20200924-5 四则运算试题生成，结对

2023-12-29 07:53:28

此作业要求参见：https://edu.cnblogs.com/campus/nenu/2020Fall/homework/11245

结对伙伴：花名（朱航序）

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国庆节你去探望初中数学老师，她感叹你当年真是个优秀学生啊，从来不报怨作业多，然后关切地问，“你现在学啥呢？”你说学计算机呢，她要求你举个例子证明你学的知识有用。你的回答她一直不懂。

你回家后连夜编了个程序，展示你的水平。程序准备帮助她给初中生出四则运算题目，学生答题后，自动判断对错。你第二天去找老师献宝。

功能1. 四则运算

支持出题4个数的四则运算题目，所有题目要求作者有能力正确回答 (提示:1/3 != 0.33333333333333333333333333333333，而是无限长)。

为了快出成果，你快速造个控制台的版本，包括以后改版成更优秀界面的核心功能，并考虑到扩展。

你在老师面前作如下表演 (数字你用excel验算过了，UI的卖萌部分你还没有想好) 。

> f4
1+2*3+4=
?11
答对啦，你真是个天才!
1+2*3+5=
?11
再想想吧，答案似乎是12喔!
1+2/4-5=
?-3.5
答对啦，你真是个天才!
...(一共20道题)

你一共答对4道题，共20道题。

功能2. 支持括号

老师看了你的表演，大大赞赏了你。然后她说，"你的题库里怎么都是没有括号的题呢，我记得你当初括号就掌握得不好啊。"你的脸红了，对老师说，"给我2个小时时间，我给你一个新版本，有括号的。"

你拿出笔记本，偷偷微信你们《构建之法》班的学霸，她说肯定能行，但是细节信号不好你听不清，只捕捉到隐约几个词"逆波兰""后缀表达式""堆栈""我看好你""数据结构"。

两小时后，在老师面前你在控制台下输入f4，然后回车。

> f4
1+2*(3+4)=
?15
答对啦，你真是个天才!
(1+2)*3+5=
?11
再想想吧，答案似乎是14喔!
((1/2)-4)*5=
?-17.5
答对啦，你真是个天才!
...(一共20道题)

你一共答对4道题，共20道题。

功能3. 限定题目数量，"精美"打印输出，避免重复

"就这点儿题，像你当年做得那么快，一会儿就完成啦!"老师说，"另外，我想打印出来，上课也不能带台机器。又另外，你把答案也打出来呗，我把答案剪掉，题目给学生做。"

一看需求这么多，你生怕她会说，"这都是很简单的功能，你一定能完成吧"。你知道如果承诺今晚，明早交工的时候她一定想出了更多可怕的需求，你赶紧说，"老师我现在就做。"

你忘记怎么调用打印机了，就把答案与题目横向对齐，输出在文件的右边。告诉老师txt文件可以用WORD打开，也能打印。她满意而意味深长地笑了，表示同意。

你输入命令执行的时候，脑袋比手指头还疼。

>f4 -c 3
1+2*(3+4)=                     15
(1+2)*3+5=                     14
((1/2)-4)*5=                   17.5

你指着屏幕对老师说，">"是提示符，实际运行时可能是"C:\Users\Young>"，"f4"是程序的名字，它真正的名字是"f4.exe"，"-c 3"是命令行参数。按下回车，此时程序开始执行。"-c"这个参数后面输入多少，就生成多少题目。老师输入

>f4 -c -200
题目数量必须是 正整数。
>f4 -c 3.5
题目数量必须是 正整数。
>f4 -c test
题目数量必须是 正整数。

老师欣慰的笑了。你怔怔地看着她，心下怀疑她真的是教初中数学的那位么。

老师在你的指导下试用了一下，打印出来的题目堪称精美。老师让你做一次试试看能得多少分。你不敢借口四则运算忘光了，只好提起笑来开始答。刚做一半，你发现有几道题目是相同的，心中暗骂随机数不靠谱。又有几道虽然不完全相同，但是可以通过交换律、结合律、分配律变换为同一道题。比如

1*2+3*2
2*(1+3)+0

你暗叫惭愧，说有个小错误修正一下，调试了半晌，终于解决。

功能4. 支持分数出题和运算

国庆节后，你终于又回到美丽优雅并且正常的东北师范大学净月校区，在去食堂的路上偶遇你心目中的女神 (或男神，请自行替换)。她说，"哎呀，这跟我们《构建之法》课上的题目要求一样啊，真是巧合。"

"不要客气，代码拿去!反正我也没用。"你说，"如果有需求变更或扩展，尽管找我。"

你伏笔埋得不错。女神马上说，"对啊，有一点儿点儿不一样，你午饭时间加加班帮我改出来吧。"

她的题目还要求支持分数运算，你不禁想到了功能1中你特意规避了一些题目不出。她想要的是下面的样子:

>f4 -c 3
1/3+2/3+1+1=                   3
1/2+2/3+1+2=                   4 1/6
7/5+3/4*2-3                    -1/10

你想到越难的题目就越能表现你的能力，欣然应允了，转身跑向实验室，路上就开始给师兄打电话。背后传来女神的声音，"提示1:别忘了约分。提示2:带分数，即一又二分之一表示 1 1/2。"

完成这个功能，女神对你的青睐+200。

这个题目太难了，接电话的师兄说他一点思路也没有。你提出有好酒肉一顿，他幽幽地说，又回忆起点什么，传说去年还是前年有位姓张的大神完成了，如果你求助于他或他的博客 (但不是抄袭，而是学习后独立实现) ，请主动说明，女神的青睐改为+150。他还回忆道，有本神书缩写名为SICP，中文名《计算机程序的构造和解释》第2.1.1节实例:有理数算术运算，就是以此为例，不过，是scheme语言的，他也没有听说过。参考此书，请主动说明，女神的青睐改为+180。

