个人作业1——四则运算题目生成程序（基于控制台…

2018-06-18 02:24:05来源：未知阅读 ()

1.需求分析

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。

2.功能设计

基本功能

a.生成多个四则运算算式
b.校验计算结果

拓展功能

a.四则运算含3个以内运算符
b.能输出直观的题目（合理去括号）
c.计算结果为真分数
d.计算的数字有规定范围
e.生成的算式合法（不含除以0或分母为0）
f.对计算结果进行通分化简
g.批改支持将丢失的题目添加进错误

高级功能

a.支持任意多个运算符
b.二叉树查重

3.设计实现

question：
-->Calculation.java：根据二叉树根节点计算答案，包含化简
-->CreateQuestion.java：生成二叉树算式，包含查重及合法校验
-->Number.java：数的存储格式，包含整数部分、分子部分、分母部分

start：
-->OutQuestion.java：输入参数操作、文件输入输出操作

tree：
-->BinaryTree.java：二叉树，包含转化为String算式的函数
-->TreeNode：树的节点

4.代码说明

递归查重

//----------------------------------------------------------------------------------
//代码功能：递归实现二叉树查重
//----------------------------------------------------------------------------------
//实现思路：
//1、先判断两个算式答案相不相同，不相同则算式一定不相同。
//2、然后对两式计算左右两边的值是否能匹配上。
//3、若能，将其子节点匹配后递归回1再比较，重复123操作，直到结束或返回不同。
//----------------------------------------------------------------------------------

private boolean isRepeat(List<BinaryTree> questions, BinaryTree ques) { // 先按答案查重节省时间，再详细对比
        for (BinaryTree bt : questions) {
            if (bt.getAnswer() == ques.getAnswer()) {
                if (isRepeatTree(bt.getRootNode(), ques.getRootNode())) {
                    System.out.println("重复：【" + bt.getQuestion() + "】【"
                            + ques.getQuestion() + "】");// 输出重复问题
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    private boolean isRepeatTree(TreeNode tnode1, TreeNode tnode2) {// 两棵树详细对比查重
        if (tnode1.getData().equals(tnode2.getData())) {// 当前节点相同
            if (tnode1.getLeftTreeNode() == null
                    && tnode2.getLeftTreeNode() == null) { // 两树均无下节点
                return true;
            }
            String l1, r1, l2, r2;
            l1 = Calculation.calculation(tnode1.getLeftTreeNode()).getData();
            r1 = Calculation.calculation(tnode1.getRightTreeNode()).getData();
            l2 = Calculation.calculation(tnode2.getLeftTreeNode()).getData();
            r2 = Calculation.calculation(tnode2.getRightTreeNode()).getData();
            if (!(l1.equals(r1) && l2.equals(r2) && l1.equals(l2))) {// 两个节点的左右节点计算值不全相同，非(a,a)和(a,a)这种组合
                if (l1.equals(l2) && r1.equals(r2)) { // 同一边的相同
                    return isRepeatTree(tnode1.getLeftTreeNode(),
                            tnode2.getLeftTreeNode())
                            && isRepeatTree(tnode1.getRightTreeNode(),
                                    tnode2.getRightTreeNode());
                } else if (l1.equals(r2) && r1.equals(l2)) { // 不同边的相同
                    return isRepeatTree(tnode1.getLeftTreeNode(),
                            tnode2.getRightTreeNode())
                            && isRepeatTree(tnode1.getRightTreeNode(),
                                    tnode2.getLeftTreeNode());
                }
                return false;// 不相同
            } else { // 像(2,2)和(2,2)这种组合
                return (isRepeatTree(tnode1.getLeftTreeNode(),
                        tnode2.getLeftTreeNode())
                        && isRepeatTree(tnode1.getRightTreeNode(),
                                tnode2.getRightTreeNode()) || isRepeatTree(
                        tnode1.getLeftTreeNode(), tnode2.getRightTreeNode())
                        && isRepeatTree(tnode1.getRightTreeNode(),
                                tnode2.getLeftTreeNode()));// 有一种完全匹配即可
            }
        } else {
            return false;
        }
    }

View Code

输出算式

//-------------------------------------
//功能：根据二叉树根节点输出算式
//-------------------------------------

public String toString() { // 中序遍历输出算式带括号
        String result = inorderTraversal(rootNode);
        return result;
    }

    private String inorderTraversal(TreeNode tnode) { // 中序遍历递归算法，默认左右节点同时存在或同时不存在
        if (tnode.getLeftTreeNode() != null && tnode.getRightTreeNode() != null) {
            return addBracketsL(tnode, tnode.getLeftTreeNode())
                    + tnode.getData()
                    + addBracketsR(tnode, tnode.getRightTreeNode());// addBrackets添加括号前会判断
        } else {
            return tnode.getData();
        }
    }

    private String addBracketsL(TreeNode f, TreeNode c) { // 递归路径:inorderTraversal->addBracketsL(或R)->inorderTraversal
        if ((f.getData() == "*" || f.getData() == "÷")
                && (c.getData() == "+" || c.getData() == "-")) {
            return "(" + inorderTraversal(c) + ")";
        } else {

            return inorderTraversal(c);
        }
    }

    private String addBracketsR(TreeNode f, TreeNode c) {
        if ((f.getData() == "*" || f.getData() == "÷")
                && (c.getData() == "+" || c.getData() == "-")) {
            return "(" + inorderTraversal(c) + ")";
        } else if (f.getData() == "-"
                && (c.getData() == "+" || c.getData() == "-")) { // 减号后面的加减号要加括号，如：1-(2+3)、1-(2-3)
            return "(" + inorderTraversal(c) + ")";
        } else if (f.getData() == "÷"
                && (c.getData() == "*" || c.getData() == "/")) { // 除号后面的乘除号要加括号，如：1÷(2x3)、1÷(2÷3)
            return "(" + inorderTraversal(c) + ")";
        } else {

            return inorderTraversal(c);
        }
    }