小学生噩梦——四则运算题库(python 全功能实现)

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Github: https://github.com/holidaysss

小组：龙天尧（代码实现），林毓植（浮点转分数函数，代码审查）

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	30
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	30	30
Development	开发	540	540
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	60	60
· Design Spec	· 生成设计文档	30	30
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	60	60
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	30	30
· Design	· 具体设计	120	120
· Coding	· 具体编码	240	240
· Code Review	· 代码复审	60	60
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	60	60
Reporting	报告	90	90
· Test Report	· 测试报告	30	30
· Size Measurement	· 计算工作量	30	30
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	30	30
合计		780	780

设计实现过程：思路：四则运算题库的功能应该包括出题，计算答案，对比答案这三个主要功能。

代码说明：

题目生成函数：problem() ，调用natural(),fraction()

def problem(area=10): # 随机生成一道题目(自然数四则运算或分数运算)，运算符不超过3个
try:
if random.choice([1, 2]) == 1: # 随机生成自然数或分数的四则运算
expression, print_expression = natural(area) # 生成一个自然数运算
results = demical_to_fraction(eval(expression)) # 运算结果通过demical_to_fraction()转成分数
else: # 分数四则运算和上面流程大致相同
expression, print_expression = fraction(area) # 生成一个分数运算
results = demical_to_fraction(eval(expression))
if not results: # 无法转分数
problem(area)
return 0
# print_expression_nums = list(filter(str.isdigit, print_expression)) # ['2','+',1']
print_expression_nums = print_expression.replace('(', '').replace(')', '').split() # 将输出表达式拆解
print_expression_nums.sort() # ['+', 1', '2']
if results < 0 or ((str(results)in answers) and (print_expression_nums in str_num)): # 去负答案，去重复
problem(area)
else:
results = turn_fracrtion(results) # 转化
prints.append(print_expression)
answers.append(results) # 答案列表
str_num.append(print_expression_nums)
except Exception: # 过滤分母为0的题目
problem(area)

自然数运算生成 natural():

def natural(area): # 生成一个自然数运算
operator_num = random.randint(1, 3) # 随机运算符
expression = print_expression = num = str(random.randint(1, area)) # 第一个数
bracket = (random.choice(['(', '']) if not operator_num == 1 else '') # 非单运算符可加括号
for i in range(operator_num): # 随机个运算符
op = str(random.choice(operators)) # 随机选择运算符 (+ - * /)
if op == '-': # 若为'-',生成数字小于前一个数字
num = str(random.randint(1, int(num)))
else:
num = str(random.randint(1, area)) # 随机数值，不超过area
if bracket == ')': # 右括号在数字右边
print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + num + bracket # 用于输出的表达式例：1×2
expression += op + num + bracket # 用于eval()计算的表达式例：1*2
else: # 左括号在数字左边
print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + bracket + num
expression += op + bracket + num
bracket = (')' if bracket == '(' else '') # 左括号配右括号，空配空
return expression, print_expression

分数运算生成 fraction(), gen_fraction():

def gen_fraciton(area): # 生成一个规范分数
while True:
a = random.randint(1, area)
b = random.randint(1, area)
if '/' in str(Fraction(a, b)):
return Fraction(a, b)def fraction(area): # 生成一个分数运算
operator_num = random.randint(1, 3) # 随机运算符
num = gen_fraciton(area)
expression = print_expression = str(num) # 第一个分数
bracket = (random.choice(['(', '']) if operator_num != 1 else '') # 超过一个运算符才需要加括号
for i in range(operator_num):
op = str(random.choice(operators))
if op == '-': # 若为'-',生成分数小于等于前一个分数
while True:
next_num = gen_fraciton(area)
if next_num <= num:
break
num = next_num
else:
num = gen_fraciton(area)
if bracket == ')':
if float(num) > 1: # 假分数转带分数例：8/3 -> 2'2/3
print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + turn_fracrtion(num) + bracket
else:
print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + str(num) + bracket
expression += op + str(num) + bracket
else:
if float(num) >= 1:
print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + bracket + turn_fracrtion(num)
else:
print_expression += ' ' + change(op) + ' ' + bracket + str(num)
expression += op + bracket + str(num)
bracket = (')' if bracket == '(' else '') # 左括号配右括号
return expression, print_expression

假分数转化函数 turn_fraction():

def turn_fracrtion(results): # 假分数转带分数
if isinstance(eval(str(results)), int) or (eval(str(results)) < 1): # 整数和真分数
return str(results)
else:
return str(int(results)) + "'" + str(results - int(results)) # 假分数

符号转化函数 change():

def change(a): # *,/ 转成 ×，÷
if a == '*':
a = '×'
elif a == '/':
a = '÷'
return a

eval函数处理的结果出来是浮点数，不符合要求，苦想不解，让毓植写了个浮点转化分数的函数:

def find_cycle(demical): # 找小数的循环体(参数为小数部分)
for i in range(1, 17):
cycle_part = demical[:i] # 截取小数部分的前i位，假设为循环体
if len(cycle_part) < 4: # 如果循环体较短
if (cycle_part*3) == demical[:3*i]: # 需要满足4次重复
return cycle_part # 满足才认定为循环体
else: # 如果循环体较长
if (cycle_part*2) == demical[:2*i]: # 满足2次重复
return cycle_part
return 0 # 找不到循环体，返回0def demical_to_fraction(n, zero_num=0): # 小数转化分数
n = str(n) # 规范输入为字符串形式
if len(n) < 16: # 如果是有限小数，直接返回
return Fraction(n)
real_num, dot_area = n.split('.') # 获取整数和小数
float_num = float(n) # 转化一个浮点数用于计算
for i in range(len(n)):
cycle_start = dot_area[i:] # 从第i位开始，开始截取字符串
result = find_cycle(cycle_start) # 从截取的字符串中找到循环体
length = len(str(result)) # 判断循环体的长度
if result: # 如果存在循环体
if i != 0: # 如果循环体的开始不是小数点后第一位 eg 0.13888888
new_number = float_num*(10**i) # 移位数使循环体是小数点后的开始 eg 13.8888
demical_to_fraction(new_number, i) # 将新生成的数递归使用
break
else: # 如果循环体直接在小数点后的第一位
fraction = Fraction(int(result), int(''*length)) # 小数部分转化为分数 /数学知识需要了解
final_num = int(real_num) + fraction # 小数点前的部分需要从重新加上
return final_num/(10**zero_num) # 回退移的位数