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@ -1,321 +1,321 @@
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# 数学题目生成系统 - 项目说明
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# 数学题目生成系统 - 项目说明
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## 项目概述
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## 项目概述
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本项目是一个基于Java的数学题目生成系统，专门为不同学段（小学、初中、高中）的教师设计。系统能够根据教师类型自动生成相应难度的数学题目，并支持题目查重、文件存储等功能。
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本项目是一个基于Java的数学题目生成系统，专门为不同学段（小学、初中、高中）的教师设计。系统能够根据教师类型自动生成相应难度的数学题目，并支持题目查重、文件存储等功能。
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## 项目结构
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## 项目结构
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```
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```
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Personal_Project/
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Personal_Project/
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├── src/ # 源代码目录
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├── src/ # 源代码目录
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│ ├── Main.java # 程序入口类
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│ ├── Main.java # 程序入口类
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│ ├── SysFunc.java # 系统功能类（登录、操作界面）
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│ ├── SysFunc.java # 系统功能类（登录、操作界面）
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│ ├── Teacher.java # 教师抽象基类
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│ ├── Teacher.java # 教师抽象基类
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│ ├── PrimaryTea.java # 小学教师类
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│ ├── PrimaryTea.java # 小学教师类
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│ ├── JuniorTea.java # 初中教师类
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│ ├── JuniorTea.java # 初中教师类
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│ └── SeniorTea.java # 高中教师类
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│ └── SeniorTea.java # 高中教师类
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├── doc/ # 文档目录
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├── doc/ # 文档目录
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│ └── 项目说明.md # 项目说明文档
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│ └── 项目说明.md # 项目说明文档
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├── MANIFEST.MF # JAVA JAR清单文件
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├── MANIFEST.MF # JAVA JAR清单文件
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├── 运行程序.bat # Windows批处理文件
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├── 运行程序.bat # Windows批处理文件
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├── 张三1/ # 教师个人文件夹（自动生成）
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├── 张三1/ # 教师个人文件夹（自动生成）
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├── 张三2/
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├── 张三2/
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├── 张三3/
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├── 张三3/
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├── 李四1/
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├── 李四1/
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├── 李四2/
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├── 李四2/
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├── 李四3/
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├── 李四3/
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├── 王五1/
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├── 王五1/
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├── 王五2/
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├── 王五2/
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└── 王五3/
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└── 王五3/
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```
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```
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## 运行环境
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## 运行环境
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- **语言**：Java21.0.4
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- **语言**：Java21.0.4
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- **Windows环境**：Windows11 cmd或powershell终端管理员 (win10或以下版本可能无法识别SysFuc类中的ANSI编码而产生字符乱码) 注意在终端您需要设置编码chcp 936
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- **Windows环境**：Windows11 cmd或powershell终端管理员 (win10或以下版本可能无法识别SysFuc类中的ANSI编码而产生字符乱码) 注意在终端您需要设置编码chcp 936
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- **Linux环境**：ubuntu22.04.5 LTS; 注意终端运行时，需要确认编码格式为UTF-8（下述），而后将Main.java中scanner参数"GBK"删去后重新编译并生成.jar文件以解决乱码问题
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- **Linux环境**：ubuntu22.04.5 LTS; 注意终端运行时，需要确认编码格式为UTF-8（下述），而后将Main.java中scanner参数"GBK"删去后重新编译并生成.jar文件以解决乱码问题
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- __编译命令如下（进入项目目录）：
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- __编译命令如下（进入项目目录）：
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- __javac src/*.java
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- __javac src/*.java
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- __jar cfm MathQuestionGenerator.jar(名称可换) MANIFEST.MF src/*.class
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- __jar cfm MathQuestionGenerator.jar(名称可换) MANIFEST.MF src/*.class
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- __java -jar MathQuestionGenerator.jar
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- __java -jar MathQuestionGenerator.jar
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- **编码**：WINDOWS下标准输入（scanner）为GBK（支持中文输入）,文件保存为UTF-8
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- **编码**：WINDOWS下标准输入（scanner）为GBK（支持中文输入）,文件保存为UTF-8
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-__您可以在终端通过输入命令chcp查看当前编码，936为GBK，65001为UTF-8 (一般是GBK，这种情况不需要额外设置编码格式)
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-__您可以在终端通过输入命令chcp查看当前编码，936为GBK，65001为UTF-8 (一般是GBK，这种情况不需要额外设置编码格式)
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UBUNTU下标准输入（scanner）默认UTF-8，文件保存为UTF-8
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UBUNTU下标准输入（scanner）默认UTF-8，文件保存为UTF-8
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-__您可以通过echo $LANG查看当前编码，并通过export LANG=en_US.UTF-8暂时设置编码格式为UTF-8 (一般是UTF-8，只需要删去Main中scanner的"GBK"参数即可)
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-__您可以通过echo $LANG查看当前编码，并通过export LANG=en_US.UTF-8暂时设置编码格式为UTF-8 (一般是UTF-8，只需要删去Main中scanner的"GBK"参数即可)
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- **依赖**：纯Java标准库，无需额外依赖
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- **依赖**：纯Java标准库，无需额外依赖
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## 运行方法
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## 运行方法
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- **通用**：-下载MathQuestionGenerator.jar(可自行更改名字)
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- **通用**：-下载MathQuestionGenerator.jar(可自行更改名字)
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-完成环境设置以及编码格式设置，见上述运行环境
