# 中小学数学卷子自动生成程序

## 项目简介
这是一个命令行界面的数学题目自动生成程序，专为小学、初中和高中数学老师设计。程序可以根据不同难度级别（小学、初中、高中）自动生成符合相应教学要求的数学题目，并支持题目查重功能，确保每位老师生成的题目不会重复。

## 功能特点

### 1. 用户登录验证
- 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：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，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；但若只有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：`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

### 登录
1. 运行程序后，输入用户名和密码（用空格分隔）
2. 验证成功后，系统提示当前选择的出题级别
3. 验证失败则提示重新输入

### 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. 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

| 级别 | 用户名 | 密码 |
|------|--------|------|
| 小学 | 张三1  | 123  |
| 小学 | 张三2  | 123  |
| 小学 | 张三3  | 123  |
| 初中 | 李四1  | 123  |
| 初中 | 李四2  | 123  |
| 初中 | 李四3  | 123  |
| 高中 | 王五1  | 123  |
| 高中 | 王五2  | 123  |
| 高中 | 王五3  | 123  |

## 项目结构
```
relentless1/
├── src/                 # 源代码目录
│   ├── Main.java                 # 程序入口类
│   ├── User.java                 # 用户类
│   ├── MathQuestion.java         # 数学题目类
│   ├── QuestionGenerator.java    # 题目生成器
│   ├── QuestionStrategy.java     # 题目策略接口
│   ├── QuestionStrategyFactory.java  # 策略工厂类
│   ├── ElementaryQuestionStrategy.java  # 小学题目策略
│   ├── MiddleSchoolQuestionStrategy.java # 初中题目策略
│   ├── HighSchoolQuestionStrategy.java   # 高中题目策略
│   └── 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）
```

## 技术实现

### 设计模式
- **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，题目包含1-5个操作数，单操作数题目强制为平方或根号表达式，确保每道题至少包含一个平方或开根号
- `HighSchoolQuestionStrategy`：实现高中题目生成，增加三角函数（sin、cos、tan）运算，题目包含1-5个操作数，单操作数题目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

#### 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

## 编译与运行

### Windows PowerShell编码设置 (重要)
> **注意**：在Windows PowerShell控制台运行程序前，请先执行以下命令设置编码，否则可能导致中文显示错误或运行的异常：
> ```powershell
> [Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
> ```

### 通过源代码编译运行
1. 编译：`javac -d out src/*.java`
2. 运行：`java -cp out Main`

### 通过JAR包运行
1. 直接运行JAR包：`java -jar out/artifacts/relentless1_jar/relentless1.jar`

## 注意事项
1. 题目数量必须在10-30之间，否则会提示重新输入
2. 切换难度时，请确保输入格式正确：`切换为 级别名称`
3. 程序会在当前目录下创建用户文件夹存储题目文件
4. 为保证查重功能正常，请勿手动修改用户文件夹中的题目文件格式