java小学生四则运算练习

软件工程导论第一次个人作业！

0.0项目基本任务

使用JAVA编程语言，独立完成一个3到5个运算符的四则运算练习的软件。
软件基本功能要求如下：

• 程序可接收一个输入参数n，然后随机产生n道加减乘除（分别使用符号±÷来表示）练习题，每个数字在 0 和 100 之间，运算符在3个到5个之间。
• 每个练习题至少要包含2种运算符。同时，由于小学生没有分数与负数的概念，你所出的练习题在运算过程中不得出现负数与非整数，比如不能出 3÷5+2=2.6，2-5+10=7等算式。
• 练习题生成好后，将你的学号与生成的n道练习题及其对应的正确答案输出到文件“result.txt”中，不要输出额外信息，文件目录与程序目录一致。
• 当程序接收的参数为4时，以下为一个输出文件示例。
2018010203
13+17-1=29
1115-5=160
3+10+4-16=1
15÷5+3-2=4
软件附加功能要求如下：(请有余力的同学完成)
• 支持有括号的运算式，包括出题与求解正确答案。注意，算式中存在的括号数必须大于2对，且不得超过运算符的个数。
• 扩展程序功能支持真分数的出题与运算（只需要涵盖加减法即可），例如：1/6 + 1/8 + 2/3= 23/24。注意在实现本功能时，需支持运算时分数的自动化简，比如 1/2+1/6=2/3，而非4/6，且计算过程中与结果都须为真分数。

1.0我的整体思路和基本模块：
在百度了一些博客之后，我基本确定了思路：
1.用两个数组结合来生成运算式中的数字和运算符，并按照一定格式插入左右括号；
2.运用逆波兰算法将中缀表达式转换为后缀表达式，并使用栈对后缀表达式进行计算，并在运算过程中判断排除负数和小数中间结果的出现；
3.最后在Main函数中将结果输出到指定文件；

2.0我的学习和开发过程：
阶段一：
首先我参考了这篇博客，开始大概懂了几个方法后开始编码，还对这篇的方法和整体思路特别有自信，觉得弄懂他的方法就完成了，后来发现是我太天真了，在测试的时候有很多问题。在一边编码的时候由于没有从总体上理解清楚后再下手，使得开发效率低，花多时间调试，浪费很多时间，表达式生成后运算符和括号位置混乱并且没有结果，最后决定另寻他路。
(https://www.cnblogs.com/Fuenli/p/8605497.html)
阶段二：
由于自身java基础很差，我花了很多时间研究别人的博客，而且第一阶段的开发又浪费很时间，所以这时距离交作业很近了，我就想赶紧再找一个思路相近的再学习学习，于是根据上课时老师的推荐找到了这个学姐的代码：(https://coding.net/u/wanghz499/p/2016012032week2-2/git/tree/master/src)

其中我没有实现"ProperFraction()",其余思路类似:

很巧妙地产生运算式：

//相当于固定了运算式的运算符位置，即格式固定
     switch (operatorCount){
            case 3:{
                if(choose==0){
                    s=num[0]+operator[index[0]]+"("+"("+num[1]+operator[index[1]]+num[2]+")"+operator[index[2]]+num[3]+")";//1+((2×3)-4)型
                }else s="("+num[0]+operator[index[0]]+num[1]+")"+operator[index[1]]+"("+num[2]+operator[index[2]]+num[3]+")";//(1+2)×(3+4)型
                break;
            }

            case 4:{
                if(choose==0){
                    s="("+num[0]+operator[index[0]]+num[1]+")"+operator[index[1]]+num[4]+operator[index[3]]+"("+num[2]+operator[index[2]]+num[3]+")";//(1+2)×3÷(4-1)型
                }else s=num[4]+operator[index[3]]+"("+num[0]+operator[index[0]]+num[1]+")"+operator[index[1]]+"("+num[2]+operator[index[2]]+num[3]+")";//3×(1+2)+(4÷2)型
                break;
            }

            case 5:{
                if(choose==0){
                    s="("+num[0]+operator[index[0]]+num[1]+operator[index[4]]+num[5]+")"+operator[index[1]]+"("+num[4]+operator[index[3]]+num[2]+")"+operator[index[2]]+num[3];//(6+2×3)-(1+2)×3型
                }else s="("+num[0]+operator[index[0]]+"("+num[1]+operator[index[1]]+num[2]+operator[index[2]]+num[3]+")"+")"+operator[index[3]]+"("+num[4]+operator[index[4]]+num[5]+")";//(1+(2×3+4))-(6÷3)型
                break;
            }
        }

