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# 中小学数学卷子自动生成程序
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## 项目简介
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这是一个基于Java开发的智能数学试卷自动生成系统，专为中小学数学教师设计。系统能够根据不同学段（小学、初中、高中）自动生成符合教学大纲要求的数学题目，支持用户管理、题目查重、类型切换等功能。
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## 功能特点
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### 🔐 用户认证系统
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- **多用户支持**：预设小学、初中、高中各三个测试账户
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- **安全验证**：用户名密码双重验证机制
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- **权限管理**：不同学段用户只能生成对应难度的题目
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### 📝 智能题目生成
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- **小学题目**：加减乘除四则运算，支持括号优先级
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- **初中题目**：包含平方、开根号等进阶运算
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- **高中题目**：支持三角函数等高等数学运算
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- **难度控制**：操作数范围1-100，操作符数量1-5个
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- **随机性保证**：基于Java Random类的真随机数生成
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### 🔍 智能查重系统
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- **历史查重**：自动检查用户历史生成的题目
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- **实时去重**：避免在同一份试卷中出现重复题目
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- **文件级查重**：基于用户文件夹下的所有历史文件
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### 🔄 灵活类型切换
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- **动态切换**：登录状态下可随时切换出题类型
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- **命令格式**：输入"切换为 XX"（XX为小学、初中、高中）
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- **即时生效**：切换后立即应用新的题目生成规则
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### 💾 智能文件管理
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- **用户隔离**：按用户名创建独立的文件夹
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- **时间戳命名**：文件名格式：年-月-日-时-分-秒.txt
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- **规范格式**：题目有序号，每题之间空一行，便于阅读
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## 预设账户
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| 学段 | 用户名 | 密码 | 权限说明 |
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|------|--------|------|----------|
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| 小学 | 张三1 | 123 | 生成小学难度题目 |
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| 小学 | 张三2 | 123 | 生成小学难度题目 |
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| 小学 | 张三3 | 123 | 生成小学难度题目 |
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| 初中 | 李四1 | 123 | 生成初中难度题目 |
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| 初中 | 李四2 | 123 | 生成初中难度题目 |
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| 初中 | 李四3 | 123 | 生成初中难度题目 |
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| 高中 | 王五1 | 123 | 生成高中难度题目 |
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| 高中 | 王五2 | 123 | 生成高中难度题目 |
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| 高中 | 王五3 | 123 | 生成高中难度题目 |
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## 技术架构
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### 项目结构
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```
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src/
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├── App.java # 主程序入口，控制程序流程
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├── User.java # 用户实体类，管理用户信息和认证
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├── QuestionGenerator.java # 题目生成器抽象类，定义公共接口
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├── PrimarySchoolGenerator.java # 小学题目生成器实现
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├── MiddleSchoolGenerator.java # 初中题目生成器实现
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├── HighSchoolGenerator.java # 高中题目生成器实现
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└── FileManager.java # 文件操作工具类
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```
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### 核心类说明
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- **App类**：程序主控制器，负责用户交互和流程调度
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- **User类**：用户数据模型，包含用户名、密码和权限信息
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- **QuestionGenerator**：抽象工厂模式，定义题目生成规范
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- **各学段生成器**：策略模式实现，不同难度采用不同生成策略
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- **FileManager**：单例模式，统一管理文件读写操作
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## 快速开始
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### 环境要求
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#### 系统平台要求
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- **操作系统**：Windows 10/11、macOS 10.14+、Linux Ubuntu 18.04+ 或其他支持Java的命令行操作系统
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- **Java版本**：Java 17 或更高版本（推荐Java 21或Java 23）
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- **磁盘空间**：至少100MB可用磁盘空间
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- **内存要求**：至少512MB可用内存
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#### 环境配置
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1. **Java环境检查**：
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```bash
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java -version
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javac -version
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```
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确保两个命令都能正确显示版本信息
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2. **字符编码设置**（重要）：
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- 在Windows PowerShell中运行前，必须先设置UTF-8编码：
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```powershell
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[Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
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```
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- 在CMD中，使用`chcp 65001`设置UTF-8编码
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- Linux/macOS系统通常默认支持UTF-8
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3. **路径配置**：
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- 确保Java的bin目录已添加到系统PATH环境变量中
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- 项目路径中不要包含中文或特殊字符
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#### 运行参数
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- **默认参数**：程序运行无需额外参数
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- **内存设置**（可选）：如需处理大量题目，可设置JVM内存：
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```bash
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java -Xmx512m -cp bin App
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```
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- **编码强制设置**（如遇到乱码）：
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```bash
