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数学题目生成器项目说明文档

1. 项目概述

该项目实现了一个基于不同难度的数学题目生成器，旨在为不同年级（小学、初中和高中）的学生生成数学考试题目。系统支持用户登录、选择不同的年级出题难度、生成题目并保存至文件。通过此系统，教师可以快速生成符合教学需要的数学题目。

2. 项目功能

2.1 用户管理

用户登录：系统支持通过用户名和密码进行登录验证。
用户类型：支持小学、初中和高中三种用户类型。不同用户类型对应不同的题目生成规则。
用户切换：登录后可以在不同难度的题目生成器之间切换。

2.2 题目生成

题目生成器：根据用户选择的年级，使用不同的题目生成规则。生成的题目包括加法、减法、乘法、除法、平方、开根号以及三角函数等操作。
题目数量：用户可以指定生成题目的数量，数量范围在10到30道题目之间。
题目保存：生成的题目会自动保存到用户目录下，并以时间戳命名文件。
唯一性验证：系统确保生成的题目在当前用户目录下是唯一的，避免重复。

2.3 用户界面

提供命令行交互，用户可以查看帮助信息、生成题目、切换题目难度或退出程序。
支持查看帮助信息，提供清晰的操作说明。

3. 系统架构

该项目采用面向对象设计，主要类如下：

3.1 `ExamManager`

ExamManager是整个系统的核心类，负责题目的生成与管理。主要功能包括：

根据用户类型创建相应的题目生成器。
管理用户目录，确保每个用户有独立的存储空间。
生成符合要求的题目并保存。

3.2 `QuestionGenerator`接口

所有题目生成器都实现了QuestionGenerator接口。此接口定义了生成题目和验证题目的方法。

generateQuestion()：生成一道数学题目。
getType()：返回生成器对应的年级类型。
isValidQuestion()：验证生成的题目是否符合规范。

3.3`PrimaryQuestionGenerator`、`JuniorQuestionGenerator`、`SeniorQuestionGenerator`

这三个类分别实现了QuestionGenerator接口，为不同年级的用户提供题目生成服务。它们根据年级的不同，生成不同难度的数学题目。

3.4 `User`和`UserManager`

User类存储用户的基本信息，包括用户名、密码和用户类型。
UserManager类管理所有的用户，负责用户的登录认证。

3.5 `MathExamApp`

这是整个应用程序的入口，提供了一个命令行界面。用户可以通过输入命令进行登录、选择难度、生成题目等操作。

4. 代码详解

4.1 题目生成规则

4.1.1 `PrimaryQuestionGenerator`

为小学用户生成简单的数学题目。题目中包含1至5个运算符（加法、减法、乘法、除法），每道题目包含2至6个数字，生成类似：

25 + 30 - 12

4.1.2 `JuniorQuestionGenerator`

为初中用户生成的题目包括平方（^2）和开根号（√）等扩展操作。题目中包括1至5个操作符以及平方或开根号操作，生成类似：

12 + 24 - √(36) + 45

4.1.3 `SeniorQuestionGenerator`

为高中用户生成的题目包含三角函数（sin, cos, tan）以及基础运算符（加、减、乘、除）。题目中包括1至5个操作符和至少一个三角函数，生成类似：

sin(45) + 20 * 3 - cos(30)

4.2 用户管理与登录

UserManager类提供了用户的认证功能，使用用户名和密码进行验证。支持去除用户输入中的空格，确保用户名与密码的匹配不会受到空格影响。

4.3 题目保存

每当生成的题目数量满足要求后，ExamManager会将题目保存到用户目录下，并以当前时间戳命名文件。保存的文件格式为：

1. 12 + 24 - 15
2. 18 * 3 + 50

5. 运行说明

5.1 启动程序

运行MathExamApp类，启动命令行应用程序。程序将提示用户输入用户名和密码。

5.2 用户登录

用户需要输入用户名和密码，用户名和密码必须和UserManager中预设的用户匹配。登录成功后，用户可以选择生成题目或切换题目难度。

5.3 生成题目

用户输入题目数量（10-30道题），系统将生成相应数量的题目。用户还可以选择切换题目难度（小学、初中、高中）。

5.4 退出程序

输入-1可以退出程序。输入0将退出当前用户，重新登录。

6. 代码结构

.
├── ExamManager.java               # 题目管理类
├── MathExamApp.java               # 程序入口与交互逻辑
├── PrimaryQuestionGenerator.java  # 小学题目生成器
├── JuniorQuestionGenerator.java   # 初中题目生成器
├── SeniorQuestionGenerator.java   # 高中题目生成器
├── QuestionGenerator.java         # 题目生成器接口
├── User.java                      # 用户类
├── UserManager.java               # 用户管理类
└── UserType.java                  # 用户类型枚举类

7. 依赖与配置

Windows 系统下运行步骤

配置 Java 22 编译环境

确保系统已安装 Java 22 JDK 版本
设置控制台编码

打开 cmd 命令行工具

执行以下命令设置 .NET 控制台输入输出编码：

powershell
```
[Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
```
运行程序

使用以下指令执行 .jar 文件：

cmd
```
java -jar .\MathExamApp.jar
```

Linux 系统下运行步骤

配置 Java 22 JDK 版本

确保系统已安装 Java 22 JDK
运行程序

使用以下指令执行程序：

bash
```
java -jar MathExamApp.jar
```

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