24点

第三章实验报告

一．题目要求
从扑克中每次取出4张牌。使用加减乘除，第一个能得出24者为赢。（其中，J代表11，Q代表12，K代表13，A代表1），按照要求编程解决24点游戏。要求随机生成4个代表扑克牌牌面的数字字母，程序自动列出所有可能算出24的表达式，来实现程序并解决问题。
要求：
1.程序风格良好(使用自定义注释模板)
2.列出表达式无重复。

二．问题分析
2.1 题目分析
本实验要求利用加减乘除四种运算方式来计算四个纸牌数字能否成功计算出24点。本程序采用了两种产生四个数字的方式，一是随机产生4个数字来计算是否存在某种运算方式能得到24点，二是通过在键盘上输入四个数字来计算是否存在结果为24的运算表达式。并将得到的计算表达式依次输出。因为纸牌只有1—13个数字，如果键盘输入数字大于13，则提示输出错误，请重新输入。倘若四个数字不能产生结果为24的运算表达式，则输出很遗憾呢不能得出24点，请再来一次。

2.2 算法思路
①利用随机数或者在键盘输入两种方式产生四个数。
②进行四则运算，选择输出形式和确定运算符号，对有特殊括号优先级的做特殊处理。
③两两为一组（即第一个数和第二个数计算得到的运算结果赋值给sum1，sum1和第三个数运算结果赋值给sum2，sum2和第四个数得到运算结果并赋值给sum3）进行计算，判断sum3能否得到24点。针对不同的括号形式，输出不同的表达式结果。
④如果手动输入数字超过13则提示错误，请重新输入数字。
⑤如果不存在加减乘除运算得到24点，则输出很遗憾，不能得出24点。并选择是否退出游戏。
⑥利用排列组合，输出所有满足条件的表达式。
三．流程图

四．代码

#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<math.h>
#include<time.h>

using namespace std;

int ck;    //用来标志能否运算出24
float arithmetic(int flag,float m,float n) //进行四则运算
{
    switch(flag)  //判断运算符号，返回相对应的运算结果
    {
    case 0:
        return (m+n);
    case 1:
        return (m-n);
    case 2:
        return (m*n);
    case 3:
        if (n==0)
            return 10000;  //除数为0，则返回10000，使之不能运算出24
        else
            return (m/n);
    case 4:
        return (n-m);
    case 5:
        if (m==0)
            return 10000;  //除数为0，则返回10000，使之不能运算出24
        else
            return (n/m);
    default:
        return 0;
    }
}

void show(int type,int i,int j,int k,float a,float b,float c,float d)
//利用参数type选择输出形式，利用参数i,j,k确定输出的运算符号
{
    char sign[6];  //定义运算符号数组
    sign[0]='+';
    sign[1]='-';
    sign[2]='*';
    sign[3]='/';
    sign[4]='-'; //减法不符合交换律
    sign[5]='/';  //除法不符合交换律
    if (type==1)   //根据括号的类型做不同的输出
    {
        if(j==4 || j==5)  //减法和除法
        {
            if (k==4 || k==5)     // a*(b*(c+d)) 形式
                cout<<d<<sign[k]<<"("<<c<<sign[j]<<"("<<a<<sign[i]<<b<<")) = 24 "<<endl;
            else                 // (a*(b+c))*d 形式
                cout<<"("<<c<<sign[j]<<"("<<a<<sign[i]<<b<<"))"<<sign[k]<<d<<" = 24"<<endl;
        }
        else if (k==4 || k==5)// a*((b+c)*d) 形式
        {
            cout<<d<<sign[k]<<"(("<<a<<sign[i]<<b<<")"<<sign[j]<<c<<") = 24"<<endl;
        }
        else   // ((a+b)*c)*d 形式
            cout<<"(("<<a<<sign[i]<<b<<")"<<sign[j]<<c<<")"<<sign[k]<<d<<"= 24"<<endl;
    }
    if (type==2 || type==3)// (a+b)*(c+d) 形式
    {
        cout<<"("<<a<<sign[i]<<b<<")"<<sign[k]<<"("<<c<<sign[j]<<d<<")= 24"<<endl;
    }
}
void calculate(float a,float b,float c,float d) //进行加、减、乘、除运算
{
    int i,j,k;
    float sum1,sum2,sum3;   //储存 3 次两两运算的结果
    for (i=0; i<4; i++)    // "+ - * /" 4个运算符号选3个，有4*4*4=64种
        for (j=0; j<6; j++)   // 3种运算符排列  有 3!=6 种
            for (k=0; k<6; k++)
            {
                if ((!(i==3 && b==0)) && (!(j==3 && c==0)) && (!(k==3 && d==0))) // 括号的类型为(())
                {
                    // 3为做除法运算的标志，除数为 0 时，跳过  = =
                    sum1=arithmetic(i,a,b);    //a，b做 以 i 为标志的运算，然后把值赋给sum1
                    sum2=arithmetic(j,sum1,c);  //sum1，c做 以 j 为标志的运算，然后把值赋给sum2
                    sum3=arithmetic(k,sum2,d);  //sum2，d做 以 k 为标志的运算，然后把值赋给sum3
                    if (fabs(sum3-24)<0.001)//判断能否运算出24，出现小数时，能够包含在内
                    {
                        ck++;            //标志能运算出24
                        show(1,i,j,k,a,b,c,d); // 输出运算出 24 的表达式
                    }
                }
                if (k==2)// ()*()
                {
                    sum1=arithmetic(i,a,b); //a，b做 以 i 为标志的运算，然后把值赋给sum1
                    sum2=arithmetic(j,c,d); //sum1，c做 以 j 为标志的运算，然后把值赋给sum2
                    sum3=sum1*sum2;
                    if (fabs(sum3-24)<0.001)//出现小数时，能够包含在内
                    {
                        ck++;              //标志能运算出24
                        show(2,i,j,k,a,b,c,d);  // 输出运算出 24 的表达式
                    }
                }
                if (k==3)// 括号的类型为()()
                {
                    sum1=arithmetic(i,a,b); //sum1，c做 以 j 为标志的运算，然后把值赋给sum2
                    sum2=arithmetic(j,c,d); //sum1，c做 以 j 为标志的运算，然后把值赋给sum2
                    if (sum2!=0)
                    {
                        sum3=sum1/sum2;

