软件工程第三次作业--结对项目

结对项目信息

课程信息

项目	内容
这个作业属于哪个课程	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/Class12Grade23ComputerScience
这个作业要求在哪里	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/Class12Grade23ComputerScience/homework/13470
这个作业的目标	设计一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序

个人信息

姓名	学号
邓莹	3223004684
阿迪拉·米吉提	3223004683

GitHub地址

https://github.com/DY0310/Myapp_3223004684

一、PSP2.1表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	10	20
Estimate	估计这个任务需要多少时间	10	20
Development	开发	400	600
Analysis	需求分析 (包括学习新技术)	60	90
Design Spec	生成设计文档	10	15
Design Review	设计复审 (和同事审核设计文档)	10	10
Coding Standard	代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	15	15
Design	具体设计	20	30
Coding	具体编码	180	240
Code Review	代码复审	20	30
Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	120	240
Reporting	报告	30	60
Test Report	测试报告	20	30
Size Measurement	计算工作量	10	10
Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结, 并提出过程改进计划	30	30
合计		945	1440

二、效能分析

性能分析

改进思路

1. 重复检测优化：原设计中用 std::set 存储完整题目字符串（表达式+答案），键值过长导致哈希计算耗时；优化后将表达式转为"标准化字符串"（如去冗余括号 (1+2) → 1+2），减少键值长度，查询效率提升约30%。

2. 随机数生成优化：原代码中 random_device 在部分环境下会生成伪随机种子，改为固定种子+线程局部存储（TLS），避免多线程下的竞争，生成速度提升了。

3. 表达式验证剪枝：原验证逻辑在生成后才检查运算符数量，优化为在 generateExpression 中强制控制运算符计数，减少无效尝试，失败重试率下降了。

三、设计实现过程

项目采用了"类+工具函数"的模块化设计，下面是函数类的关系图：
MyappGenerator (静态类)
↓
Fraction (分数类)
↓
generateProblems(生成批量题目) →generateSingleProblem(生成单道不重复题目) → generateExpression(递归生成表达式) → generateNumber(生成随机数字)

交互界面模块：

Fraction类函数流程图：

整个程序流程图：

四、代码说明

关键代码1：Fraction类（分数处理）
思路：封装分数运算，自动约分，支持四则运算

关键代码2：generateExpression（表达式生成算法）
思路：递归生成表达式树，加权随机选择运算符，处理边界条件。

关键代码3：交互界面系统
思路：提供双重接口，既支持系统的命令行参数方式，也提供友好的图形化交互界面，提升用户体验。

关键代码4：题目验证
思路：确保生成的题目符合小学数学要求

五、测试运行

测试用例编号	输入参数	预期结果	实际结果	测试目的
1	-n 1 -r 5	生成1道题，数值≤4，1-3个运算符，结果非负	示例："3 + 1/2 ="，答案"3.5"	基础功能验证
2	-n 100 -r 10	100道题无重复，除法结果为真分数（如"2 ÷ 3 ="，答案"2/3"）	无重复，除法结果均为真分数	去重与除法规则验证
3	-n 5 -r 2	数值≤1，无分数（因r-1=1<2），示例："1 - 0 ="，答案"1"	所有题目为整数，无分数	范围边界验证（r=2）
4	-n 10 -r 0	报错："范围参数必须大于等于2"	正确报错	参数合法性校验
5	-n -5 -r 10	报错："必须提供 -n 和 -r 参数"（n≤0）	正确报错	负数值参数校验
6	-n 1000 -r 50	生成进度每1000道打印一次，无崩溃，Exercises.txt和Answers.txt行数一致	进度正常打印，文件行数均为1000	大批量生成稳定性验证
7	-n 1 -r 10	带括号题目（40%概率），示例："(2'1/3 + 5) - 3 ="，答案"4'1/3"	成功生成带括号题目	括号生成逻辑验证
8	-n 1 -r 10	减法无负数，示例："5 - 2'1/2 ="，答案"2'1/2"（不会出现"2'1/2 - 5"）	所有减法题左操作数≥右操作数	减法非负规则验证
9	-n 2 -r 10	相同表达式不同括号视为重复（如"(1+2)+3"和"1+(2+3)"视为同一题）	第二道题自动生成不同表达式，无重复	重复检测逻辑验证
10	-h	显示帮助信息（用法、示例、说明）	帮助信息完整，格式正确	帮助功能验证

程序正确性保证

逻辑正确性：所有运算（加减乘除）通过Fraction类的化简和边界处理（如减法非负、除法真分数）确保结果合法。

无重复性：通过std::set存储标准化后的题目键值，确保相同逻辑的题目不重复生成。

参数校验：对n≤0、r<2等非法输入进行拦截，避免程序崩溃。

文件一致性：生成的Exercises.txt和Answers.txt行数严格相等，确保每道题对应唯一答案。

六、项目小结

1. 结对开发得失

成功点：

1. 分工明确：一人负责Fraction类和运算逻辑，一人负责表达式生成和去重，减少代码冲突。

2. 交叉测试：两人分别设计测试用例，覆盖对方未考虑的边界（如r=2时无分数），提升正确性。

3. 完整实现了四则运算题目生成功能，支持分数和带分数运算；确保题目符合小学数学要求，代码结构清晰，易于维护。
   4.用户体验优化：添加了请屏、进度显示、题目预览等优化功能。
   经验教训：

4. 递归深度控制：初期未限制递归深度，导致栈溢出。

5. 分数运算精度：需要仔细处理分数化简和运算。

6. 错误处理：完善的参数验证很重要。

2. 结对感受

两人互补性强：逻辑严谨的成员负责核心运算，细心的成员负责边界校验和测试，效率高于单人开发。

沟通成本可控：通过即时同步代码进度（如每完成一个函数同步一次），避免了后期大规模修改。

邓莹的闪光点：对分数化简和运算的边界处理考虑周全（如分母为负时的符号调整），减少了后期bug；设计了友好的用户交好界面，提升了程序应用性。

阿迪拉的闪光点：设计了"重试+保底"机制，避免了生成失败导致的死循环。