1.倉庫地址：https://git.coding.net/FrrLolix/Calculate.git

2.需求分析：

　　①程序接受一個輸入的參數n後，隨機生成n道四則運算式，其中要保證生成的運算式的運算符在3-5個之間，同時程序對生成的運算式自動求解，結果和運算式一同輸出到result.txt文件中。

　　②因為面向對象是小學生，所以要保證生成的運算式中不出現負數和小數，運算的結果也不能出現負數和小數。

　　③程序需要判斷輸入的參數n是否合法，在不合法時要進行一定的處理。

　　④在原有的基礎上，生成的運算式隨機性的帶有括號和真分數。

3.功能設計：

　　①基本功能：

　　　　Ⅰ程序接收參數n，並對n的合法性作出判斷，若出現錯誤則提示。

　　　　Ⅱ自動生成n個運算式，並計算得出結果。

　　　　Ⅲ將計算後的結果與運算式一同存入txt文件中，保存在指定目錄下。

　　②擴展功能：

　　　　Ⅰ由於面向對象是小學生，因此數字在0-100之間。

　　　　Ⅱ隨機產生括號並保證括號的合法有效性。

　　　　Ⅲ加入分數運算式，並且保證計算前後都是真分數，且不可化簡。

4.設計實現：

　　①整體思路：

　　　　Ⅰ四則運算：首先產生5個隨機數和一個flag作為標誌，flag的值為隨機0-3，分別代表了不同數量的運算符和分數運算，確定了flag的值後，產生隨機的運算符將數字連接，構成運算式，再將運算符和數字拆分，利用兩個棧分別放置，將原本的運算式轉化成後綴表達式，從而進行計算，這也是逆波蘭表達式的計算方法。

　　　　Ⅱ帶括號計算：以3個運算符的計算為例，括號只能存在於前兩個數字和後兩個數字中，因此設置location這一參數，location為0時，括號在前，location為1時括號在後，分別進行討論，確定括號的位置，生成帶括號的運算式，在後續計算過程中，註意要增加括號的入棧和出棧操作。

　　　　Ⅲ真分數的計算：對於真分數，首先隨機產生0-100的某個數，然後隨機產生一個比剛剛生成的數小的數，通過輾轉相除法，生成真分數並輸出。

　　對於整體而言，我只使用了一個類，通過這個類來調用不同的方法解決問題。

　　②設計的函數：

　　　　Ⅰ構成3個運算數的運算式的方法: three(int n1,int n2,int n3)

　　　　Ⅱ構成4個運算數的運算式的方法:four(int n1,int n2,int n3,int n4)

　　　　Ⅲ構成5個運算數的運算式的方法:five(int n1,int n2,int n3,int n4,int n5)

　　　　Ⅳ實現計算的方法:Calculate(String s)

　　　　Ⅴ分式化簡的方法:gcd(int a,int b)

5.代碼詳情：

　　①生成表達式的算法:

　　　　Ⅰ這裏使用一個循環，flag用於判斷每次循環產生的結果，根據flag的不同調用不同的方法

for(i=0;i<n;i++){
    int n1=ran.nextInt(100);//生成一個0-100的整數
    int n2=ran.nextInt(100);
    int n3=ran.nextInt(100);
    int n4=ran.nextInt(100);
    int n5=ran.nextInt(100);
    int flag=ran.nextInt(4);//隨機生成一個0-3的整數,0表示3個運算數，1表示4個運算數，2表示5個運算數,3表示分數計算

　　　　Ⅱ此處是flag=3時，分數的生成方法

n1=1+ran.nextInt(101);
n2=1+ran.nextInt(101);
n3=1+ran.nextInt(101);
int M,Z;
int x1,x2,x3;
x1=1+ran.nextInt(n1);//生成一個比分母n1小的分子，實現真分數
x2=1+ran.nextInt(n2);//生成一個比分母n2小的分子，實現真分數
x3=1+ran.nextInt(n3);//生成一個比分母n3小的分子，實現真分數
Z=x1*n2*n3+x2*n1*n3+x3*n1*n2;
M=n1*n2*n3;
String d=gcd(Z,M);
s=x1+"/"+n1+"+"+x2+"/"+n2+"+"+x3+"/"+n3+"="+d;
pw.write(s+"\r\n"); // \r\n即為換行

