法，并考虑特殊情况，如减法结果不能为负数，除法中除数不能为0等。
需统计用户正确的题目数，与总题目数。
需要实现字符串的识别与比较。

功能实现：

基本功能：能随机生成若干四则运算式，并检测用户答案，统计正确率。
扩展功能：实现多项运算、统计做题时长、避免重复题型、控制题目难度等（未实现）
高级功能：实现错题统计功能、实现多用户竞赛功能、实现更复杂的运算等（未实现）

设计实现：

Fraction类：

Calculate类：

Dofrac类：

代码说明：

Fraction类：

public class Fraction {

    private int fenzi;
    private int fenmu;

    public Fraction() {
        super();
    }

    public Fraction(int fenzi, int fenmu) {
        super();
        this.fenzi = fenzi;
        this.fenmu = fenmu;
        this.simplify(fenzi, fenmu); //在构造函数中直接化简分数（感觉此方法欠妥）
    }



    public void simplify(int fenzi, int fenmu) { 
        int GCD = Dofrac.GCD(fenzi, fenmu);
        this.fenzi = fenzi / GCD;
        this.fenmu = fenmu / GCD;
    }//化简分数

    @Override
    public String toString() {
        if (fenzi == 0) {
            return 0 + "";
        } else if (fenzi % fenmu == 0) {
            return fenzi / fenmu + "";
        } else
            return fenzi + "/" + fenmu;
    }//改写toString，输出为分数形式

    public int getFenzi() {
        return fenzi;
    }

    public void setFenzi(int fenzi) {
        this.fenzi = fenzi;
    }

    public int getFenmu() {
        return fenmu;
    }

    public void setFenmu(int fenmu) {
        this.fenmu = fenmu;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + fenmu;
        result = prime * result + fenzi;
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        Fraction other = (Fraction) obj;
        if (fenmu != other.fenmu)
            return false;
        if (fenzi != other.fenzi)
            return false;
        return true;
    }

}

Calculate类：

public class Calculate {
    public static Fraction add(Fraction f1, Fraction f2) {

        int fz1 = f1.getFenzi();
        int fz2 = f2.getFenzi();
        int fm1 = f1.getFenmu();
        int fm2 = f2.getFenmu();
        Fraction f = new Fraction(fz1 * fm2 + fm1 * fz2, fm1 * fm2);
        return f;

    }//加法运算

    public static Fraction sub(Fraction f1, Fraction f2) {
        int fz1 = f1.getFenzi();
        int fz2 = f2.getFenzi();
        int fm1 = f1.getFenmu();
        int fm2 = f2.getFenmu();
        Fraction f = new Fraction(fz1 * fm2 - fm1 * fz2, fm1 * fm2);
        return f;
    }//减法运算

    public static Fraction mul(Fraction f1, Fraction f2) {
        int fz1 = f1.getFenzi();
        int fz2 = f2.getFenzi();
        int fm1 = f1.getFenmu();
        int fm2 = f2.getFenmu();
        Fraction f = new Fraction(fz1 * fz2, fm1 * fm2);
        return f;
    }//乘法运算

    public static Fraction div(Fraction f1, Fraction f2) {
        int fz1 = f1.getFenzi();
        int fz2 = f2.getFenzi();
        int fm1 = f1.getFenmu();
        int fm2 = f2.getFenmu();
        Fraction f = new Fraction(fz1 * fm2, fm1 * fz2);
        return f;
    }//除法运算

    public static boolean compare(Fraction f1, Fraction f2) {
        int fz1 = f1.getFenzi();
        int fz2 = f2.getFenzi();
        int fm1 = f1.getFenmu();
        int fm2 = f2.getFenmu();
        if (fz1 * fm2 >= fz2 * fm1) {
            return true;
        } else{
 
            return false;

        }



            
    }//比较两分数的大小

}

Dofrac类：

public class Dofrac {

    public static Fraction CreatFrac() {
        int fz, fm,co;
        co=(int)(Math.random()*2);//co取[0,1]得随机值，分别代表分数和整数

          if(co==0){

fm = (int) (2 + Math.random() * (100 - 2 + 1));//分母为2-100的随机数
fz =(int) (0 + Math.random() * (fm - 0 + 1));//分子为 0--fm 的随机数（确保真分数）
}else {
fm=1;
fz=(int) (0 + Math.random() * (100 - 0 + 1));
}