        

并且 保证式子里至少有2个不同操作符的方法：

 private static int[] index(int n,int m){ //产生操作符的下标数组
        Random random = new Random();
        int similar=0;
        int[] a = new int[n];
        for(int j=0;j<n;j++){
            a[j] = random.nextInt(m);
        }
        for(int j=1;j<n;j++){
            if(a[0]==a[j]) similar++;
        }
        if(similar==n-1) return index(n); //保证一个式子里至少有2个不同的操作符，若所有操作符下标都一样，则重新产生操作符下标
        else {
            return a;
        }

    }
        

虽然都是核心使用逆波兰表达式，但这个是在中缀转后缀的同时进行计算，
对负数和小数的判断：
（1）在计算时由最基本的运算单元返回的结果来实现，若不符合标准就（return -1;）,

 case('-'):{
    res = a - b; //产生负数就不合格
     break;
	}
case('÷'):{
    if(b==0)
		 return -1;
    else if(a%b!=0) //产生小数就不合格
	 	 return -2;
	  else
		res = a / b;
	break;
		    		
	}
        

（2）这样在运算的方法中只要得到了小于0的返回值也返回状态值为-1，

int a = stack1.pop();
int b = stack1.pop();
int sresulat =calculate (b, a, stmp);
  if(sresulat<0)
    return  -1;
 stack1.push(sresulat);
        

（3）在生成运算式的方法中用一个if语句判断此时的结果，若为负数则递归调用生成函数一直到合格为止。

		Calculator c = new Calculator();
        int sum = c.Cal(s);
        s += sum;
        if(sum>=0){ //判断式子是否符合要求，凡是返回负数的就是不合格的
            s+=sum;
        }else {
            return format(); //递归直到产生合格的式子
        }

        return s;
        

后来我又觉得既然已经弄懂了她的想法，想自己改进一下，就又搜了搜中缀转后缀这里，然后找到了这篇让我感觉这个理解起来很透彻：
(https://www.cnblogs.com/fuck1/p/5995857.html)
理解清楚后自己练习一下，在改了很久以后发现这个方法只能处理像（2*3+5=？）这种只含有一位数字的运算，这里我也花了不少时间

	Pattern pattern = Pattern.compile("\\d+||(\\d+\\.\\d+)");
       // 将后缀表达式分割成字符串数组,此处直接使用空白也可以对字符串进行分割！！
   String[] strings = exp.split("");
        

主要问题是我发现这里的 split(" ") 会将 23 这样的数分割成 2 和 3，接下来就无法计算了；学习了用pattern 正则匹配的方法，我尝试着百度split()函数怎样将运算式中的运算符和数字分开，应该是知识储备不够，这个问题没有解决。。。

阶段三：
这时我想再好好研究一下第一次放弃的那个方法，再试试吧；
最终的结果是我没有找到合适的方法排除小数和负数，当式子中没有出现"-" ," ÷"时计算是正确的，希望以后可以改进出来吧，多多学习和练习。

学习到的小知识，也还算有收获：
1.正则表达式：http://www.runoob.com/java/java-regular-expressions.html
2.输出流：https://www.cnblogs.com/fnz0/p/5423201.html
3.类型转换：https://blog.youkuaiyun.com/u010502101/article/details/79162587
4.包括命令行cmd的使用也基本get了

个人总结
首先由于知识和编程经验不足，整个作业效率很低，而且大多数都是看别人的思路后一点点学习的，java学习基本空白，练习的又少；另一方面，我在真正去做的时候也有偷懒的心理，有的时候知其然而不知其所以然，项目整体构思不够清楚，到写的时候要花很多时间，然而编写完其实只是完成了20%的工作量，甚至是无用功，测试和修改的时间真的是比想象的多很多，要解决太多的问题了，因此以后开发时我会先分析清楚再下手；对于以后的学习我觉得还是要采用项目驱动式，一边做一边学，更有针对性，实践出真知！！！

*主要花费的时间如下：
**
任务内容 …… 计划与实际
计划 ： 10 --------》 20
开发 ： 685--------》 2238（~35h）
具体设计 ： 40 --------》 100
具体编码 ： 660 --------》 (7+7+5)*60=1140
测试与修改： 200--------》 420+300=720

谢谢观看~