(在你的心中，女神的要求并不像昔日的老师那么重要。此题选作，不完成此题不倒扣分。)

功能5 未来

还有可能把程序改造成GUI版，把程序改造为web版，把程序移植为android/ios版。今天留好接口，明天就不发愁。 (0分)

要求1 参考《构建之法》第4章两人合作，结对编程上述功能，要求每人发布随笔1篇 (代码是共同完成的，随笔有以下两种方式：(①允许两人写一份，得一份分数，二人均分；②如果每人写一份，内容不得抄袭，体会需要是自己的，分别得到自己博客的分数)。 (1) 给出每个功能的重点、难点、编程收获。(2)给出结对编程的体会，以及 (3) 至少5项在编码、争论、复审等活动中花费时间较长，给你较大收获的事件。 (10分)

要求2 给出结对开发的截图证据，要求截图能够证明你们是在结对编程。 (5分)

要求3 使用coding.net做版本控制。checkin 前要求清理临时文件、可执行程序，通常执行 build-clean可以达到效果。（25分）

虽然只有5分，但此题如果做错，因为教师得不到你的代码，所以会导致“功能实现”为负分。
代码要求在 coding.net 做版本控制。要求push&pull时使用git客户端，不允许使用web页面。
要求频繁checkin。要求在PSP中记录的每次离开键盘30分钟以上，需要checkin。如果你持续长达4小时不离开键盘，教师要求展示此项能力。量化的可考核的指标要求: 每个功能，要求有4次以上 checkin，展示(1)逐步实现功能和(2)修复bug时的过程; 每次checkin都要求可以成功编译。
推荐git客户端tortoisgit。

题目要求随机生成4个数的带括号的四则运算，并计算其结果。我们没有采用常用的逆波兰表达式来计算，而是采用深度为2的满二叉树来生成和计算四则运算。

二叉树的叶子结点存储数字，父节点用来存储运算符。中序遍历的结果（1*2+3/4）就是四则运算的式子。当父节点返回的时候对运算式进行计算。

父节点返回的时候将左右括号带上，这样四则运算就带括号了。

生成四则运算主要代码：

public void createBTree() {
    TreeNode lchild, rchild, lnode, rnode;
    if (num == 1) {
        lchild = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getNumber(10)), null, null);
        rchild = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getNumber(10)), null, null);
        root = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getOperator()), lchild, rchild);
    } else {
        int num1 = 0;
        int n = getDeep() - 3;
        boolean[] place = Utils.getChildPlace(num);
        root = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getOperator()), null, null);
        opeList.add(root);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            for (int j = 0; j < (int) Math.pow(2, i); j++, num1++) {
                lchild = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getOperator()), null, null);
                rchild = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getOperator()), null, null);
                opeList.get(j + num1).setChild(lchild, rchild);
                opeList.add(lchild);
                opeList.add(rchild);
            }
        }
        for (int i = 0; i < place.length; i++) {
            if (place[i]) {
                lnode = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getNumber(10)), null, null);
                rnode = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getNumber(10)), null, null);
                if (i % 2 == 0) {
                    lchild = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getOperator()), lnode, rnode);
                    opeList.add(lchild);
                    opeList.get(num1).setLchild(lchild);
                } else {
                    rchild = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getOperator()), lnode, rnode);
                    opeList.add(rchild);
                    opeList.get(num1).setRchild(rchild);
                }
            } else {
                if (i % 2 == 0) {
                    lchild = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getNumber(10)), null, null);
                    opeList.get(num1).setLchild(lchild);
                } else {
                    rchild = new TreeNode(String.valueOf(Utils.getNumber(10)), null, null);
                    opeList.get(num1).setRchild(rchild);
                }
            }
            num1 = num1 + i % 2;
        }
    }
}

计算主要代码：

public String getResult() {
    if (hasChild()) {
        switch (str) {
            case "+":
                return String.valueOf(Integer.parseInt(getLchild().getResult()) + Integer.parseInt(getRchild().getResult()));
            case "-":
                return String.valueOf(Integer.parseInt(getLchild().getResult()) - Integer.parseInt(getRchild().getResult()));
            case "*":
                return String.valueOf(Integer.parseInt(getLchild().getResult()) * Integer.parseInt(getRchild().getResult()));
            case "/":
                if (getRchild().getResult().equals("0")) {
                    while (str.equals("/")) {
                        str = String.valueOf(Utils.getOperator());
                    }
                    return this.getResult();
                } else if (Integer.parseInt(getLchild().getResult()) % Integer.parseInt(getRchild().getResult()) != 0) {
                    while (str.equals("/")) {
                        str = String.valueOf(Utils.getOperator());
                    }
                    return this.getResult();
                } else
                    return String.valueOf(Integer.parseInt(getLchild().getResult()) / Integer.parseInt(getRchild().getResult()));
        }
    }
    return str;
}

功能一和功能二运行截图：

功能三运行截图：

功能一难点：二叉树的生成和父节点的运算

功能二的难点：中序遍历二叉树，返回父节点是带上左右括号

功能三难点：对命令行参数进行判断，文件格式化输出

编程收获：复习了二叉树的知识点，复习了文件格式化输出，对面对对象编程有了更深的理解

结对编程体会：

编程思路：1+1>2，两个人一起想问题比一个人快很多
两个人找bug效率很高，更容易找到对方写的bug
思想碰撞使人进步，以后要多进行技术上的交流

码农公寓