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-完成环境设置以及编码格式设置，见上述运行环境
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-通过java -jar MathQuestionGenerator.jar运行
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-通过java -jar MathQuestionGenerator.jar运行
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- **批处理**：Windows11环境下，您可以打开项目目录，双击Math.bat文件直接运行
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- **批处理**：Windows11环境下，您可以打开项目目录，双击Math.bat文件直接运行
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-以这种方式运行，您可能会遇到切换不了中文输入的问题，建议您复制一段中文然后粘贴，删除后再输入中文 （小概率）
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-以这种方式运行，您可能会遇到切换不了中文输入的问题，建议您复制一段中文然后粘贴，删除后再输入中文 （小概率）
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## 使用流程
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## 使用流程
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1. **保存文件**：将项目保存至同一目录
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1. **保存文件**：将项目保存至同一目录
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2. **启动程序**：见上述"运行方法"
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2. **启动程序**：见上述"运行方法"
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3. **用户登录**：根据提示输入预置的用户名和密码（格式：用户名 密码）
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3. **用户登录**：根据提示输入预置的用户名和密码（格式：用户名 密码）
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4. **选择模式**：系统显示当前出题类型，可选择切换
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4. **选择模式**：系统显示当前出题类型，可选择切换
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5. **切换类型**：输入" 切换** "切换至对应出题类型
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5. **切换类型**：输入" 切换** "切换至对应出题类型
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6. **生成题目**：输入题目数量（10-30）
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6. **生成题目**：输入题目数量（10-30）
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7. **查看结果**：题目生成后显示保存路径
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7. **查看结果**：题目生成后显示保存路径
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8. **重复使用**：题目生成后可选择继续生成或切换难度
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8. **重复使用**：题目生成后可选择继续生成或切换难度
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9. **退出登录**：输入题目数量为-1则退出当前用户，可重新登录
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9. **退出登录**：输入题目数量为-1则退出当前用户，可重新登录
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10. **退出系统**：可选返回登陆或者退出系统
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10. **退出系统**：可选返回登陆或者退出系统
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## 核心功能
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## 核心功能
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### 1. 用户管理
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### 1. 用户管理
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- **预置用户**：系统预置了9名教师用户（3名小学、3名初中、3名高中）
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- **预置用户**：系统预置了9名教师用户（3名小学、3名初中、3名高中）
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- **登录验证**：支持用户名和密码验证登录
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- **登录验证**：支持用户名和密码验证登录
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- **个人文件夹**：每个教师登录后自动创建个人文件夹用于存储生成的题目
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- **个人文件夹**：每个教师登录后自动创建个人文件夹用于存储生成的题目
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### 2. 题目生成
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### 2. 题目生成
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- **学段适配**：根据教师类型生成相应难度的数学题目
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- **学段适配**：根据教师类型生成相应难度的数学题目
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- **类型切换**：可以切换指定类型出题
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- **类型切换**：可以切换指定类型出题
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- **题目数量**：支持一次性生成10-30道题目
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- **题目数量**：支持一次性生成10-30道题目
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- **随机生成**：题目内容和结构随机生成，确保多样性
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- **随机生成**：题目内容和结构随机生成，确保多样性
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### 3. 题目类型
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### 3. 题目类型
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- **小学题目**：包含加减乘除四则运算，支持括号
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- **小学题目**：包含加减乘除四则运算，支持括号
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- **初中题目**：在小学基础上增加平方(^2)和开方(√)运算
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- **初中题目**：在小学基础上增加平方(^2)和开方(√)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)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)运算
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### 4. 查重机制
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### 4. 查重机制
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- **自动查重**：生成题目时会检查是否与个人历史题目重复
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- **自动查重**：生成题目时会检查是否与个人历史题目重复
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- **文件扫描**：扫描教师个人文件夹中的所有历史题目文件
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- **文件扫描**：扫描教师个人文件夹中的所有历史题目文件
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- **重复处理**：发现重复题目会自动重新生成
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- **重复处理**：发现重复题目会自动重新生成
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### 5. 文件管理
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### 5. 文件管理
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- **自动存储**：生成的题目自动保存到教师个人文件夹
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- **自动存储**：生成的题目自动保存到教师个人文件夹
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- **时间戳命名**：文件名包含生成时间，便于管理
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- **时间戳命名**：文件名包含生成时间，便于管理
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- **格式规范**：题目按序号排列，格式统一
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- **格式规范**：题目按序号排列，格式统一
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## 技术特点
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## 技术特点
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### 面向对象设计
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### 面向对象设计
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- **继承体系**：使用抽象类`Teacher`作为基类，三个具体子类实现不同学段的题目生成
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- **继承体系**：使用抽象类`Teacher`作为基类，三个具体子类实现不同学段的题目生成
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- **统一方法**：由'Teacher'实现子类都具有的类似结构
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- **统一方法**：由'Teacher'实现子类都具有的类似结构
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- **多态应用**：通过抽象方法实现不同学段题目的差异化生成
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- **多态应用**：通过抽象方法实现不同学段题目的差异化生成
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- **封装性**：将用户信息、文件操作等功能封装在相应的类中
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- **封装性**：将用户信息、文件操作等功能封装在相应的类中
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### 算法设计
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### 算法设计
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- **随机算法**：使用Java Random类确保题目的随机性
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- **随机算法**：使用Java Random类确保题目的随机性
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- **括号处理**：智能添加括号，保证表达式合理性
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- **括号处理**：智能添加括号，保证表达式合理性