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java -Dfile.encoding=UTF-8 -cp bin App
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```
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### 编译项目
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#### 终端运行前准备
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**重要**：在运行程序前，请先在终端中执行以下命令设置UTF-8编码：
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```powershell
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# Windows PowerShell（必须执行）
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[Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
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```
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```bash
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# 进入项目目录
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cd 1
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# 编译所有Java源文件
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javac -d bin src/*.java
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# Windows系统也可使用：
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javac -d bin src\*.java
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```
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### 运行程序
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```bash
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# 运行主程序（确保已执行上述编码设置）
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java -cp bin App
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# 或者指定类路径
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java -classpath bin App
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# 完整命令示例（包含编码设置和运行）：
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[Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
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cd 1
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java -cp bin App
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```
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## 使用指南
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### 基本操作流程
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1. **启动程序**：运行`java -cp bin App`命令
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2. **用户登录**：输入用户名和密码（用空格分隔）
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```
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请输入用户名和密码（用空格隔开）：张三1 123
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```
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3. **查看权限**：登录成功后显示当前出题类型
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```
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登录成功！当前出题类型：小学
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```
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4. **生成题目**：输入要生成的题目数量（10-30）
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```
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请输入题目数量（10-30）：15
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```
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5. **切换类型**：或输入"切换为 XX"来改变出题类型
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```
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请输入题目数量或切换类型：切换为初中
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```
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6. **退出登录**：输入"-1"退出当前用户
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### 文件输出示例
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生成的试卷文件示例：
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```
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1. (3 + 5) × 2 - 4 ÷ 2 =
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2. 7 × (9 - 3) + 6 ÷ 2 =
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3. 12 + 8 ÷ 4 × 3 - 5 =
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...
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```
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## 开发规范
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### 代码质量
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- **面向对象设计**：采用清晰的类结构和职责分离
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- **方法简洁性**：单个方法代码行数控制在40行以内
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- **命名规范**：遵循Java驼峰命名法，见名知意
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- **注释完整**：关键方法和复杂逻辑有详细注释
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### 错误处理
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- **输入验证**：对用户输入进行严格的格式和范围检查
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- **异常捕获**：使用try-catch处理可能的运行时异常
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- **友好提示**：提供清晰易懂的错误信息
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## 扩展建议
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### 功能扩展
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1. **题目难度分级**：在每个学段内设置不同难度级别
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2. **题目类型扩展**：增加几何、代数等更多题目类型
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3. **批量生成**：支持一次性生成多套试卷
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4. **模板定制**：允许教师自定义试卷模板格式
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### 技术优化
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1. **数据库支持**：使用数据库存储用户和题目数据
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2. **Web界面**：开发Web版界面，提升用户体验
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3. **算法优化**：改进题目生成算法，提高题目质量
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4. **国际化**：支持多语言界面
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## 注意事项
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### 系统要求
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- 确保Java环境正确安装并配置PATH
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- 程序运行目录需要有写权限
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- 建议在SSD硬盘上运行以获得更好的文件读写性能
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### 数据安全
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- 用户密码以明文存储，生产环境建议加密
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- 定期备份papers文件夹中的重要数据
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- 避免在公共计算机上保存敏感的用户数据
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### 性能考虑
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- 题目数量较多时，生成时间会相应增加
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- 历史文件较多时，查重操作可能影响性能
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- 建议定期清理不再需要的历史试卷文件
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## 技术支持
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如遇到问题，请检查：
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1. Java环境是否安装正确
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2. 文件路径权限是否足够
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3. 输入格式是否符合要求
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4. 磁盘空间是否充足
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*最后更新：2025年9月28日*
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