四則運算器——軟件工程的第五次做業

Github項目地址：    https://github.com/cliohl/calculator

PSP

PSP2.1	personal Software Process Stages	預估時間（分鐘）	實際耗時（分鐘）
Planning	計劃	20	30
· Estimate	· 估計這個任務須要多少時間	20	30
Development	開發	190	268
· Analysis	· 需求分析 (包括學習新技術)	10	8
· Design Spec	· 生成設計文檔	/	/
· Design Review	· 設計複審 (和同事審覈設計文檔)	/	/
· Coding Standard	· 代碼規範 (爲目前的開發制定合適的規範)	/	/
· Design	· 具體設計	60	90
· Coding	· 具體編碼	120	150
· Code Review	· 代碼複審	/	/
· Test	· 測試（自我測試，修改代碼，提交修改）	10	20
Reporting	報告	80	60
· Test Report	· 測試報告+博客	60	50
· Size Measurement	· 計算工做量	/	/
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 過後總結, 並提出過程改進計劃	20	10
合計		300	358

 

題目描述：

       （1）能自動生成小學四則運算題目，而且不能出現負數；

　　（2）能支持真分數的四則運算；

思路：

        （1）四則運算加減乘除：因爲基礎不紮實，現只能實現兩個隨機正數的四則運算。

        （2）因爲不能出現負數，在進行減法運算的時候，我用了2種不一樣的方法實現，一種是先隨機生成減數，而後在0到減數之間隨機生成被減數，這樣能夠控制被減數必定小於減數，第二種是隨機生成兩個數，而後比較大小，大的數做爲減數，小的數做爲被減數。

        （3）在進行除法運算時，由於被除數不能爲零，因此在被除數的隨機取值範圍內不能包括0，在取隨機分數的時候，分母不能爲零，因此分母的隨機取值範圍也不包括0。

        （4）在進行真分數運算的時候，導入python自帶的fractions庫。

        （5）由於不包含假分數，因此在進行分數生成的時候也須要對分子和分母比較大小，大的數爲分子，小的數爲分母。

實現過程：

設計兩個函數：

        def create1(q,ans) 生成整數四則運算

        def create2(q,ans) 生成真分數四則運算

        def createf() 生成兩個真分數

函數關係：

        create1(q,ans)和create2(q,ans)均爲獨立的函數，負責生成四則運算。

        主函數部分主要分爲2大部分，第一個爲測試部分，第二個爲練習部分。測試部分能夠自定義題目數量及測試類型，測試完畢給出測試的分數，而且能夠選擇是否查看答案。練習部分也能夠自定義題目數量及測試類型，每完成一提都會判斷結果對錯，若是錯誤會給出正確答案。

代碼說明：

詳細代碼以下所示：

 1    def create1(q,ans)函數

 1 def create1(q, ans):   # 兩個整數的四則運算
 2     symbol = random.choice(['+', '-', '*', '/']) # 生成隨機符號
 3     if symbol == '+':
 4         n1 = random.randint(0, 100)  # 隨機生成0到100的整數
 5         n2 = random.randint(0, 100)
 6         q.append(str(n1) + ' + ' + str(n2)+' = ')
 7         ans.append(n1 + n2)
 8     elif symbol == '-':
 9         n1 = random.randint(0, 100)  # 隨機生成0到100的整數
10         n2 = random.randint(0, n1)
11         q.append(str(n1) + ' - ' + str(n2)+' = ')
12         ans.append(n1 - n2)
13     elif symbol == '*':
14         n1 = random.randint(0, 50)  # 隨機生成0到100的整數
15         n2 = random.randint(0, 50)
16         q.append(str(n1) + ' × ' + str(n2)+' = ')
17         ans.append(n1 * n2)
18     else:
19         n1 = random.randint(0, 50)  # 隨機生成0到100的整數
20         if n1 == 0:
21             n2 = random.randint(1, 50)
22         else:
23             n2 = random.randint(1, n1)
24             while n1 % n2 != 0:
25                 n1 = random.randint(1, 50)
26                 n2 = random.randint(1, n1)
27         q.append(str(n1) + ' ÷ ' + str(n2)+' = ')
28         ans.append(Fraction(n1, n2))

2    def createf()函數

 1 def createf():
 2     # 生成2個分數
 3     fz = random.randint(0, 20)
 4     if fz == 0:
 5         fm = random.randint(1, 20)
 6     else:
 7         fm = random.randint(fz,20)
 8     f1 = Fraction(fz, fm) # 第一個分數
 9     fz = random.randint(1, 20)
10     fm = random.randint(fz, 20)
11     f2 = Fraction(fz, fm) # 第二個分數
12     return f1, f2

3    def create2(q,ans)函數

 1 def create2(q, ans):   # 兩個分數的四則運算
 2     symbol = random.choice(['+', '-', '*', '/'])  # 生成隨機符號
 3     f1, f2 = createf()
 4     if symbol == '+':
 5         while f1 + f2 > 1:
 6             f1, f2 = createf()
 7         q.append(str(f1) + ' + ' + str(f2)+' = ')
 8         ans.append(f1 + f2)
 9     elif symbol == '-':
10         f1, f2 = max(f1, f2), min(f1, f2)
11         q.append(str(f1) + ' - ' + str(f2)+' = ')
12         ans.append(f1 - f2)
13     elif symbol == '*':
14         while f1 * f2 > 1:
15             f1, f2 = createf()
16         q.append(str(f1) + ' × ' + str(f2)+' = ')
17         ans.append(f1 * f2)
18     else:
19         while Fraction(f1, f2) > 1:
20             f1, f2 = createf()
21         q.append(str(f1) + ' ÷ ' + str(f2)+' = ')
22         ans.append(Fraction(f1, f2))

