随机生成50道加减算术题

一、项目要求

随机生成50道100以内的加减法及混合运算习题数字。
可以实现批改操作。
可以统计正确及错误数量。

二、内容

（一）模块化软件构造

在模块化软件构造中，有如下几个重要问题：

采用什么数据结构类，这里采用的是Equation这个算式内部类，包括四个变量left,right,result,op；
构成算式时如何生成随机数：我们使用generateRandom( )方法，通过Random随机类来产生随机数；
口算题重复：使用occursIn( )方法以及存储算式的习题数据结构，将当前生成的算式和习题中所有算式对比，判断是否重复，重复则继续生成，不重复则加入习题集；
生成加减法混合算式：根据generateEquation( )方，通过生成随机数来实现，若生成随机数为1，则生成加法运算，若为0 ，则生成减法运算。

缺点：若干独立的功能集中在一个类中，不利于发现和修改程序中出现的错误，也不便于扩充程序的功能，所以将算法进行改进。

（二）面向对象软件构造

通过分析模块化程序设计结构，我们可以把所有算法划分为分别以算式和习题为中心的两大函数簇，进而应用面向对象的抽象和封装把两大函数簇设计为两个类：

算式类：封装算式数据结构以及生成算式、生成随机数、判断算式是否相等以及转换为字符串等操作。
习题类：封装习题数据结构及生成习题、输出习题、判断算式在习题中是否存在等操作。
算式类和习题类之间是聚合的关系。也就是整体与部分的关系。在这个关系中，Equation是Exercise的一部分，但是它也可以脱离Exercise独立存在。

由于算式类中封装了特别多的操作，不符合高内聚原则，而且，生成加法算式和减法算式存在很多相同代码，但是计算加法和计算减法的代码缺完全不同，所以将加减法的公共部分抽象出来，定义为算式类。把不同的部分定义为不同的子类，就是加法子类和减法子类。

这里用到的面向对象设计原则为：单一职能原则，里氏代换原则，依赖倒转原则：

单一职能原则：加减法类只封装了自己相关的操作，不会因为某一部分的改变影响它的职责。
里氏代换原则：任何基类Equation可以出现的地方，子类SubEquation和AddEquation一定可以出现。
依赖倒转原则：程序依赖于抽象接口，而没有依赖于具体的实现。用到的设计模式是策略模式，即定义了SubEquation和AddEquation类，并将它们封装起来，它们之间也可以相互替换。

通过抽象类和接口去实现父类和子类的联系，UML类图如下所示：

缺点：虽然面向对象的软件构造实现了习题类和算法类的抽象与封装，但是缺少与用户的交互界面，所以将程序进一步细化。

运行结果如下：

（三）用户交互的软件构造

这部分主要涉及两个较为重要的问题，即菜单交互逻辑过程和何时结束程序运行。菜单交互逻辑过程也就是程序功能之间的操作逻辑，何时结束程序运行即交互界面是一个循环的逻辑控制过程，用户执行完某一操作后，程序就会回到菜单命令界面，这时选择退出程序即可。
主要涉及主函数中的函数调用，主函数如下：

运行结果如下：

缺点：虽然增加了用户交互界面，但是当题目过多时，需要不停的滑动鼠标查看，比较麻烦，所以下面将涉及独立窗口进行实现。

（四）GUI软件构造

实现的功能：界面上共显示20道练习题(类型可以进行选择),用户可以点击按钮更换到下一页的练习题。用户完成后提交答案，显示判题结果。

用到的技术：

窗口布局borderLayout五区：上(菜单栏)，中(答题区面板)，下(批改面板)
答题区：行列流式布局，设定组件和窗口大小匹配
功能逻辑：按照用户交互软件构造部分设计交互菜单

运行结果如下：

三、出现的问题及解决方案

在窗口部分的设计实现中出现了较多的错误，开始不能实现翻页也不能统计正确错误率，但是通过对青岛大学软件构造慕课的学习，将代码进行了修改，最终实现了这些功能。

四、源代码

项目源码已上传至gitee，点击此处跳转

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