- * 随机生成包含基本运算和三角函数的数学表达式。 + * + *
随机生成包含基本运算符和三角函数的数学表达式。 + * 操作数数量范围为 1–5；当只有 1 个操作数时，表达式必定包含三角函数。
*/ public class HighSchoolQuestionStrategy implements QuestionStrategy { + + /** 基本四则运算符。 */ private static final String[] BASIC_OPS = {"+", "-", "*", "/"}; + + /** 支持的三角函数。 */ private static final String[] TRIG_FUNCS = {"sin", "cos", "tan"}; + /** 随机数生成器。 */ private final Random random = new Random(); + /** + * 生成随机高中数学题。 + * + * @return 包含至少一个三角函数的数学表达式字符串 + */ @Override public String generateQuestion() { - // 随机操作数个数：2~5 - int operandsCount = random.nextInt(4) + 2; - StringBuilder sb = new StringBuilder(); + // 操作数个数：1~5 + int operandsCount = random.nextInt(5) + 1; + StringBuilder expression = new StringBuilder(); boolean hasTrig = false; - for (int i = 0; i < operandsCount; i++) { - int num = random.nextInt(100) + 1; + // 仅一个操作数时，强制生成一个三角函数表达式 + if (operandsCount == 1) { + return buildTrigOperand(); + } - // 每个操作数有概率带三角函数 - if (random.nextBoolean()) { - String func = TRIG_FUNCS[random.nextInt(TRIG_FUNCS.length)]; - sb.append(func).append("(").append(num).append(")"); + // 生成多个操作数与运算符 + for (int i = 0; i < operandsCount; i++) { + String operand = buildOperand(); + expression.append(operand); + if (operand.matches(".*(sin|cos|tan).*")) { hasTrig = true; - } else { - sb.append(num); } + // 添加运算符（除最后一个操作数外） if (i != operandsCount - 1) { - String op = BASIC_OPS[random.nextInt(BASIC_OPS.length)]; - sb.append(" ").append(op).append(" "); + expression.append(' ') + .append(BASIC_OPS[random.nextInt(BASIC_OPS.length)]) + .append(' '); } } // 确保至少包含一个三角函数 if (!hasTrig) { - String func = TRIG_FUNCS[random.nextInt(TRIG_FUNCS.length)]; - int num = random.nextInt(100) + 1; - return func + "(" + num + ") + " + sb; + expression.append(" + ").append(buildTrigOperand()); + } + + return expression.toString(); + } + + /** + * 随机生成一个操作数，可为普通数字或三角函数表达式。 + */ + private String buildOperand() { + int num = random.nextInt(100) + 1; + if (random.nextBoolean()) { + return buildTrigOperandWithNumber(num); } + return String.valueOf(num); + } + + /** + * 随机生成一个仅包含三角函数的操作数。 + */ + private String buildTrigOperand() { + int num = random.nextInt(100) + 1; + return buildTrigOperandWithNumber(num); + } - return sb.toString(); + /** + * 生成指定数字的三角函数操作数。 + * + * @param number 角度值（1~100） + * @return 形如 sin(45) 的字符串 + */ + private String buildTrigOperandWithNumber(int number) { + String func = TRIG_FUNCS[random.nextInt(TRIG_FUNCS.length)]; + return func + "(" + number + ")"; } } diff --git a/src/MiddleSchoolQuestionStrategy.java b/src/MiddleSchoolQuestionStrategy.java index 629cabe..f53c7c0 100644 --- a/src/MiddleSchoolQuestionStrategy.java +++ b/src/MiddleSchoolQuestionStrategy.java @@ -1,50 +1,78 @@ import java.util.Random; /** - * 初中数学题策略实现类。用于生成包含平方和根号的数学题目。 + * 初中数学题策略实现类。 + *用于生成包含平方和根号运算的随机数学题。
*/ public class MiddleSchoolQuestionStrategy implements QuestionStrategy { - private final Random random = new Random(); - private final String[] basicOps = {"+", "-", "*", "/"}; + /** 随机数生成器，生成操作数和运算符索引 */ + private static final Random RANDOM = new Random(); + + /** 基本运算符集合 */ + private static final String[] BASIC_OPS = {"+", "-", "*", "/"}; + + /** + * 生成一条随机数学题。 + *题目包含 1–5 个操作数；若只有 1 个操作数，则必须是平方或根号表达式。
+ * + * @return 随机生成的数学题字符串 + */ @Override public String generateQuestion() { - // 随机操作数个数 2-5。 - int operandsCount = random.nextInt(4) + 2; + int operandsCount = RANDOM.nextInt(5) + 1; // 操作数个数 1–5 StringBuilder sb = new StringBuilder(); boolean hasSquareOrRoot = false; - // 生成运算符和操作数。 - for (int i = 0; i < operandsCount; i++) { - int num = random.nextInt(100) + 1; // 生成 1-100 之间的数字。 - - // 每个操作数有概率平方或开根号。 - if (random.nextBoolean()) { - if (random.nextBoolean()) { - sb.append("(").append(num).append(")^2"); - hasSquareOrRoot = true; - } else { - // 确保根号下的数为正。 - int rootNumber = random.nextInt(100) + 1; - sb.append("√(").append(rootNumber).append(")"); + // 若只有一个操作数，则直接生成平方或根号表达式 + if (operandsCount == 1) { + sb.append(generateSquareOrRoot()); + } else { + // 多个操作数：依次生成操作数和运算符 + for (int i = 0; i < operandsCount; i++) { + String operand = generateOperand(); + sb.append(operand); + if (operand.contains("^2") || operand.contains("√")) { hasSquareOrRoot = true; } - } else { - sb.append(num); - } - - // 添加运算符（除最后一个操作数外）。 - if (i != operandsCount - 1) { - String op = basicOps[random.nextInt(basicOps.length)]; - sb.append(" ").append(op).append(" "); + if (i != operandsCount - 1) { + sb.append(" ").append(BASIC_OPS[RANDOM.nextInt(4)]).append(" "); + } } } - // 如果没有平方或根号，强制添加一个。 + // 如果多操作数情况下没有出现平方或根号，强制追加一个根号项 if (!hasSquareOrRoot) { - int rootNumber = random.nextInt(100) + 1; - sb.append(" + √(").append(rootNumber).append(")"); + sb.append(" + ").append(generateSquareOrRoot()); } + return sb.toString(); } + + /** + * 生成一个随机操作数。 + *有 50% 概率为普通数字，50% 概率为平方或根号表达式。
+ * + * @return 操作数字符串 + */ + private String generateOperand() { + int num = RANDOM.nextInt(100) + 1; + if (RANDOM.nextBoolean()) { + return RANDOM.nextBoolean() + ? "(" + num + ")^2" + : "√(" + (RANDOM.nextInt(100) + 1) + ")"; + } + return String.valueOf(num); + } + + /** + * 强制生成一个平方或根号表达式。 + * + * @return 平方或根号的字符串 + */ + private String generateSquareOrRoot() { + return RANDOM.nextBoolean() + ? "(" + (RANDOM.nextInt(100) + 1) + ")^2" + : "√(" + (RANDOM.nextInt(100) + 1) + ")"; + } }