doc/README.md

@@ -9,31 +9,35 @@
 - 支持小学、初中和高中三个级别的用户账号
 - 每个级别预设3个账号，密码统一为123
 - 登录成功后显示当前选择的出题级别
+- 支持用户退出功能，可重新登录
 
 ### 2. 题目生成功能
 - 根据账号类型自动选择对应的难度级别生成题目
 - 支持自定义生成题目数量（范围：10-30题）
 - 操作数范围：1-100
-- 操作数个数：2-5个
+- 操作数个数：1-5个
+- 生成题目时实时显示题目内容
 
 ### 3. 多难度级别支持
-- **小学**：仅包含加减乘除四则运算和括号
-- **初中**：在小学基础上增加平方和开根号运算，且每道题至少包含一个平方或开根号
-- **高中**：在初中基础上增加三角函数（sin、cos、tan），且每道题至少包含一个三角函数
+- **小学**：仅包含加减乘除四则运算和括号，支持随机括号嵌套
+- **初中**：在小学基础上增加平方和开根号运算，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；确保每道题至少包含一个平方或开根号
+- **高中**：在初中基础上增加三角函数（sin、cos、tan），题目包含1-5个操作数；若只有1个操作数，则强制为三角函数表达式；确保每道题至少包含一个三角函数
 
 ### 4. 题目类型切换
 - 支持在登录状态下切换不同难度级别的题目生成
 - 输入格式：`切换为 小学/初中/高中`
+- 切换成功后系统清屏并提示新的难度级别
 
 ### 5. 题目查重功能
 - 自动检测新生成的题目是否与当前用户历史生成的题目重复
+- 设置最大尝试次数，防止在题库不足时陷入死循环
 - 确保每个用户生成的题目都是唯一的
 
 ### 6. 文件保存功能
 - 题目以文本文件形式保存
-- 文件名格式：`年-月-日-时-分-秒.txt`
-- 每个用户有独立的文件夹存储题目
-- 题目包含题号，每题之间空一行
+- 文件名格式：`yyyy-MM-dd-HH-mm-ss.txt`（基于生成时间）
+- 每个用户有独立的文件夹存储题目（文件夹名为用户名）
+- 题目包含题号，每题之间空一行，便于阅读
 
 ## 使用说明
 
@@ -45,11 +49,13 @@
 ### 生成题目
 1. 登录成功后，系统提示输入题目数量
 2. 输入10-30之间的数字生成对应数量的题目
-3. 输入-1退出当前用户，返回登录界面
+3. 系统将显示生成的题目并保存到用户文件夹
+4. 输入-1退出当前用户，返回登录界面
 
 ### 切换难度
 - 在任何提示输入题目数量的界面，输入`切换为 小学/初中/高中`即可切换题目难度
 - 切换成功后，系统会提示新的难度级别
+- 输入无效时，系统会提示错误信息并保持当前难度
 
 ## 账号列表
 
@@ -67,7 +73,7 @@
 
 ## 项目结构
 ```
-quesproject/
+relentless1/
 ├── src/                 # 源代码目录
 │   ├── Main.java                 # 程序入口类
 │   ├── User.java                 # 用户类
@@ -81,26 +87,74 @@ quesproject/
 │   └── FileUtils.java            # 文件操作工具类
 ├── doc/                 # 文档目录
 │   └── README.md        # 项目说明文档
-├── [用户名]/            # 用户题目文件夹（运行时自动创建）
+└── [用户名]/            # 用户题目文件夹（运行时自动创建）
 ```
 
 ## 技术实现
 
 ### 设计模式
-- **工厂模式**：通过QuestionStrategyFactory创建不同级别的题目生成策略
-- **策略模式**：通过QuestionStrategy接口及其实现类实现不同难度级别的题目生成
-
-### 核心功能实现
-1. **用户验证**：通过预设的账号列表进行验证
-2. **题目生成**：根据不同难度级别使用不同的策略生成题目
-3. **查重功能**：读取用户历史题目文件，确保新生成的题目不重复
-4. **文件管理**：自动创建用户文件夹，按指定格式保存题目文件
+- **策略模式**：通过`QuestionStrategy`接口定义题目生成策略，不同难度级别（小学、初中、高中）实现各自的题目生成算法
+- **工厂模式**：通过`QuestionStrategyFactory`根据用户角色动态创建对应的题目生成策略对象
+
+### 核心类功能
+
+#### Main.java
+- 程序入口，处理用户交互逻辑
+- 实现登录流程、题目数量输入和难度切换功能
+- 包含清屏方法，提升用户体验
+
+#### User.java
+- 表示用户实体，包含用户名、密码和角色属性
+- 提供静态登录方法，验证用户凭据
+- 用户信息硬编码在程序中，每个角色有3个预设账号
+
+#### QuestionGenerator.java
+- 根据用户角色使用对应策略生成题目
+- 实现题目查重逻辑，确保题目唯一性
+- 协调策略选择、题目生成和文件保存
+
+#### QuestionStrategy.java及其实现类
+- `QuestionStrategy`：定义题目生成的接口
+- `ElementaryQuestionStrategy`：实现小学题目的生成，包含加减乘除和括号
+- `MiddleSchoolQuestionStrategy`：实现初中题目生成，增加平方和开根号运算
+- `HighSchoolQuestionStrategy`：实现高中题目生成，增加三角函数运算
+
+#### MathQuestion.java
+- 表示单道数学题，包含题号和题目内容
+
+#### FileUtils.java
+- 提供文件操作工具方法
+- 生成时间戳格式的文件名
+- 保存题目到用户文件夹
+- 加载用户历史题目进行查重
+
+### 算法特点
+1. **小学题目**：支持随机括号位置，确保数学表达式的多样性
+2. **初中题目**：
+   - 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
+   - 有50%概率生成平方或根号操作数
+   - 确保每道题至少有一个平方或开根号运算
+3. **高中题目**：
+   - 题目包含1-5个操作数
+   - 若只有1个操作数，则强制生成三角函数表达式
+   - 支持sin、cos、tan三种三角函数
+   - 确保每道题至少有一个三角函数
+4. **查重机制**：使用HashSet高效检测重复题目，设置最大尝试次数避免死循环
 
 ## 运行环境
 - Java 8及以上版本
-- 支持Windows、Linux、macOS等操作系统
+- 支持Windows和Linux操作系统（清屏功能自适应）
+
+## 扩展建议
+1. 添加自定义操作数范围和运算符的功能
+2. 实现题目答案自动计算功能
+3. 支持更多类型的数学表达式和运算符号
+4. 添加图形用户界面，提升用户体验
+5. 实现用户注册和密码修改功能
+6. 支持题目导入导出功能
 
-## 编译运行
+## 编译与运行
 1. 编译：`javac -d out src/*.java`
 2. 运行：`java -cp out Main`
 

src/HighSchoolQuestionStrategy.java

@@ -2,47 +2,89 @@ import java.util.Random;
 
 /**
  * 高中题目生成策略实现类。
- * <p>
- * 随机生成包含基本运算和三角函数的数学表达式。
+ *
+ * <p>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。</p>
  */
 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 + ")";
   }
 }

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。
+ * <p>用于生成包含平方和根号运算的随机数学题。</p>
  */
 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。
+   * <p>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。</p>
+   *
+   * @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。
+   * <p>有 50% 概率为普通数字，50% 概率为平方或根号表达式。</p>
+   *
+   * @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) + ")";
+  }
 }