Expression_Generate

软件工程	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/CSGrade21-12
作业要求	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/CSGrade21-12/homework/13016
作业目标	个人项目

github链接： https://github.com/FHTHomeworkAtgdut/Expression_Generate

作业成员信息

作业成员	学号
冯浩天	3121004779
朱正东	3121004806

PSP表：

PSP	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	45
Estimate	估计这个任务需要多少时间	360	450
Development	开发	300	300
Analysis	需求分析 (包括学习新技术)	120	180
Design Spec	生成设计文档	30	10
Design Review	设计复审	30	10
Coding Standard	代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	10	5
Design	具体设计	10	5
Coding	具体编码	150	150
Code Review	代码复审	20	10
Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	40	40
Reporting	报告	30	25
Test Repor	测试报告	20	10
Size Measurement	计算工作量	5	5
Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结, 并提出过程改进计划	5	5
Total	总计	1120	1225

环境：win11+python+vs2022+pycharm

功能解析：

大致流程：

代码解析：

为了便于生成与计算表达式，用二叉树结构存储表达式:

class TreeNode:
    def __init__(self, val):
        self.val = val
        self.left = None
        self.right = None

生成表达式中的数字，按一定概率生成指定范围内的分数或整数：

def generate_num():
    if random.random() < 0.75:
        return  random.randint(1, max_num)
    else:
        return Fraction(random.randint(1, max_num),random.randint(1, max_num))

根据指定的深度创建表达式，这里的depth为2，就会至多生成3个表达式,而且进行了初步的滤去负数以及除法中分母为0的情况
不过有个缺点，无法生成形如a+(b+c)+d的算式,~~不嫌麻烦的话可以专门写个函数去生成括号在这个位置的表达式~~

def generate_expression(depth):
    if depth == 0 or random.random() < 0.3 and depth != max_depth:
        # 当达到指定深度时， 避免出现 x = x 的情况
        num = generate_num()
        return TreeNode(num)
    else:
        operator = random.choice(operator_list)
        node = TreeNode(operator)
        node.left = generate_expression(depth - 1)
        node.right = generate_expression(depth - 1)
        if type(node.left.val) != str and type(node.right.val)!= str:
            if node.left.val - node.right.val <= 0 and node.val == '-':
                while node.left.val - node.right.val <= 0:
                    node.left.val = generate_num()
                    node.right.val = generate_num()
        return node

利用二叉树同构判定是否有重复算式

def is_repeated(p,q):
    if p == q:
        return True
    if p.val == q.val:
        return (is_repeated(p.left,q.left) and is_repeated(p.right,q.right)) or (is_repeated(p.right,q.left) and is_repeated(p.left,q.right))
    else:
        return False;

生成表达式字符串：

def expression_string(root,root_bracket): # 整条式子外部不需要括号
    if root is None:
        return ""

    if root.left is None and root.right is None:
        return str(root.val)
    else:
        left_expr = expression_string(root.left,root_bracket)
        right_expr = expression_string(root.right,root_bracket)
        operator = root.val

        if operator in "+-" and root_bracket != root:
            return f"({left_expr} {operator} {right_expr})"
        else:
            return f"{left_expr} {operator} {right_expr}"

计算表达式：

def calculate_expression(root):
    if root is None:
        return Fraction(0)

    if root.left is None and root.right is None:
        return root.val
    else:
        left_value = calculate_expression(root.left)
        right_value = calculate_expression(root.right)
        operator = root.val

        if operator == '+':
            return left_value + right_value
        elif operator == '-':
            return left_value - right_value
        elif operator == '*':
            return left_value * right_value
        elif operator == '/':
            return Fraction(left_value,right_value)

主函数中通过argparse获取命令行参数

        parser = argparse.ArgumentParser()
        parser.add_argument('-r',"--range", type=int,default=10)
        parser.add_argument('-n',"--num" ,type=int,default=1000)
        parser.add_argument('-e',"--exercise", type=str,default="exercise.txt")
        parser.add_argument('-a',"--answer", type=str,default="answer.txt")
        args = parser.parse_args()