结对项目
作者：互联网
四则运算表达式生成器（python实现）
Github 合作人：陈锐填3118004998，何隽熙3118005000
一.题目：实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序（也可以用图像界面，具有相似功能）
二.说明：
自然数：0, 1, 2, …。
- 真分数：1/2, 1/3, 2/3, 1/4, 1’1/2, …。
- 运算符：+, −, ×, ÷。
- 括号：(, )。
- 等号：=。
- 分隔符：空格（用于四则运算符和等号前后）
- 算术表达式：
e = n | e1 + e2 | e1 − e2 | e1 × e2 | e1 ÷ e2 | (e),
其中e, e1和e2为表达式，n为自然数或真分数。
- 四则运算题目：e = ，其中e为算术表达式。
三.需求
1.使用 -n 参数控制生成题目的个数，例如
Myapp.exe -n 10
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.生成的题目中计算过程不能产生负数，也就是说算术表达式中如果存在形如e1− e2的子表达式，那么e1≥ e2。
4.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。
5.每道题目中出现的运算符个数不超过3个。
6.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。
7.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。
......
8.程序应能支持一万道题目的生成。
9.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，输入参数如下：
Myapp.exe -e <exercisefile>.txt -a <answerfile>.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)
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。
四.PSP表格
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估时间(分钟) | 实际耗时(分钟) |
| Planning | 计划 | 10 | 10 |
| -Estimate | -估计这个任务需要多少时间 | 600 | 1100 |
| Development | 开发 | 450 | 1000 |
| -Analysis | -需求分析（包括学习新技术） | 20 | 20 |
|
-Design Spec |
-生成设计文档 | 30 | 20 |
| -Design Review | -设计复审（和同事审核设计文档） | 20 | 10 |
| -Coding Standard | -代码规范（为目前得开发制定合适得规范） | 10 | 10 |
| -Design | -具体设计 | 30 | 140 |
| -Coding | -具体编码 | 190 | 600 |
| -Code Review | -代码复审 | 80 | 200 |
| -Test | -测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 70 | 50 |
| Reporting | 报告 | 50 | 100 |
| -Test Report | -测试报告 | 30 | 40 |
| -Size Measurement | -计算工作量 | 10 | 30 |
| -Postmortem & Process Improvement Plan | -事后总结，并提出过程改进计划 | 10 | 30 |
| 合计 | 510 | 1110 |
五.效能分析
通过pycharm上面的profile进行时间分析:(这是进行10000道题目生成的时间消耗)
当进行1000道题目的生成时候，发现查重的时间(is_equal方法)消耗减少了许多,所以把重点放在了查重方法的优化
六.设计实现过程
主要文件：
- main.py：进行其他函数的调用，选择命令行执行抑或gui图像界面
- szys.py：main方法主要调用的对象，进行表达式生成，计算表达式等方法
- cmpAnswer.py：进行正确答案与答案文件的比较，并将比较结果写入Grande.txt文件中
- getAnswer.py:获取文件的正确答案
- gui.py:打开图形处理界面
文件执行流程：
七.代码说明
1.生成表达式
def create_formula(self, i):
# 生成式子
formula = [self.create_number() if j % 2 == 1 else self.select('operation') for j in
range(1, self.select('operate_sum') + 1)]
#当第三条式子添加括号
if i % 3 == 0:
formula = add_bracket(formula)
formula2 = set(formula)
# 查重，当题目已有时重新调用create_formula()
if self.is_equal(formula2) is True:
self.create_formula(i)
else:
answer = self.get_answer(formula)
if answer < 0:
self.create_formula(i)
else:
self.answer[i] = answer
self.formula2.append(formula2)
self.formula[i] = formula
2.添加括号
def add_bracket(self,formula):
i = 0
for item in formula:
if item not in ['+','-','*','/',"'"]:
i += 1
expression = []
left = randint(0,int(i/2))
right = randint(left+1,int(i/2+1))
mark = 0
for item in formula:
if item in ['+','-','*','/',"'"]:
expression.append(item)
else:
mark += 1
if mark == left:
expression.append("(")
expression.append(item)
elif mark == right:
expression.append(item)
expression.append(")")
else:
expression.append(item)
return expression
3.文件写入
def store(self):
# 调用create()，写入文件Exercise.txt,Answers.txt
for i in range(1, self.total + 1):