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- **操作符分布**：合理分布不同难度的操作符
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- **操作符分布**：合理分布不同难度的操作符
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### 文件操作
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### 文件操作
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- **NIO API**：使用Java NIO进行高效的文件读写操作
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- **NIO API**：使用Java NIO进行高效的文件读写操作
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- **异常处理**：完善的异常处理机制确保程序稳定性
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- **异常处理**：完善的异常处理机制确保程序稳定性
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- **路径管理**：自动创建和管理教师个人文件夹以及题目文档
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- **路径管理**：自动创建和管理教师个人文件夹以及题目文档
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## 预置用户信息
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## 预置用户信息
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| 用户名 | 密码 | 类型 | 初始类型 |
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| 用户名 | 密码 | 类型 | 初始类型 |
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|--------|------|------|----------|
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|--------|------|------|----------|
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| 张三1 | 123 | 小学教师 | 小学 |
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| 张三1 | 123 | 小学教师 | 小学 |
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| 张三2 | 123 | 小学教师 | 小学 |
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| 张三2 | 123 | 小学教师 | 小学 |
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| 张三3 | 123 | 小学教师 | 小学 |
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| 张三3 | 123 | 小学教师 | 小学 |
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| 李四1 | 123 | 初中教师 | 初中 |
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| 李四1 | 123 | 初中教师 | 初中 |
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| 李四2 | 123 | 初中教师 | 初中 |
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| 李四2 | 123 | 初中教师 | 初中 |
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| 李四3 | 123 | 初中教师 | 初中 |
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| 李四3 | 123 | 初中教师 | 初中 |
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| 王五1 | 123 | 高中教师 | 高中 |
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| 王五1 | 123 | 高中教师 | 高中 |
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| 王五2 | 123 | 高中教师 | 高中 |
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| 王五2 | 123 | 高中教师 | 高中 |
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| 王五3 | 123 | 高中教师 | 高中 |
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| 王五3 | 123 | 高中教师 | 高中 |
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## API文档
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## API文档
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### Teacher 抽象基类
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### Teacher 抽象基类
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#### 构造函数
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#### 构造函数
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```java
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```java
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public Teacher(String name, String password, String path)
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public Teacher(String name, String password, String path)
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```
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```
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- **参数**：
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|
- **参数**：
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- `name`: 教师用户名
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- `name`: 教师用户名
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- `password`: 教师密码
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- `password`: 教师密码
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- `path`: 教师文件夹路径（可为null，后续自动创建）
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- `path`: 教师文件夹路径（可为null，后续自动创建）
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#### 公共方法
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|
#### 公共方法
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```java
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```java
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public boolean checkDuplicate(String question)
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public boolean checkDuplicate(String question)
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|
```
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|
```
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|
|
|
- **功能**: 检查题目是否与历史题目重复
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|
- **功能**: 检查题目是否与历史题目重复
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|
- **参数**: `question` - 待检查的题目字符串
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- **参数**: `question` - 待检查的题目字符串
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|
- **返回**: `true` - 存在重复，`false` - 无重复
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|
- **返回**: `true` - 存在重复，`false` - 无重复
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|
|
```java
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|
```java
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|
public String generatePath()
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public String generatePath()
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```
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```
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|
- **功能**: 生成题目文件的相对存储路径
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|
- **功能**: 生成题目文件的相对存储路径
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- **返回**: 包含时间戳的文件路径
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- **返回**: 包含时间戳的文件路径
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|
```java
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|
```java
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|
public String generateEX(int num)
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public String generateEX(int num)
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|
|
```
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|
```
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|
- **功能**: 生成指定数量的题目并保存到文件
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|
- **功能**: 生成指定数量的题目并保存到文件
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|
- **参数**: `num` - 题目数量（10-30）
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- **参数**: `num` - 题目数量（10-30）
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|
- **返回**: 保存题目的文件路径
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|
- **返回**: 保存题目的文件路径
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#### 抽象方法
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|
#### 抽象方法
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|
```java
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|
```java
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|
|
|
protected abstract String generateSingleQuestion()