4    主函數

 1 while 1:
 2     print("請輸入類型：一、測試 2 、練習 三、退出")
 3     t = int(input())
 4     if t == 3:
 5         break
 6     elif t == 1:           # 測試
 7         print("請輸入你想要的四則運算：一、整數 二、分數 三、混合 4 、退出")
 8         n = int(input())
 9         while n > 4:
10             print("選擇類型有誤！請從新選擇")
11             n = int(input())
12         if n == 4:
13             break
14         print("請輸入你想要的題目數量（5的倍數）：", end='   ')
15         qu = int(input())
16         while qu % 5 != 0:
17             print("輸入數目有誤，請從新輸入！")
18             qu = int(input())
19         pscore = 100 / qu
20         sscore = 0
21         ques = []
22         ans = []
23         if n == 1:         # 整數測試題目
24 
25             for i in range(qu):
26                 create1(ques, ans)
27         elif n == 2:        #分數測試題目
28             for i in range(qu):
29                 create2(ques, ans)
30         elif n == 3:            # 混合測試題目
31             for i in range(qu):
32                 n = random.randint(0, 3)
33                 if n == 0:
34                     create2(ques, ans)
35                 else:
36                     create1(ques, ans)
37         for i in range(qu):
38             print("第{}題：{}".format(i + 1, ques[i]),end='  ')
39             a = input()
40             if a == str(ans[i]):
41                 sscore = sscore + pscore
42         print("你所得分數爲：{}".format(sscore))
43         print("是否查看正確答案? y/n", end='  ')
44         pan = input()
45         if pan == 'y':
46             for i in range(qu):
47                 print(ques[i] + str(ans[i]))
48     elif t == 2:
49         print("請輸入你想要的四則運算：一、整數 二、分數 三、混合 四、退出")
50         n = int(input())
51         while n > 4:
52             print("選擇類型有誤！請從新選擇")
53             n = int(input())
54         if n == 4:
55             break
56         print("請輸入你想要的題目數量：")
57         qu = int(input())
58         ques = []
59         ans = []
60         if n == 1:                # 整數練習題目
61             for i in range(qu):
62                 create1(ques, ans)
63         elif n == 2:               # 分數練習題目
64             for i in range(qu):
65                 create2(ques, ans)
66         elif n == 3:                     # 混合練習題目
67             for i in range(qu):
68                 n = random.randint(0,3)
69                 if n == 0:
70                     create2(ques, ans)
71                 else:
72                     create1(ques, ans)
73         else:
74             print("選擇類型有誤！請從新選擇")
75         for i in range(qu):
76             print("第{}題：{}".format(i + 1, ques[i]),end='  ')
77             a = input()
78             if a == str(ans[i]):
79                 print("回答正確！")
80             else:
81                 print("回答錯誤！正確答案爲：{}".format(ans[i]))
82     else:
83         print("選擇類型有誤！請從新選擇")

View Code

測試運行：

單元測試：

            測試create1(q,ans)函數，通過查找發現錯誤以下：

            

            這裏我忽略了當n1爲0時的狀況，致使運行出錯。

            改進以下：

            

            問題解決。

            測試create2(q,ans)函數，通過查找發現錯誤以下：

            

            這裏我沒有考慮到當結果大於1成爲假分數的狀況，改進以下：

           

           問題解決。     

全體測試運行結果以下：

           

           

             

效能分析： 

PyCharm提供了性能分析工具Run——Profile。

以下圖所示：

        

 性能統計界面由Name、Call Count、Time(ms)、Own Time(ms) 4列組成一個表格，見下圖。

 （表頭Name顯示被調用的模塊或者函數；Call Count顯示被調用的次數；Time(ms)顯示運行時間和時間百分比，時間單位爲毫秒（ms）。）

能夠看到，用戶輸入佔用了100%的時間，說明本代碼的絕大部分時間都是在等待用戶輸入。        

如今來看看create1(q,ans)函數，create2(q,ans)函數，create1()函數的性能測試。以下圖所示：

能夠看到，生成整數題目調用了20次，生成分數調用了8次，生成分數題目調用了5次，所佔時間都爲0，說明函數調用佔比只佔了不多的一部分。

本代碼還有很大的改進空間，礙於能力與時間問題，就先不進行改進，往後有時間再修改代碼及分析。

我的感想：

        看到這個題目以後的第一感受好像很簡單，但是真正動手去作才知道有不少細節是須要注意的。剛開始我是想作一個能夠自由控制多項式項數的，可以進行混合運算的四則運算器，但是後來發現有不少的小細節都卡住了思路，無奈之下只能先完成兩項的混合運算，等往後有空再鑽研混合運算及能夠添加括號的四則運算器。經過此次這個小項目，能夠發現本身許多的不足之處。原來作個項目是須要通過這麼多的步驟才能夠慢慢實現，經過閱讀構建之法的前3章，清楚的認識到本身的水平，往後還有待加油。但願明天的本身會比今天的本身更好。