【教学类-06】20220119 VS python 20以内加减法（不重复）

背景需求——幼小衔接适应

疫情危机，孩子们哪里也不敢去。为了丰富幼儿的寒假生活。搭档程老师想给孩子布置一些打卡任务，运动、绘画、写字等，她找到网上一份20以内的加减法7页纸的题目想发给家长打印，但无法下载（收费 ）。我想既然我会一点python，自己批量一些题应该不难吧。

出现问题——批量加减法有重复

加减法练习，包括了前书写（名字、日期）和思维练习（数字、计算），有助于大班孩子们感知一年级的题型样式，逐步适应小学数学模式。因此我尝试拷贝、修改以前下载的加减法python代码，顺利完成了Word模板的填写。但是，前期孩子们说“有题目是一样的”的现象非常明显(相同的题目相邻出现） ——本次批量了360题，用Excel查找重复值后，只留下了215条不重复的，41%的题目都是重复的。为了删除重复题，又费了不少时间。

解决途径——求教IT高手

IT网管员马先生提供了技术支持，经过三轮测试，制作了一个代码行数较少的“20以内加减法不重复”的代码，测试后的确实现了预期需求

一、代码(简易版)

# -*- coding: utf-8 -*-  
""" 
@author: 马清新
@file: 马清新注释版 不重复的20以内加减法（最多190题）.py
@time: 2022/1/19 8:42 
"""

import random

# regList用于存储合规的加减法表达式（正确列式）
regList = []
# answer用于存储合规的加减法表达式（正确答案）
answer = []
maxNum = int(input('请输入加法和最大值（10以内 20以内'))#输入最大值
regnum = int(input('请输入出题数量（20以内取值范围小于等于190题）'))#输入题目数量

# 加减法 
i = regnum  # i=出题数量  循环记数使用
while i > 0:  #当数量大于0,执行
     try:  #try……except含义：try没有异常时，处理器不执行， 
        # regStr = '' #把整数算式转换成字符串使用的，初始情况下让它为空比较保险
        # 随机 要求和值范围内的 随机数
        a = random.randint(1,maxNum)
        # 随机 要求和值范围内的随机数，要求两随机数和不得大于maxNum
        b = random.randint(1,(maxNum-a))
        # 比较两各随机数大小，如ab则使用减法，c是记录加减法的答案
        if a <= b: #如果第1个数小于等于第2个数
            c= a + b  #第3个数=第1个数+第2个数
            # 将加减法表达式转换为字符串模式 str 
            regStr = str(f'{a} + {b} ={c}')
            # 将加减法表达式含答案转换为字符串模式
            answerStr = str(f'{a} + {b} = ')#打印结果“第1个数+第2个数” answer是要被打印的，所以C为空
        else:
            c = a - b #如果第3个数=第1个数-第2个数（如果第1个数大于第2个数）
            regStr = str(f'{a} - {b} ={c}')
            answerStr = str(f'{a} - {b} = ')#打印结果“第1个数-第2个数”
        # 利用if not in 去重，符合去重条件的保存，不符合的从头执行。
        if regStr not in regList:#如果整数转字符串的题目 不在regList的列表内
            # append 是列表的方法，是在列表的结尾添加新的元素，元素就是咱们符合要求的算式
            regList.append(regStr)#regList是不含答案的列表，每次出题学生得到的是没答案的算式。
            answer.append(answerStr)#这个是带了答案的符合要求算式的列表，老师手上的是有答案的，本题教师需要的没有答案的，所以C为空。
            # regList和answer都是空列表，为存放找到算式预留的，
            # 两个唯一的区别就是一个有答案给老师answerStr，一个没答案给学生regStr
            i -= 1 #找到了符合要求的算式，见19行题目数 需要减掉1，因为i的初始值是需要得到算式的数量，每找到一个就减一个，直到0
        else:
            continue
        
        
     # 随机过程中可能会出现随机数报错
     # 例如 a随机为19，b的随机范围变成rangeint（1,1）这种情况系统会报错，需要进行处理
     except ValueError:  # try……except含义：try有异常时， 执行except搜索异常处理器，找异常声明，没有找到，异常被保存。
         # 打印错误 打印ValueError的字样
         print(ValueError)
         # 继续从头执行程序
         continue

        
# 打印带答案的算术加减法
for _ in answer :#最后得到的符合不重复算式的列表answer，
    print(_) #print(_)循环打印出来验证一下
# 确认加减法出题量 验证列表的长度，验证一下总共是否与需求的算式数量一致NUM
print(len(answer))