|
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|
|
protected abstract String generateSingleQuestion()
|
|
|
|
```
|
|
|
|
```
|
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|
|
- **功能**: 生成单个题目（由子类实现）
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|
- **功能**: 生成单个题目（由子类实现）
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- **返回**: 题目字符串
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- **返回**: 题目字符串
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```java
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```java
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public abstract String getType()
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|
|
|
public abstract String getType()
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```
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```
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- **功能**: 返回教师类型
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|
|
|
- **功能**: 返回教师类型
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|
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|
- **返回**: "小学"、"初中"或"高中"
|
|
|
|
- **返回**: "小学"、"初中"或"高中"
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### SysFunc 系统功能类
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|
### SysFunc 系统功能类
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#### 静态字段
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|
|
#### 静态字段
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```java
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|
|
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```java
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static final int LEAST_NUM = 10 // 最小题目数量
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static final int LEAST_NUM = 10 // 最小题目数量
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|
static final int MAX_NUM = 30 // 最大题目数量
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|
|
|
static final int MAX_NUM = 30 // 最大题目数量
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|
|
static ArrayList<Teacher> teachers // 用户列表
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|
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|
static ArrayList<Teacher> teachers // 用户列表
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|
static Teacher teacher // 当前用户
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|
|
static Teacher teacher // 当前用户
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|
|
static HashMap<String, Integer> typeMap // 类型映射
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|
|
|
static HashMap<String, Integer> typeMap // 类型映射
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|
|
|
```
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
#### 静态方法
|
|
|
|
#### 静态方法
|
|
|
|
```java
|
|
|
|
```java
|
|
|
|
public static void init()
|
|
|
|
public static void init()
|
|
|
|
```
|
|
|
|
```
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|
|
- **功能**: 初始化系统，预加载用户数据
|
|
|
|
- **功能**: 初始化系统，预加载用户数据
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|
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|
|
|
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|
|
```java
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|
|
|
```java
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|
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|
public static Teacher login(Scanner scanner)
|
|
|
|
public static Teacher login(Scanner scanner)
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|
```
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|
```
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|
|
|
- **功能**: 用户登录界面
|
|
|
|
- **功能**: 用户登录界面
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|
|
|
- **参数**: `scanner` - 输入扫描器
|
|
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|
- **参数**: `scanner` - 输入扫描器
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- **返回**: 登录成功的教师对象
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|
- **返回**: 登录成功的教师对象
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```java
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|
|
|
```java
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|
public static void ShiftType(Scanner scanner)
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|
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|
public static void ShiftType(Scanner scanner)
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|
|
|
```
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|
|
|
```
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|
|
|
- **功能**: 切换出题类型界面
|
|
|
|
- **功能**: 切换出题类型界面
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|
|
|
- **参数**: `scanner` - 输入扫描器
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|
|
- **参数**: `scanner` - 输入扫描器
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|
|
|
|
|
|
|
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|
|
```java
|
|
|
|
```java
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|
public static void Operate(Scanner scanner)
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|
|
public static void Operate(Scanner scanner)
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|
|
|
```
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|
|
|
```
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|
|
|
- **功能**: 主操作界面，处理题目生成流程
|
|
|
|
- **功能**: 主操作界面，处理题目生成流程
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|
|
- **参数**: `scanner` - 输入扫描器
|
|
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|
- **参数**: `scanner` - 输入扫描器
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### PrimaryTea 小学教师类
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|
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|
### PrimaryTea 小学教师类
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|
|
#### 构造函数
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|
|
|
#### 构造函数
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|
```java
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|
|
|
```java
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|
|
|
public PrimaryTea(String name, String password, String path)
|
|
|
|
public PrimaryTea(String name, String password, String path)
|
|
|
|
```
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
#### 特有方法
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|
|
|
#### 特有方法
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|
|
|
```java
|
|
|
|
```java
|
|
|
|
public void getRandom()
|
|
|
|
public void getRandom()
|
|
|
|
```
|
|
|
|
```
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|
|
|
- **功能**: 生成随机操作数和括号位置
|
|
|
|
- **功能**: 生成随机操作数和括号位置
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|
|
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|
|
|
|
|
|
#### 重写方法
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|
|
|
#### 重写方法
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|
|
|
```java
|
|
|
|
```java
|
|
|
|
@Override
|
|
|
|
@Override
|
|
|
|
protected String generateSingleQuestion()
|
|
|
|
protected String generateSingleQuestion()
|
|
|
|
```
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|
|
|
```