        Fraction frac = new Fraction(fz, fm);
        return frac;
    }//创建随机分数

    public static boolean check(String input) {
        if (input.matches("[0-9]+")||input.matches("[0-9]+/[0-9]+")) {
            return true;
        } else
            {

            return false;

        }
    }//利用正则表达式处理用户输入的答案

    public static int GCD(int m, int n) {
        while (true) {
            if ((m = m % n) == 0)
                return n;
            if ((n = n % m) == 0)
                return m;
        }
    }//计算最大公约数

    public static Fraction MakeFor(Fraction f1, Fraction f2, int op, int i) {
        Fraction result = new Fraction();
        switch (op) {
        case 1: {
            result = Calculate.add(f1, f2);
            System.out.println("第" + i + "题：" + f1.toString() + "+" + f2.toString());
            break;

        }
        case 2: {
            if (!Calculate.compare(f1, f2)) {
                Fraction temp = f1;
                f1 = f2;
                f2 = temp;
            }//比较两分数的大小，若减数小于被减数，则将两个数交换
            result = Calculate.sub(f1, f2);
            System.out.println("第" + i + "题：" + f1.toString() + "-" + f2.toString());
            break;
        }
        case 3: {
            result = Calculate.mul(f1, f2);
            System.out.println("第" + i + "题：" + f1.toString() + "*" + f2.toString());
            break;
        }
        case 4: {
            if (f2.getFenzi() == 0) {
                f2.setFenzi((int) (1 + Math.random() * (10 - 1 + 1)));
            }//若除数分子为0，则分子重新取一个1——100的随机数
            result = Calculate.div(f1, f2);
            System.out.println("第" + i + "题：" + f1.toString() + "÷" + f2.toString());
            break;
        }
        }
        return result;

    }
}

Generator类（执行类）

public class Generator {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            int op = 0;
            String input;
            int flag = 0;//用于检测用户答对的题目数
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            System.out.println("【四则运算题目生成器】");
            System.out.println("请输入需要的题目数量:");
            int n = sc.nextInt();
            for (int i = 1; i <= n; i++) {
                Fraction f1 = Dofrac.CreatFrac();
                Fraction f2 = Dofrac.CreatFrac();
                op = (int) (Math.random() * 4 + 1);
                Fraction result = Dofrac.MakeFor(f1, f2, op, i);
                input = sc.next();
                while (!Dofrac.check(input)) {
                    System.out.println("输入有误，请重新输入:");
                    input = sc.next();
                }

                if (input.equals(result.toString())) {
                    System.out.println("回答正确");
                    System.out.println("---------------------------------------------");
                    flag++;
                } else {
                    System.out.println("回答错误，正确答案是：" + result.toString());
                    System.out.println("---------------------------------------------");
                }

            }
            System.out.println("---------------------------------------------");
            System.out.println("答题完毕，你的正确率为" + 100 * flag / n + "%");
            sc.close();

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

测试运行：

PSP表：

PSP2.1	Personal Software Process Stages	Time (%) Senior Student	Time (%)
Planning	计划	5min	30min
· Estimate	估计这个任务需要多少时间	8min	10min
Development	开发	2h	1h30min
· Analysis	需求分析 (包括学习新技术)	10min	8min
· Design Spec	生成设计文档	0	0
· Design Review	设计复审	3min	1min
· Coding Standard	代码规范	0	0
· Design	具体设计	1h	30min
· Coding	具体编码	1h	40min
· Code Review	代码复审	0	0
· Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	5min	8min
Reporting	报告	30min	40min
·	测试报告	0	0
·	计算工作量	0	0
·	并提出过程改进计划	0	0

总结：

此次作业整体难度不大，但是刚开始看到题目构思的时候，却一度陷入僵局。也许是因为太久没有编程，很多知识都忘记了，导致刚开始的时候不懂从何下手。在思考了很久，复习了很多以前的知识后，大体上有了思路，但也不是很清晰，想到什么写什么，迷迷糊糊就完成了。中间遇到的BUG也不是很多，但是调试花了很多时间，感觉这是自己编程思想不够系统，对软件的应用也不是很熟悉造成的，根本原因还是在于练习不够，经验不足。希望以后多加练习，可以更加进步。最后感谢老师们和助教的辛勤付出，你们辛苦了！