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中小学数学卷子自动生成系统 - 项目说明文档
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## 项目概述
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本项目是一个基于 Java 开发的中小学数学卷子自动生成系统，为不同学段的数学教师提供智能化的题目生成和试卷管理服务。系统支持小学、初中和高中三个难度级别，具备完整的用户认证、题目生成、历史记录和文件管理功能。
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## 系统架构
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### 核心类设计
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| 类名 | 职责描述 |
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| `Main` | 程序主入口，负责用户交互和流程控制 |
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| `User` | 用户实体类，存储用户信息和权限 |
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| `DifficultyLevel` | 难度级别枚举，定义小学、初中、高中三个等级 |
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| `QuestionGenerator` | 题目生成器，根据难度生成不同类型的数学题目 |
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| `QuestionPaper` | 试卷类，管理题目集合和格式化输出 |
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| `FileManager` | 文件管理器，负责试卷的保存和目录管理 |
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### 类关系图
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```
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User → DifficultyLevel
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↓
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Main → QuestionGenerator → QuestionPaper → FileManager
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## 功能特性
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### 1. 分层用户系统
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- **小学用户**: 张三1, 张三2, 张三3 (密码: 123)
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- **初中用户**: 李四1, 李四2, 李四3 (密码: 123)
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- **高中用户**: 王五1, 王五2, 王五3 (密码: 123)
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### 2. 智能题目生成
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- **小学题目**: 基础四则运算（+、-、×、÷），支持括号
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- **初中题目**: 在小学基础上增加平方（²）和开根号（√）运算
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- **高中题目**: 在初中基础上增加三角函数（sin、cos、tan）
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### 3. 高级去重机制
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- 实时检测当前会话中已生成的题目
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- 自动加载用户历史题目并进行去重检查
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- 防止题目重复生成，确保试卷多样性
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### 4. 灵活的操作模式
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- 支持动态切换难度级别（"切换为小学/初中/高中"）
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- 题目数量可配置（10-30题）
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- 支持用户退出重新登录（输入-1）
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### 5. 智能文件管理
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- 按用户名分目录存储试卷文件
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- 时间戳命名格式：`yyyy-MM-dd-HH-mm-ss.txt`
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- 自动创建目录结构，确保文件组织有序
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## 核心算法说明
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### 题目生成策略
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```java
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// 基础题目生成
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private String generateBasicQuestion(int operandCount, String[] operators, boolean useParentheses)
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// 难度特定增强
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private String addPowerOrRoot(String originalQuestion) // 初中：平方/开根
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private String addTrigonometricFunction(String originalQuestion) // 高中：三角函数
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```
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### 去重算法
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```java
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// 双重检查机制
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while (generatedQuestions.contains(question) || userHistoryQuestions.contains(question)) {
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// 重新生成题目
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}
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```
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## 使用指南
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### 启动程序
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```bash
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java Main
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```
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### 操作流程示例
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1. **用户登录**
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```
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请输入用户名和密码（用空格隔开）:
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张三1 123
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当前选择为小学出题
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```
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2. **生成试卷**
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```
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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）:
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15
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试卷已保存至: papers/张三1/2025-09-28-14-30-25.txt
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已生成15道小学数学题目
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```
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3. **切换难度**
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```
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切换为初中
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准备生成初中数学题目，请输入生成题目数量
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```
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4. **退出系统**
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```
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-1
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请输入用户名和密码（用空格隔开）:
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```
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## 文件存储结构
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项目根目录/
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├── papers/ # 试卷存储根目录
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│ ├── 张三1/ # 用户个人目录
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│ │ ├── 2025-01-20-10-15-30.txt
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│ │ └── 2025-01-20-14-20-45.txt
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│ ├── 李四1/
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│ │ └── 2025-01-20-11-25-10.txt
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│ └── 王五1/
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│ └── 2025-01-20-09-10-20.txt
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├── DifficultyLevel.java
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├── FileManager.java
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├── Main.java
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├── QuestionGenerator.java
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├── QuestionPaper.java
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└── User.java
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## 技术特色
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### 1. 面向对象设计
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- 清晰的类职责分离
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- 枚举类型管理难度级别
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- 实体类封装核心数据
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### 2. 算法优化
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- 智能题目生成，确保符合难度要求
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- 高效去重算法，避免重复题目
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- 随机数合理分布，保证题目多样性
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### 3. 用户体验
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- 中文界面，操作直观
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- 实时反馈，错误提示明确
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- 历史记录持久化，跨会话保持
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### 4. 健壮性保障
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- 输入验证和异常处理
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- 文件操作安全可靠
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- 内存管理优化
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## 扩展性设计
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系统采用模块化设计，便于后续扩展：
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- 可轻松添加新的难度级别
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- 支持扩展新的数学运算类型
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- 文件存储格式易于解析和处理
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- 用户管理系统可集成数据库
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## 环境要求
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- **JDK版本**: 17
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- **编码格式**: UTF-8
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- **操作系统**: Windows
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- **存储空间**: 至少 10MB 可用空间
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*本系统专为中小学数学教育设计，致力于为教师提供高效、便捷的试卷生成工具。*
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