软工第三次作业 - 结对编程
一、结对信息
- 姓名1：伊尔番·艾山
- 学号1：3123004762
- 姓名2：梁子恒
- 学号2：312300746
- GitHub仓库：https://github.com/IrErV123/Primary-Math-Exercise-Generator
二、PSP表格
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 60 | 90 |
| · Estimate | · 估计这个任务需要多少时间 | 30 | 45 |
| Development | 开发 | 480 | 720 |
| · Analysis | · 需求分析 (包括学习新技术) | 90 | 150 |
| · Design Spec | · 生成设计文档 | 60 | 90 |
| · Design Review | · 设计复审 | 30 | 45 |
| · 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 | 90 | 120 |
| · Coding | · 具体编码 | 240 | 360 |
| · Code Review | · 代码复审 | 60 | 90 |
| · Test | · 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 120 | 180 |
| Reporting | 报告 | 90 | 120 |
| · Test Report | · 测试报告 | 30 | 45 |
| · 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 | 45 |
| 合计 | 总计 | 630 | 930 |
三、设计实现
3.1 需求分析
本项目旨在开发一个小学四则运算题目生成器，主要功能包括：
- 生成指定数量的四则运算题目
- 支持真分数运算
- 避免重复题目
- 控制数值范围
- 自然语言处理生成题目
3.2 架构设计
采用模块化设计，主要包含以下模块：
- 题目生成模块：负责生成各类运算题目
- 分数处理模块：处理分数运算和化简
- 重复检测模块：确保题目唯一性
- 输入输出模块：处理命令行参数和文件输出
3.3 核心算法
分数生成算法
def generate_fraction():"""生成真分数"""denominator = random.randint(2, 10)numerator = random.randint(1, denominator - 1)return Fraction(numerator, denominator)
题目去重算法
采用表达式标准化方法，将不同形式但结果相同的表达式识别为重复。
3.4 类图设计
主要类包括：
ExerciseGenerator：题目生成器主类FractionHandler：分数处理类ExpressionValidator：表达式验证类
四、测试用例
4.1 单元测试
测试用例1：分数运算正确性
def test_fraction_calculation():# 测试分数加法result = calculate_fraction("1/2 + 1/3")expected = Fraction(5, 6)assert result == expected# 测试分数减法result = calculate_fraction("2/3 - 1/4")expected = Fraction(5, 12)assert result == expected
测试用例2：重复检测
def test_duplicate_detection():expressions = ["1 + 2", "2 + 1", "3 - 1"]unique_expressions = remove_duplicates(expressions)assert len(unique_expressions) == 2
测试用例3：数值范围控制
def test_range_control():exercises = generate_exercises(range_limit=10, count=100)for exercise in exercises:numbers = extract_numbers(exercise)assert all(0 <= num <= 10 for num in numbers)
4.2 集成测试
测试场景1：命令行参数处理
- 输入：
python myapp.py -n 10 -r 20 - 期望输出：生成10道题目，数值范围不超过20
测试场景2：文件输出功能
- 输入：指定输出文件路径
- 期望输出：题目正确写入文件
4.3 性能测试
- 大数据量测试：生成10000道题目，耗时控制在30秒内
- 内存使用测试：确保内存占用不超过100MB
五、项目小结
5.1 项目收获
-
技术技能提升：
- 掌握了Python分数运算库的使用
- 学会了表达式解析和评估
- 提高了算法设计能力
-
团队协作经验：
- 学会了Git协作开发流程
- 提高了代码review的能力
- 加强了沟通协调能力
-
软件工程实践：
- 体验了完整的软件开发生命周期
- 学会了需求分析和设计文档编写
- 掌握了单元测试和集成测试方法
5.2 遇到的问题及解决方案
-
分数运算精度问题
- 问题：浮点数运算存在精度误差
- 解决：使用Python的Fraction类进行精确分数运算
-
题目重复检测难题
- 问题："1+2"和"2+1"本质相同但形式不同
- 解决：实现表达式标准化算法，统一表达式格式
-
大数据量性能问题
- 问题：生成大量题目时效率低下
- 解决：优化算法，使用集合进行快速去重
5.3 改进建议
-
功能扩展：
- 增加更多运算类型（乘方、开方等）
- 支持更复杂的表达式结构
- 添加图形化用户界面
-
性能优化：
- 使用多线程提高生成效率
- 实现更高效的去重算法
- 添加缓存机制
-
用户体验：
- 增加进度条显示
- 提供更友好的错误提示
- 支持批量操作
六、目录结构
Primary-Math-Exercise-Generator/
├── README.md # 项目说明文档
├── requirements.txt # 项目依赖包
├── myapp.py # 主程序入口
├── src/ # 源代码目录
│ ├── __init__.py
│ ├── generator.py # 题目生成核心模块
│ ├── fraction_handler.py # 分数处理模块
│ ├── validator.py # 表达式验证模块
│ └── utils.py # 工具函数模块
├── tests/ # 测试代码目录
│ ├── __init__.py
│ ├── test_generator.py # 生成器测试
│ ├── test_fraction.py # 分数运算测试
│ └── test_validator.py # 验证器测试
├── docs/ # 文档目录
│ ├── design.md # 设计文档
│ └── api.md # API文档
├── examples/ # 示例文件
│ ├── Exercises.txt # 示例题目文件
│ └── Answers.txt # 示例答案文件
└── .gitignore # Git忽略文件
七、运行说明
7.1 环境要求
- Python 3.7+
- 依赖包：见requirements.txt
7.2 安装步骤
git clone https://github.com/IrErV123/Primary-Math-Exercise-Generator.git
cd Primary-Math-Exercise-Generator
pip install -r requirements.txt
7.3 使用方法
# 生成10道题目，数值范围不超过20
python myapp.py -n 10 -r 20# 生成题目并指定输出文件
python myapp.py -n 50 -r 100 -o exercises.txt
GitHub仓库链接：https://github.com/IrErV123/Primary-Math-Exercise-Generator
完成时间：2025年10月10日