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中小学数学卷子自动生成程序 - 项目说明文档
一、项目概述
1.1 项目名称
中小学数学卷子自动生成程序
1.2 项目定位
面向小学、初中、高中三个学段的数学题目自动生成工具，支持用户登录验证、分学段出题、题目去重及文件保存功能，满足教学练习中快速生成个性化数学题目的需求。
1.3 核心功能
用户认证：预设小学、初中、高中各 3 个账号，支持用户名密码验证
分学段出题：
小学：仅包含 +、-、*、/ 及括号，确保减法非负、除法整除
初中：在小学基础上增加平方（²）、开根号（√），且每题至少包含 1 个特殊运算符
高中：在小学基础上增加 sin、cos、tan 三角函数（仅使用 0°、30°、45° 等特殊角度）
题目去重：自动读取用户历史生成题目，避免重复
文件管理：按用户创建专属文件夹，以时间戳命名题目文件，便于追溯
1.4项目需求
用户：
小学、初中和高中数学老师。
功能：
1、命令行输入用户名和密码，两者之间用空格隔开（程序预设小学、初中和高
中各三个账号，具体见附表），如果用户名和密码都正确，将根据账户类型显
示“当前选择为 XX 出题”，XX 为小学、初中和高中三个选项中的一个。否则
提示“请输入正确的用户名、密码”，重新输入用户名、密码；
2、登录后，系统提示“准备生成 XX 数学题目，请输入生成题目数量（输入-1
将退出当前用户，重新登录）：”，XX 为小学、初中和高中三个选项中的一
个，用户输入所需出的卷子的题目数量，系统默认将根据账号类型进行出题。
每道题目的操作数在 1-5 个之间，操作数取值范围为 1-100；
3、题目数量的有效输入范围是“10-30”（含 10,30，或-1 退出登录），程序
根据输入的题目数量生成符合小学、初中和高中难度的题目的卷子（具体要求
见附表）。同一个老师的卷子中的题目不能与以前的已生成的卷子中的题目重
复（以指定文件夹下存在的文件为准，见 5）；
4、在登录状态下，如果用户需要切换类型选项，命令行输入“切换为 XX”，
XX 为小学、初中和高中三个选项中的一个，输入项不符合要求时，程序控制台
提示“请输入小学、初中和高中三个选项中的一个”；输入正确后，显示“系
统提示“准备生成 XX 数学题目，请输入生成题目数量”，用户输入所需出的卷
子的题目数量，系统新设置的类型进行出题；
5、生成的题目将以“年-月-日-时-分-秒.txt”的形式保存，每个账号一个文
件夹。每道题目有题号，每题之间空一行；
二、项目结构
2.1 目录结构
plaintext
软4_张豪_个人项目/
├─ src/ # 源代码目录
│ ├─ IUserManager.java # 用户管理接口
│ ├─ UserManager.java # 用户管理接口实现类
│ ├─ IQuestionGenerator.java # 题目生成接口
│ ├─ QuestionGenerator.java # 题目生成接口实现类
│ ├─ IQuestionStorage.java # 题目存储接口
│ ├─ QuestionStorage.java # 题目存储接口实现类
│ └─ MathTestGenerator.java # 程序主类（含main方法）
└─ doc/ # 文档目录
└─ shuoming.md # 项目说明文档（本文档）
2.2 类职责说明
类 / 接口 所属目录 核心职责
MathTestGenerator src 程序入口，协调用户登录、题目生成、文件保存流程，处理命令行交互
IUserManager src 定义用户管理规范，包含用户验证方法
UserManager src 实现用户验证逻辑，存储预设账号信息（用户名：密码 -> 学段）
IQuestionGenerator src 定义题目生成规范，包含分学段生成题目方法
QuestionGenerator src 实现分学段题目生成逻辑，处理运算符选择、括号添加、题目去重
IQuestionStorage src 定义题目存储规范，包含文件夹创建、历史题目读取、题目保存方法
QuestionStorage src 实现文件操作逻辑，按用户创建目录、读取历史 TXT 文件、生成时间戳命名的题目文件
三、环境依赖
3.1 运行环境
JRE 版本：JRE 8 及以上（推荐 JRE 8 / JRE 11，兼容性最优）
操作系统：Windows 10/11
3.2 开发环境
JDK 版本：JDK 17
开发工具：IntelliJ IDEA、IDEA
四、使用教程
4.1 编译源代码（本地运行需执行）
打开命令行，进入 src 目录：
bash
# Windows示例
cd D:\软4_张豪_个人项目\src
4.2 运行程序
保持在 src 目录，执行运行命令：
bash
java MathTestGenerator
按提示完成操作：
步骤 1：登录：输入预设用户名和密码（空格分隔），例如：
请输入用户名和密码（用空格隔开）：张三1 123
预设账号列表：
学段 用户名 密码
小学 张三1/2/3 123
初中 李四1/2/3 123
高中 王五1/2/3 123
步骤 2：生成题目：输入题目数量（10-30 之间，输入 -1 退出当前用户），例如：
准备生成 小学 数学题目，请输入生成题目数量（输入-1将退出当前用户，重新登录）：15
步骤 3：切换学段（可选）：输入 切换为+学段 可切换出题类型，例如：
准备生成 小学 数学题目，请输入生成题目数量（输入-1将退出当前用户，重新登录）：切换为初中
4.3 查看生成的题目
程序会在 src 目录下创建用户名命名的文件夹，题目文件以 yyyy-MM-dd-HH-mm-ss.txt 格式命名，例如：
路径：src/张三1/2024-05-20-14-30-25.txt
题目格式：
1. 5 + (3 * 8) = ?
2. √(36) * 4 + 7 = ?
3. sin(30°) + 15 * 3 = ?