　　　　Ⅲ此處是3個運算符是運算式的生成方法，我在這裏進行了討論，加入了是否有括號的兩種情況，對於括號的位置進行設定，隨後輸出不同的結果，此處代碼較長，只展示一部分，詳細的可以在Coding.net上查詢

String s1= new String();
Random ran = new Random();
int sign1=ran.nextInt(4);//隨機生成一個0-3的整數，0表示加法，1表示減法，2表示乘法，3表示除法
int sign2=ran.nextInt(4);
int sign3=ran.nextInt(2);//如果是1表示有括號，如果是0 表示無括號
int sign4=ran.nextInt(2);//如果是1表示產生分式，如果是0 表示整式。

if(sign1==sign2)
{
    sign2=(sign1+1)%3;//保證兩個運算符不相同。
}

if(sign3==0)//表示無括號
{
    //下面的過程為排除，除不整的，還有分母為0，

    if(sign2==3)
    {
        if(n3==0)//如果分母為0
            n3=1+ran.nextInt(100);//隨機生成一個1-100的整數
        while(n2%n3!=0)
        {
            n2=ran.nextInt(100);
        }
    }

　　②計算方法

　　　　Ⅰ計算方法我采用了逆波蘭表達式的算法，這一部分是之前困擾我最久的地方，起初想了許多方法來嘗試，但都有些繁瑣，實施起來並不是很容易，因此我也在其他博客上參考學習了許多，最終選定了逆波蘭表達式，逆波蘭表達式的思路為
　　1.遇到操作數：直接輸出（添加到後綴表達式中）
　　2.棧為空時，遇到運算符，直接入棧
　　3.遇到左括號：將其入棧
　　4.遇到右括號：執行出棧操作，並將出棧的元素輸出，直到彈出棧的是左括號，左括號不輸出。
　　5.遇到其他運算符：加減乘除：彈出所有優先級大於或者等於該運算符的棧頂元素，然後將該運算符入棧
　　6.最終將棧中的元素依次出棧，輸出。
　　下面截取了遇到等號時的代碼處理。

case ‘(‘: {
                        stack2.push(String.valueOf(c));//如果是（   轉化為字符串壓入字符棧
                        break;
                    }
                    case ‘)‘: {//遇到右括號了計算，因為（的優先級最高
                        String stmp = stack2.pop();//如果是），將符號棧棧頂元素取到
                        while (!stack2.isEmpty() && !stmp.equals("(")) { //當前符號棧裏面還有+ - * /
                            int a = stack1.pop();  //取操做數a,b
                            int b = stack1.pop();
                            int sresulat = calculate(b, a, stmp);
                            if(sresulat<0)
                                return  -1;
                            stack1.push(sresulat);//將結果壓入棧
                            stmp = stack2.pop();//符號指向下一個計算符號
                        }
                        break;
                    }

6.測試運行：
　　進入src文件下，輸入javac -encoding utf-8 Main.java 編譯出相應的class文件，再輸入java Main 進行測試：




7.不足與改進：
　　在算法的實現過程中，雖然經過了不斷的修改和調整，但目前仍然存在著許多不足：

　　1.括號的處理，只是處理了幾種特殊情況，並沒有做到括號的隨機並合理，沒有涉及到多重括號的生成和處理，這也是以後改進的一個方向。

　　2.在出題的過程中，我的方法是將不同數量的運算符的算法之間分離開，造成算法的延展性較差，目前也參考了同學們的代碼，發現自己的代碼如果擴展到10個運算符的情況，會很麻煩，這是接下來需要改進的一點。

　　3.在最開始進行算法的分析的時候，沒有註意題目的要求，也沒有看到老師推薦的調度場算法，因此，在計算上大費周章，這是今後要避免的一個問題，對於項目要求一定要認真理解。

8.項目總結：

　　1.在算法的編寫過程中，采用了書中和老師所推薦的“逐步求精”的設法方法，將一個項目分解成幾個不同的小問題，通過編寫不同的方法來逐步解決每個問題，各個方法相互配合，循序漸進，最終達成自己想要的結果。

　　2.對於算法編寫中出現的許多問題，進行了思考和改進，並且對於項目的延展性有了更深的理解，我的算法延展性不強，這是以後和強化的一點。

9.PSP展示
　　

2016012015+小學四則運算練習軟件項目報告