self.create_formula(i)
with open('docs\\Answers.txt', 'a', encoding='utf-8') as f_o:
for i in range(1, self.total + 1):
f_o.write(str(i) + '. ' + str(self.answer[i]) + '\n')
i = 0
with open('docs\\Exercises.txt', 'a', encoding='utf-8') as f_n:
for formula in self.formula.values():
i = i + 1
f_n.write(str(i) + '. ')
for item in formula:
if type(item) is Fraction:
if item > 1:
num = item.numerator // item.denominator
item -= num
f_n.write("{}'{} ".format(num, item))
else:
f_n.write("{} ".format(item))
else:
f_n.write("{} ".format(item))
f_n.write("=\n")
4.图形界面
import tkinter
from tkinter import *
from tkinter import filedialog
import tkinter.messagebox
from szys import SZYS
from cmpAnswer import cmp
import time
class MyApp(tkinter.Frame):
"""
gui界面
"""
def __init__(self, master):
super().__init__(master=master)
self.frame = Frame(master)
label_total = Label( text = '请输入题目数目')
label_total.pack()
self.entry_total = Entry()
self.entry_total.pack()
label_max = Label(text = '请输入数字最大值')
label_max.pack()
self.entry_max = Entry()
self.entry_max.pack()
self.buttom = Button(text='确定', command=self.input_sum)
self.buttom.pack()
self.pack()
#校验答案
self.buttom = Button(text='请选择题目文件', command=self.open_file1)
self.buttom.pack()
self.name1 = tkinter.Variable()
self.entry = tkinter.Entry( textvariable=self.name1)
self.entry.pack()
self.buttom = Button(text='请选择答案文件', command=self.open_file2)
self.buttom.pack()
self.name2 = tkinter.Variable()
self.entry = tkinter.Entry( textvariable=self.name2)
self.entry.pack()
self.buttom = Button(text='校验', command=self.examing)
self.buttom.pack()
self.pack()
def input_sum(self):
total = self.entry_total.get()
max_num = self.entry_max.get()
tkinter.messagebox.showinfo('提示','生成中，请耐心等待')
s = SZYS(int(total), int(max_num))
s.store()
tkinter.messagebox.showinfo('提示','生成成功')
def open_file1(self):
# 获取文件名
self.file_name1 = filedialog.askopenfilename()
self.name1.set(self.file_name1.split(r'/')[-1])
def open_file2(self):
# 获取文件名
self.file_name2 = filedialog.askopenfilename()
self.name2.set(self.file_name2.split(r'/')[-1])
def examing(self):
cmp(self.file_name1,self.file_name2,'docs\\Grande.txt')
tkinter.messagebox.showinfo('提示','校验成功，请查看文件Grande.txt')
def window():
windows = Tk()
windows.title("四则运算生成器")
windows.geometry('400x400')
welcome = Label(text='欢迎使用', fg='red', font=('Arial', 20))
welcome.pack()
myapp = MyApp(windows)
windows.mainloop()
八.测试运行
1.命令行形式运行，生成题目以及答案
将答案稍作修改进行检验：
得到错误的题号以及错误的答案，并将正确答案返回，最后写入Grande.txt内
2.调用GUI图形界面进行处理
校检
九.项目小结
何隽熙：在这次结对项目中，我主要负责对表达式的计算和校检，期间遇到了一些困难，比如在带分数的处理以及括号计算的处理上，总是会出现像类型不匹配的bug。后来在给锐镇大佬检查了一下之后，发现读入存在问题。最终在两人的合作中比较顺利的完成了这次项目。不得不说，两人合作完成一个项目是要比一个人完成高效许多，并且也容易找出自己的问题，可以填补自己的漏洞，同时阅读对方的代码，也能够学习对方编码的优点。
陈锐填：我负责写式子的生成，还有计算，gui界面。在这遇到不少困难，通过与何隽熙大佬沟通，解决了不少bug，还有查重方法，一开始使用了算法复杂度为O(n2),导致生成10000道题目时间达到26s，最终沟通交流决定将式子存储为集合（背包），通过判定背包里元素是否相同粗略判断式子是否相同，而括号一开始我没打算加，因为判定使用场景较为困难，后来隽熙大佬说需求有，不是选做内容，想了想，确实，需求要求还是得完成，在重写生成式子，及计算答案的方法的过程中意外发现eval（）函数去除引号后，能计算式子的内容，但又引出结果是小数的问题，解决问题的过程很有趣，但同时我也发现了自身知识面太窄等问题，对算法内容等掌握不足，应该多向大佬学习。
标签：10,结对,题目,项目,self,item,formula,pack 来源： https://www.cnblogs.com/imenist/p/12697552.html