四则运算题目自动生成

2018-06-17 21:52:11来源:未知 阅读 ()

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 一、程序要求:        

1. 使用 -n 参数控制生成题目的个数,例如
       Myapp.exe -n 10 -o Exercise.txt
将生成10个题目。
2. 使用 -r 参数控制题目中数值(自然数、真分数和真分数分母)的范围,例如 
      Myapp.exe -r 10
 将生成10以内(不包括10)的四则运算题目。该参数可以设置为1或其他自然数。该参数必须给定,否则程序报错并给出帮助信息。
3. 生成的题目中如果存在形如e1 ÷ e2的子表达式,那么其结果应是真分数
4. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。
5. 程序一次运行生成的题目不能重复,即任何两道题目不能通过有限次交换+和×左右的算术表达式变换为同一道题目。例如,23 + 45 = 和45 + 23 = 是重复的题目,6 × 8 = 和8 × 6 = 也是重复的题目。3+(2+1)和1+2+3这两个题目是重复的,由于+是左结合的,1+2+3等价于(1+2)+3,也就是3+(1+2),也就是3+(2+1)。但是1+2+3和3+2+1是不重复的两道题,因为1+2+3等价于(1+2)+3,而3+2+1等价于(3+2)+1,它们之间不能通过有限次交换变成同一个题目。
生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件,格式如下:
     1. 四则运算题目1
     2. 四则运算题目2
          ……
 
其中真分数在输入输出时采用如下格式,真分数五分之三表示为3/5,真分数二又八分之三表示为2’3/8。
6. 在生成题目的同时,计算出所有题目的答案,并存入执行程序的当前目录下的Answers.txt文件,格式如下:
    1. 答案1
    2. 答案2
 
    特别的,真分数的运算如下例所示:1/6 + 1/8 = 7/24。
7. 程序应能支持一万道题目的生成。
8. 程序支持对给定的题目文件和答案文件,判定答案中的对错并进行数量统计,并会输出所有题目中重复的题目,输入参数如下:
     Myapp.exe -e <exercisefile>.txt -a <answerfile>.txt -o Grade.txt
 
统计结果输出到文件Grade.txt,格式如下:
 
Correct: 5 (1, 3, 5, 7, 9)
Wrong: 5 (2, 4, 6, 8, 10)
Repeat:2
RepeatDetail:
(1)   2,45+32  Repeat 3,32+45                    
(2)   5,3+(2+1)  Repeat 7,1+2+3
 
解释:
Correct: 5 ----5道题目正确,正确的题号 1,3,5,7,9
Wrong:5 -----5道题目错误,错误的题号 2,4,6,8,10
Repeat:2   2---组题目重复
(1) 第一组 题号2,题目 45+32  与题号3的题目重复,题号3为 32+45
(2)第二组  题号5,题目 3+(2+1) 与题号7的题目重复,题号7为 1+2+3
 
其中“:”后面的数字5表示对/错的题目的数量,括号内的是对/错题目的编号。为简单起见,假设输入的题目都是按照顺序编号的符合规范的题目。
二、功能分析
       我们需要实现的功能模块
       1、随机生成运算符的个数和运算符。
       2、根据运算符的个数随机生成运算所需的数值。
       3、随机组合运算符和数值,生成运算表达式。
       4、将3生成的表达式随机插入括号得到新的表达式。
       6、使用逆波兰式计算表达式的数值。
       7、在计算数值的过程中使用suffix.txt文件保存计算过程。
       8、利用7保存的文件suffix.txt检查4生成的表达式是否重复,若没重复,则将计算结果保存到answer.txt和4生成的表达式保存到exercise.txt,若重复,则将该表达式和与之重复的表达式写入grade.txt文件中。
       9、将exercise.txt写入的结果和answer.txt的数值表达。若正确,则将该题序号记录正确记录到grade.txt正确题目那一行中。若不正确,则记录到grade.txt错误的那一行中。
三、部分功能实现的思路
          1、功能分析中的4的实现思路
           由于生成的运算符不用超过三个,简化了这个题目的难度,我使用了分类的思想。
             a、先遍历表达式,将运算符出现的位置存入一个数组。
             b、判断运算符的个数。
                       如果运算符为两个的话,括号最多一个。遍历a生成的数组,当运算符是第一个,先随机是否有括号生成,若有括号生成,则左括号在第一个数前面,右括号在第二个数后面。
             当运算符是第二个时,先随机是否有括号生成,若有括号生成,则左括号在第二个数的前面,右括号在第三个数的后面。
                       如果运算符为三个的话,括号最多两个。遍历a生成的数组,但运算符是第一个的时候,随机有多少个括号,如果括号为一个,则左括号在第一个数的的前面。然后随机生成右括号数的位置。
              如果右括号在第二位数时,符号移动一位,随机生成该符号是否包含在括号里,若有括号则左括号在第一个数前面,右括号在第三个数后面。如没有括号,运算符移动一位,随机生成该符号是否包含在括号里,
              如有括号则左括号插入在第三位数的前面...。
              每一次插入括号需要改变保存符号位置数组的值。
          
          通过方法虽然实现了这个功能,但是这个方法缺陷太多。分类讨论太复杂,不能解决更多个符号,这个还需要改进。
           2、功能6的实现思路
                所需要计算的表达式是化简过后的真分数,真分数前面有自然数,不便于计算。先把所有化简的分数都化为真分数,使用真分数的形式计算。
                先将中缀表达式化为后缀表达式。表达式的/运算符号用?代替,避免与真分数的/相同。
                 后缀表达式计算数值,先实现真分数的运算,可以将真分数拆分成两个数,然后通分就算,计算结果再约分。
                运算过程,遍历后缀表达式,如果是真分数先入栈,如果是运算符,出栈两个数,进行对应运算符的真分数运算。
           3、功能7的实现思路
                 因为每个式子的运算过程没记录了下来,并且乘法和加法在记录时,左边的数值大右边的数值小的原则。所有如果式子重复,他们的运算过程会相等。
           
四、代码实现
        代码地址:https://git.coding.net/ThinkAlone/Arithmetic.git
五、功能演示
       1、生成10000道程序
       
   

 

     2、生成10000道题目的过程中出现的部分重复表达式

        

 

          虽然生成了10000道程序,但是重复的可能还是很低

   3、答案测试

生成的题目,并写了答案

       

答案:

 

检查结果:

六、展示PSP

 PSP2.1 Personal Software Process Stages  estimated time(分钟)  Actual time(分)
 Planning  计划  20  23
 · Estimate  估计这个任务需要多少时间 20 23
 Development  开发  990  1106
 · Analysis  需求分析 (包括学习新技术)  40  40
 · Design Spec  生成设计文档  60  50
 · Design Review  设计复审  60  73
 · Coding Standard  代码规范  30  33
 · Design  具体设计 120  130
 · Coding  具体编码  600  700
 · Code Review  代码复审  60  50
 · Test  测试(自我测试,修改代码,提交修改)  20  30
 Reporting  报告  60  70
 ·  测试报告  30  30
 ·  计算工作量  20  30
 ·  并提出过程改进计划  10  10
       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

七、总结

      由于之前比较少用C++写代码,该题目用了面向过程编程,但是模块划分不是很好,有些模块还是比较乱。这个题目涵盖的知识点比较多,之前学的数据结构和算法忘了,所有耗时比较多。

之前一直写javaWeb程序,比这种题目逻辑简单很多,这个题目做的少。以后要多做一些关于这方面的题目,提高自己的逻辑思维。

 

 

            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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