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数学题目生成系统项目说明文档

1. 项目概述

1.1 项目名称

中小学数学卷子自动生成程序 (Math Puzzle System)

1.2 项目简介

数学题目生成系统是一个基于Java开发的教育类应用程序，专门用于生成不同教育级别的数学题目。系统支持小学、初中和高中三个级别的题目生成，并提供用户管理、题目去重、试卷保存等功能。

1.3 项目目标

  • 为不同教育级别的学生提供定制化的数学练习题目
  • 避免生成重复题目，提高学习效率
  • 提供用户管理功能，支持多用户使用
  • 生成的题目可保存为文件，便于打印和复习

2. 功能特性

2.1 用户管理

  • 用户注册/登录：支持现有用户登录系统
  • 用户级别切换：支持在小学、初中、高中三个级别间动态切换
  • 个性化存储：为每个用户创建独立的目录存储历史题目

2.2 题目生成

  • 小学级别：生成包含四则运算和括号的简单数学题目，且保证运算结果不会出现负数
  • 初中级别：生成包含四则运算、平方、开根号的数学题目
  • 高中级别：生成包含四则运算和三角函数（sin、cos、tan）的数学题目

2.3 题目去重

  • 历史题目检查：自动检查用户历史题目，避免生成与前述txt文件中的重复题目
  • 会话内去重：防止同一次生成过程中出现重复题目

2.4 文件管理

  • 自动目录创建：为每个用户创建专属目录
  • 时间戳命名：生成的试卷以时间戳命名，确保唯一性
  • 格式化输出：题目按照标准格式：前有题号，题干之间添加一行间隔，便于阅读

3. 系统架构

3.1 核心模块

3.1.1 控制器层 (Controller)

  • StartController：系统主控制器，处理用户交互和系统流程控制

3.1.2 服务层 (Service)

  • QuestionGenerator：题目生成器接口
  • PrimarySchoolGenerator：小学题目生成器
  • JuniorHighGenerator：初中题目生成器
  • SeniorHighGenerator：高中题目生成器
  • CaculatePrimary：小学数学表达式计算器（保证结果不出现负数）
  • FileHandler：文件处理器
  • QuestionDeduplicator：题目去重器

3.1.3 实体层 (Entity)

  • User：用户实体类，包含用户名、密码和级别信息

3.2 交互流程

  1. 用户启动程序
  2. 系统要求用户登录
  3. 用户选择题目数量和级别
  4. 系统生成相应级别的数学题目
  5. 题目去重检查
  6. 生成结果展示并保存到文件

4. 使用说明

4.1 启动程序

java -jar .\mathpuzzle.jar

4.2 用户操作

  1. 登录：输入用户名和密码进行登录
  2. 输入题目数量：输入10-30之间的数字（输入-1退出当前用户）
  3. 切换级别：输入"切换为XX"指令切换到相应级别（如"切换为初中"）
  4. 查看结果：系统生成题目并显示，同时保存到用户目录

4.3 文件结构

./
├── [用户名]/
│   ├── 2024-01-01-12-00-00.txt
│   ├── 2024-01-01-12-05-30.txt
│   └── ...

5. 技术特点

5.1 设计模式

  • 策略模式：不同级别的题目生成器实现统一接口
  • 工厂模式：根据用户级别动态创建相应的题目生成器

5.2 算法特色

  • 双栈算法：用于计算小学级别的数学表达式
  • 随机生成算法：确保题目多样性和随机性
  • 智能去重算法：避免生成重复题目

5.3 代码规范

  • 遵循Google Java编码规范
  • 完整的Javadoc文档
  • 清晰的包结构和类设计

6. 系统要求

6.1 运行环境

  • Java 8或更高版本
  • 至少50MB可用磁盘空间（用于存储题目文件）

6.2 权限要求

  • 需要文件读写权限（用于创建用户目录和保存题目文件）

7. 扩展性说明

7.1 可扩展功能

  • 支持更多教育级别的题目生成
  • 添加更多数学运算符和函数
  • 实现题目难度分级
  • 增加图形界面支持

7.2 代码扩展

  • 通过实现QuestionGenerator接口添加新的题目生成器
  • 通过继承或修改现有生成器类调整题目生成规则
  • 扩展用户实体类添加更多用户属性

8. 项目维护

8.1 代码维护

  • 遵循单一职责原则，每个类只负责特定功能
  • 使用接口编程，便于功能扩展和替换
  • 完整的异常处理机制

8.2 版本管理

  • 建议使用Git进行版本控制
  • 遵循语义化版本控制规范
  • 定期备份重要数据文件

9. 注意事项

  1. 题目数量限制在10-30道之间，确保生成效率
  2. 系统会自动过滤负数结果，确保题目合理性
  3. 生成的题目文件会自动保存，建议定期清理过期文件
  4. 初中和高中题目包含高级运算符，需要相应的数学知识
  5. 设置循环上限，在无法生成完全不重复的题目时自动退出并给出错误信息

10. 联系方式

如需技术支持或功能定制，请联系项目维护者。

版本：1.0
最后更新：2025年
文档状态：正式版