实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序

1.github地址https://github.com/foolishkylin/practice/tree/master/SimpleCompute

2.PSP表格

PSP2.1 Personal Software Process Stages 预估耗时(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 10 10
Development 开发 500 450
·Analysis ·需求分析(包括学习新技术) 60 70
·Design Spec ·生成设计文档 10 10
·Design Review ·设计复审(和同事审核设计文档) 10 10
·Coding Standard ·代码规范(为目前的开发设计合适的代码规范) 10 10
·Design ·具体设计 50 30
·Coding ·具体编码 310 260
·Code Review ·代码复审 20 20
·Tset ·测试(自我测试,修改代码,提交修改) 30 40
Reporting 报告 90 80
·Test Report ·测试报告 30 30
·Size Measurement ·计算工作量 30 30
· Postmortem & Process Improvement Plan ·事后总结,并提出过程修改计划 30 20
合计   600 540

3.需求分析

对题目分析可知,这次的作业是一个拓展分数的计算器,并且附加一些限制条件。

作业的核心部分是计数器,这部分可以经由数据结构-栈来实现,具体的思路和实现方法比较复杂,网上也有比较多的教程,此处不表。

而分数的部分,我们大致有三种思路,一种是把分数转化为小数进行计算,然后再输出结果为分数,这种思路要注意计算机本身的浮点数误差,要设法解决这个问题;二是在计算过程中,把运算数转化为同一分母下的分数进行运算,这种思路需要自己设计分数的结构,具体实现在网上已有许多参考资料;三是调用分数计算库,由于我们不重复造轮子,故采用了第三种思路。

对于附加条件部分:

- 计算过程中不能产生分数:在计算器运算过程中,遇到负数就退出;
- 结果为真分数:由于生成题目中的分数需处理为真分数,所以这里对结果进行相同的处理即可;
- 运算符不超过3个:我们通过限制运算数不超过4个来实现;
- 题目不能重复:这部分内容比较复杂,我们通过控制答案不重复来实现。

4.设计思路

拿到问题后,将问题切割成一个个微小的单元(运算数、运算符),再对单元进行处理(分数化),最后把单元再组合成格式化的表达式,交给表达式计算函数进行运算。

5.项目设计图

实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序_第1张图片

6.代码
此处仅列出关键的分数转化代码,更多代码请移步GitHub浏览。
def compute_equation(equation):
    """

    :param equation: the str of equation such as '1 + 2 ='
    :return: the answer of equation in str fomat
    """
    lequation = equation.split(' ')
    for it in range(len(lequation)):
        # fomat the equation to eval()
        etype = elem_type_judge(lequation[it])
        if etype is 'f':
            if '`' in lequation[it]:
                tnum, frac = lequation[it].split('`')
                lequation[it]= '({} + fractions.Fraction(\'{}\'))'.format(tnum, frac) # 将假分数转化为真分数
            else:
                lequation[it] = 'fractions.Fraction(\'{}\')'.format(lequation[it])
        if etype is 'n':
            # 把自然数转化为分数
            lequation[it] = 'fractions.Fraction(\'{}\')'.format(lequation[it])
        elif etype is 'o': 
            if lequation[it] is '÷':
                lequation[it] = '/'
            if lequation[it] is '×':
                lequation[it] = '*'
        elif etype is 'e':
            lequation[it] = ''
    fequation = ''.join(lequation)
    try:
        result = eval(fequation) # 调用计算函数
        if result < 0:
            return '-1'
        else:
            return FfractoTfrac(result) # 将结果转化为真分数
    except ValueError: 
        print('the equation is wrong')
        return -1

7.回归测试

(1)测试思路是随机生成问题,我们随机取样进行人工校对。

1`3/10 × 5 + 1 + 3`1/5 = 10`7/10
2`4/5 × 5 - 3`2/5 - 6 = 4`3/5
2`3/5 ÷ 2`1/10 × 5 + 7 = 13`4/21
1 + 2`2/5 = 3`2/5
1`1/2 × 8 - 3`1/2 - 4 = 4`1/2
1 + 7/10 = 1`7/10
2 + 6 + 3`2/5 + 1`1/5 = 12`3/5
1 + 3`3/10 = 4`3/10
9 + 1`3/10 = 10`3/10
5 + 1`1/5 = 6`1/5

以上是随机抽取的10个问题,不难看出都是正确的。

(2)生成问题时的覆盖率:75%

 

(3)进行问题校对时的覆盖率:59%

实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序_第2张图片

 

8.性能测试

通过逐行分析可得如图所示:

实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序_第3张图片

(生成题目时的性能分析)

实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序_第4张图片

(进行校对时的性能分析)

可以看到最耗时的部分是生成题目的函数`generate_to_file`,其中涉及到较多的文件IO。

9.内存消耗分析

实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序_第5张图片

可以看出程序在执行过程中的内存消耗稳定,在27MB上下波动。

10.项目小结

辜仰淦:

第一次尝试结对合作,收获颇多,这次结对项目我们首先进行了开会讨论,研究项目的细节与大致的框架,确定方向,认真研究分析了需求,讨论了很多的方案。

在开发的过程中,我们积极交流,将遇到的问题与困难及时向对方反馈,认真聆听对方的意见,将我们各自的进度在做项目的时候总结汇报。以前在一个人开发时候总会遇到各种问题,而在结对项目中我们互相支持与鼓励,有问题一起分担,一起解决。如此种种让我体会到了队友的力量。

 

冯荣新:

我也是第一次和别人合作,通过这次合作,我对”众人拾柴火焰高“这句话有了更加深刻的理解,尤其是在讨论如何避免题目重复时,更是让我了解到软件工程这门课程的意义。在开发过程中,我们还要商讨函数里的参数问题,明白了统一的参数命名规则的意义,若没统一的命名规则,就有可能产生许多不必要的问题。

 

                                                                                                              合作组合:辜仰淦    冯荣新

 

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