# 这里的_是一种省略变量的方法，就是系统随便分配一个变量，用完就回收了，免得再定义一个了 可以用i 或者j这些变量去代替。这里的_是一种省略变量的方法，就是系统随便分配一个变量，用完就回收了，免得再定义一个了 可以用i 或者j这些变量去代替。


# 1月19日版本
# 保存为TXT文件（在默认打开文件夹下，手动拷贝到Word里
#str_title = '2.txt' # 保存文件名
#with open('2.txt','w') as f:#  打开TXT文件
#    for a in answer:#  #循环查找答案的内容
#        f.write(str(a)+'\n')# 写入答案内容并回车
#f.close()# #关闭TXT

# 2月4日版本 保存带数字提示的题目，如5以内加减法题（8题） 但是输入的题目超过最大不重复的题目数量后，就会报错，所以这段代码废弃。
str_title = '%d以内的加减法题（共%d题）.txt' % (maxNum, len(answer)) # 保存带数字提示的题目
with open(str_title,'w') as f:#  打开TXT文件
    for a in answer:#  #循环查找答案的内容
        f.write(str(a)+'\n')# 写入答案内容并回车
f.close()# #关闭TXT


 

作者后续优化思路：

     第一次设计的程序，是用足够多的异常强逼出最后不重复的算式小，要的和小还行，超过100效率就低了。所以20以内题目超过190题就报错，我想了好一阵如何去除报错问题。 

    昨天那个代码，把数字和加减法都用随机的方式生成，目的是保证生成足够多的算式就可以。想去掉重复，最好是做题库，然后随机索引去抽题，可以分开加减法。其实不用random做，问题也许更简单，那个重复1000次报错，其实就是算法本身缺陷造成的。今天我利用随机数比大小去做去重，但是发现这个只是正常的操作方法，算法上有漏洞，   

   拿20以内的加减法来说，去掉减法答案为0的题，算法如下，建立一个整数列表 范围 0至19，这样可以保证列表索引和列表元素一致.

    然后设置双层循环次数，第一层从索引1开始，到索引20/2，底层索引刚从1到20-1（1用i，做变量），这样每个循环得到一个加法算式和减法算式成对出现，这样当顶层循环到20/2的位置的时候，所有非重复的算式加减法都出来了

   可以根据自己的需要建立加法算式列表和减法算式列表，当需要抽题的时候，直接random一下就可以了。这样就不存在异常的情况了

最终版算法，合格靠谱了，算是正轨算法吧（加了最大不重复算式统计值）

一、代码(正式版 以此为准)

# -*- coding: utf-8 -*-  
""" 
@author: 马清新
@file: 马清新 20以内加减法（最大不重复算式值）.py
@time: 2022/1/20 20:15

# 特别说明
1.根据预测试：10以内不重复132题，20以内不重复的462，50以内2652 100以内10302
样式1：如果20以内的题目数量输入了1000题，但它最终只会出现380题（共生成不重复380，最大不重复380）
样式2：如果50以内输入1000题，它最终会出现1000题（共生成不重复1000），但实际最多可以出现的1824题（最大不重复2450）

2.本次的最大值和题数可以无限大，但是考虑到电脑算力和生成时长，建议不要超过1000以内（999000题).

3.X以内 两个数加减法（X+Y= X-Y= )的最大不重复题目数量:	
X以内	加法题	减法题	加减法乱序题	排除答案0
  5	   21	  21	  42	       36
 10	   66	  66	  132	       121
 20	   231	  231	  462	       441
 50	   1326	  1326	  2652	       2601
100	   5151	  5151	  10302	       10201
"""

