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软件工程第三次作业----结对项目

news 2025/10/22 0:50:26

一、作业信息

github网址	https://github.com/easytime2000/MathApp
这个作业属于哪个课程	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/Class34Grade23ComputerScience/?page=3
这个作业要求在哪里	https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/Class12Grade23ComputerScience/homework/13470

李易时：3123004271
林烁：3123004274

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	300	300
Estimate	估计这个任务需要多少时间	300	300
Development	开发	200	200
Analysis	需求分析（包括学习新技术）	60	60
Design Spec	生成设计文档	20	10
Design Review	设计复审	20	20
Coding Standard	代码规范（为目前的开发制定合适的规范）	30	20
Design	具体设计	60	50
Coding	具体编码	100	120
Code Review	代码复审	5	10
Test	测试（自我测试，修改代码，提交修改）	15	20
Reporting	报告	15	30
Test Report	测试报告	15	15
Size Measurement	计算工作量	20	20
Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结，并提出过程改进计划	15	20
合计		375	395

三.效能分析
性能优化成果
通过性能分析工具，我们识别并优化了程序中的性能瓶颈：

优化前性能数据:

generate_questions_and_answers 执行时间: 36ms

主要瓶颈: 重复检查算法、表达式生成策略

优化后性能数据:

generate_questions_and_answers 执行时间: 3.2ms

性能提升: 超过10倍

性能优化策略
缓存机制: 使用哈希缓存避免重复计算

预生成策略: 预生成操作符组合减少随机选择

快速约束检查: 提前终止无效表达式生成

简化重复检查: 使用哈希值比较替代复杂表达式分析

智能重试机制: 合理控制最大尝试次数

性能分析图:

从性能分析图可见：

test_full_generation_and_write: 45.2% 执行时间

generate_questions_and_answers: 3.2% 执行时间（优化后）

其他工具函数: 占比均小于5%
设计实现过程
系统架构
text
四则运算系统
├── 命令行接口 (command_line.py)
├── 图形界面 (gui.py, main.py)
├── 核心引擎
│ ├── 题目生成 (question_generator.py)
│ ├── 分数处理 (fraction_utils.py)
│ ├── 评分系统 (grader.py)
│ └── 工具函数 (utils.py)

关键类与函数设计

题目生成模块 (question_generator.py)
python

核心函数

generate_questions_and_answers(n, range_val) # 主生成函数
generate_valid_expression_fast() # 快速生成有效表达式
generate_number() # 生成数字（整数或分数）
is_duplicate_fast() # 快速重复检查

分数处理模块 (fraction_utils.py)
python

parse_fraction() # 解析分数字符串
evaluate_expression() # 计算表达式值
fraction_to_str() # 分数转字符串

评分模块 (grader.py)
python

grade() # 自动评分
write_grade_file() # 生成成绩文件
关键算法流程图
text
开始生成题目
↓
输入参数验证 (n, r)
↓
循环生成直到满足数量或达到最大尝试次数
↓
生成操作符组合
↓
生成数字序列
↓
构建表达式并计算
↓
约束检查（负数、除法结果等）
↓
重复检查
↓
通过检查 → 添加到题目列表
↓
输出题目和答案文件
代码说明
关键代码片段

快速表达式生成（性能优化核心）
python

def generate_valid_expression_fast(range_val, operators):numbers = [generate_number(range_val) for _ in range(len(operators) + 1)]expr_parts = [numbers[0]]current_value = parse_fraction(numbers[0])for i, op in enumerate(operators):next_num = numbers[i + 1]next_value = parse_fraction(next_num)# 快速约束检查 - 提前终止无效生成if op == '-' and current_value < next_value:return None, None  # 减法结果不能为负if op == '÷' and (next_value == 0 or current_value >= next_value):return None, None  # 除法结果应为真分数# ... 运算执行和验证

智能重复检查
python

def is_duplicate_fast(expr, existing_exprs):"""使用哈希值的快速重复检查"""expr_key = hash(expr.replace(' ', ''))  # 移除空格作为keyif expr_key in _expression_cache:return True_expression_cache.add(expr_key)return False

分数表达式计算
python

def evaluate_expression(expr):"""安全计算表达式，支持分数运算"""try:expr_safe = expr.replace('×', '*').replace('÷', '/')# 把分数 1/2 变成 Fraction(1, 2)expr_safe = re.sub(r'(\d+)/(\d+)', r'Fraction(\1, \2)', expr_safe)result = eval(expr_safe, {"Fraction": Fraction})return resultexcept Exception:return None

测试运行
测试用例设计