                        if (fabs(sum3-24)<0.001)//出现小数时，能够包含在内
                        {
                            ck++;                 //标志能运算出24
                            show(3,i,j,k,a,b,c,d);   // 输出运算出 24 的表达式
                        }
                    }
                }
            }
}

int main()   //主函数
{
    int y;
    int i,j,k,l;
    srand((unsigned)time(0));
    int a[4]; //储存所输入的 4个 整数
    {
cout<< "******************************24点纸牌游戏*******************************"<<endl<<endl;
        cout<<"请输入选项：1、随机生成纸牌数字   2、手动输入数字   0、离开游戏"<<endl<<endl;
cout<< "*************************************************************************"<<endl<<endl;
        cin>>y ;   //输入选项

        while(true)
        {
            if(y==1)
            {
                for(i=0; i<4; i++)
                {
                    a[i]=rand()%13+1;
                }
                for(i=0; i<4; i++)
                {
                    cout<<a[i]<<" ";
                }
                cout<<endl;
                break;
            }

            else if(y==2)
            {
                
                cout<< "请输入4 个 1--13 的整数："<<endl;
                for(i=0; i<4; i++)
                {
                    cin>>a[i];
                    while (a[i]<1 || a[i]>13) //判断是否为符合要求的整数
                    {
                        cout<<"输入数字错误，请重新输入！"<<endl;
                        cin>>a[i];
                    }
                }
                break;
            }
 else if(y==0)
            {
				cout<<"结束游戏"<<endl;
                return 0;
            }
            else 
                cout<< "输入错误啦,请再输入一次吧!"<<endl;
        }

        for (i=0; i<4; i++)    //4的排列 4!=24，每中情况调用calculate
            for (j=0; j<4; j++)
                if (j!=i)           //第2数和第1个数不能重复
                    for (k=0; k<4; k++)
                        if (k!=j && k!=i) //第3数和第1，2个数不能重复
                            for (l=0; l<4; l++)
                                if (l!=i && l!=j && l!=k) //第4数和第1，2，3个数不能重复
                                {
                                    calculate(a[i],a[j],a[k],a[l]);//调用calculate函数，进行进行加、减、乘、除运算
                                }
        if (ck==0) //即不能经过运算得出24
        {
            cout<<"抱歉，这组数字不能得出24点，请再来一次吧!"<<endl;
        }
    }
    return 0;
}

五．调试及测试
（1）运行程序，开始界面如下：

（2）键盘输入1，随机生成纸牌数字，未成功得出24点。

（3）键盘输入1，随机生成纸牌数字，成功得出24点。

（4）键盘输入2，手动输入数字，如果输入数字大于13，则提示错误。

（5）键盘输入2，手动输入数字，未成功得出24点。

（6）手动输入数字，成功得到24点。

（7）调试截图

六．总结
开始完成这次章节作业时，也遇到了不少的问题，比如开始算法构思时，关于括号以及加减乘除的优先级纠结了很久，最后通过四个数字之间两两计算，一二数字计算结果与第三个数字计算得到一个结果，再继续与第四个数字运算，这样就把多元运算成功转化为二元运算以成功解决这个问题。同时通过for循环来遍历所有的牌面数字与运算符号，计算得到结果并用穷举法输出。
在这次的章节实验中，让我认识到自己还有很多不足之处需要改进，同时也让我收获良多。我觉得在解决编程问题的过程中，算法思路很重要，不要老想着用简单语句来解决问题，这样导致程序复杂，效率低，耗费时间多。在学习中要不断完善自己，虚心学习，积极实践，在实践中提升自我。