import random

sumMax = int(input('请输入算式最大和：'))
regNum = int(input('请输入需要生成算式的数量：'))
# 生成1个列表，列表从0开始，到算术最大和结束，因为range函数包左不包右，因此如果要包括算式最大和，必须+1
# range函数从0开始，这样列表元素和列表索引一致，减轻算法的难度
numList = [x for x in range(0,sumMax+1)]
# resultList列表用于保存最后最大数量的合规算术式
resultList = []
for x in numList[0:]:
    # 从列表第x个元素开始到列表最后一个元素进行循环遍历
    for y in numList[x:]:
        # 加和减 列表元素开始时存在两个元素相等的情况，由于加法交换律会产生重复，所以单独进行区分
        if (x == y) and (x + y <= sumMax)and (y != 0): # X或Y两者一个或者两个都不能0。没有0+0，0-0
            tempStr = str(x) + ' + ' + str(y) + ' = '
            resultList.append((tempStr, (x+y)))
            tempStr = str(x) + ' - ' + str(y) + ' = '
            resultList.append((tempStr, (x-y)))
         #加和减 查找 x + y < 算式最大和的加减法，此处考虑加法交换律，减法中去除了相减为0的情况，因为此处y>x
        elif x + y <= sumMax and (y != 0):# 第一位或者第二位都不为0，也就是没有
            tempStr = str(x) + ' + ' + str(y) + ' = '
            resultList.append((tempStr, (x+y)))
            tempStr = str(y) + ' + ' + str(x) + ' = '
            resultList.append((tempStr, (x+y)))
            tempStr = str(y) + ' - ' + str(x) + ' = '
            resultList.append((tempStr, (y-x)))
        # 考虑循环后期，x+y会打印算式要求的最大和，但是减法符合算式要求，处于严谨的考虑没有使用else
        # 减法 此处可以考虑直接使用else
        elif y - x >= 0 and y != 0: # y可能等于x ,答案为0，但没有0-0
            tempStr = str(y) + ' - ' + str(x) + ' = '
            resultList.append((tempStr, (y-x)))
        elif y - x == 0 :#等数 相加 相减等于0,不需要的话，此段注释掉
            tempStr = str(y) + ' + ' + str(x) + ' = '#减法类型3 y-x=0   
            resultList.append((tempStr, (y+x)))# 带答案的题目，如0+0=0，
            tempStr = str(y) + ' - ' + str(x) + ' = '#减法类型3 y-x=0   
            resultList.append((tempStr, (y-x)))# 带答案的题目，如0-0=0，

# 建立最终符合最终要求的算式列表9
selectList = []
if regNum > len(resultList):#输入题数大于实际需求，就用shuffle洗牌，
    print(f'您的需求大于最大算式生成数量！最大生成算式数量为{len(resultList)}')
    i = len(resultList)
    for _ in resultList:
        selectList.append(_)
    random.shuffle(selectList)    #shuffle 洗牌算法，把列表所有元素打乱，随机排列
    for _ in selectList:
        # 可选打印带答案的和不带答案啊
        print(_[0])# 不带答案
        # print(f'{_[0]}{_[1]}')# 带答案
else:#输入题数小于实际需求，代码自动随机抽取，不会排序，
    i = regNum
    selectList = random.sample(resultList,i)
    for _ in selectList:
        # 可选打印带答案的和不带答案啊
        print(_[0])# 不带答案
        # print(f'{_[0]}{_[1]}')# 带答案

# 验证生成算式数量
print(f'共生成不重复的算式{len(selectList)}')
print(f'最大不重复的算式{len(resultList)}')

# 保存为TXT文件（在默认打开文件夹下，手动拷贝到Word里1
# str_title = '2.txt' # 保存文件名60
# with open('2.txt','w') as f:#  打开TXT文件
#     for a in selectList:#  #循环查找答案的内容8
#         # f.write(str(a[0])+'\n')# 写入答案内容并回车 a[0]没有答案 
#         f.write(str(a[0])+'\n')#写入答案内容并回车 a[1]有答案
# f.close()# #关闭TXT、

# 2月4日修改TXT文件名称
str_title = '%d以内的加减法题（共%d题）.txt' % (sumMax, len(resultList)) # 保存带数字提示的题目
with open(str_title,'w') as f:#  打开TXT文件
    for a in selectList:#  #循环查找答案的内容
        f.write(str(a[0])+'\n')# 不带答案
        # f.write(str(a[1])+'\n')#只有答案
        # f.write(str(a[0])+str(a[1])+'\n')#有题目有答案  TXT里面是题目+答案，终端显示题目 无答案，因为上面选了（0）
f.close()# #关闭TXT

二、代码运行

（一 ）运行 

（二）运行 第一个问题，输入“X以内加减法”中的X数字20

 （三）运行第二个问题输入任意数字

 （四）VS界面结果

  （五）TXT结果

 打印模板——Word打印模板制作（后期尝试能直接生成Word模板，现在先手动）

1、题目样张

 2、统一抬头（在页眉里设置）

  3、作业页码（插入页码）

   4、把TXT的数字批量拷贝到Word里

   5、制作四列分栏

 

 

   6、字体变大

 7、添加外框

8、462题可以布满15张差一些

教学反思——抓牢基础，万变不离

感谢马先生写的代码，解决了我在批量加减法题中的题目重复问题，从实际需求中去学习如何解读代码内容，让记忆中的基础知识被唤醒，真正地理解其实用性。从直观效果中加深记忆和理解。鸣谢大师！

这是阿夏第7个实际运用到幼儿园教学中的Python自动化案例（教学类-06)，希望能通过借鉴、实验、修改，将Python运用到幼儿园办公工作和幼儿教学中，提高工作效率，推动幼儿个性化学习和层次性学习成效。