|
|
|
|
- **功能**: 生成小学难度数学题目（四则运算）
|
|
|
|
- **功能**: 生成小学难度数学题目（四则运算）
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
```java
|
|
|
|
```java
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|
|
|
@Override
|
|
|
|
@Override
|
|
|
|
public String getType()
|
|
|
|
public String getType()
|
|
|
|
```
|
|
|
|
```
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|
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|
- **返回**: "小学"
|
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|
|
- **返回**: "小学"
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|
### JuniorTea 初中教师类
|
|
|
|
### JuniorTea 初中教师类
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|
|
|
#### 构造函数
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|
|
|
#### 构造函数
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|
```java
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|
|
|
```java
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|
|
|
public JuniorTea(String name, String password, String path)
|
|
|
|
public JuniorTea(String name, String password, String path)
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|
|
|
```
|
|
|
|
```
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|
|
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|
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|
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|
|
#### 特有方法
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|
|
|
#### 特有方法
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|
|
```java
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|
```java
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|
public void getRandom()
|
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|
|
public void getRandom()
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|
```
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|
|
|
```
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|
|
|
- **功能**: 生成随机操作数、特殊运算符和括号位置
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|
|
|
- **功能**: 生成随机操作数、特殊运算符和括号位置
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|
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|
#### 重写方法
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|
|
|
#### 重写方法
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```java
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|
```java
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|
|
@Override
|
|
|
|
@Override
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|
protected String generateSingleQuestion()
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|
|
protected String generateSingleQuestion()
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|
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```
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|
|
|
```
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|
|
|
- **功能**: 生成初中难度数学题目（四则运算 + 平方/开方）
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|
- **功能**: 生成初中难度数学题目（四则运算 + 平方/开方）
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|
```java
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|
|
|
```java
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|
|
@Override
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|
|
|
@Override
|
|
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|
public String getType()
|
|
|
|
public String getType()
|
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```
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```
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|
- **返回**: "初中"
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- **返回**: "初中"
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### SeniorTea 高中教师类
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### SeniorTea 高中教师类
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|
|
#### 构造函数
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|
|
|
#### 构造函数
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|
```java
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|
|
|
```java
|
|
|
|
public SeniorTea(String name, String password, String path)
|
|
|
|
public SeniorTea(String name, String password, String path)
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|
|
|
```
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
#### 特有方法
|
|
|
|
#### 特有方法
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|
```java
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|
```java
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public void getRandom()
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public void getRandom()
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```
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```
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- **功能**: 生成随机操作数、三角函数和括号位置
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- **功能**: 生成随机操作数、三角函数和括号位置
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#### 重写方法
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|
|
#### 重写方法
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```java
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|
```java
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|
@Override
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|
|
|
@Override
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|
protected String generateSingleQuestion()
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protected String generateSingleQuestion()
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```
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```
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|
- **功能**: 生成高中难度数学题目（四则运算 + 三角函数）
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|
- **功能**: 生成高中难度数学题目（四则运算 + 三角函数）
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```java
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|
```java
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|
@Override
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|
@Override
|
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|
public String getType()
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|
public String getType()
|
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```
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```
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- **返回**: "高中"
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- **返回**: "高中"
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### Main 程序入口类
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### Main 程序入口类
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#### 主方法
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|
#### 主方法
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```java
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```java
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public static void main(String[] args)
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public static void main(String[] args)
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```
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```
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- **功能**: 程序入口点，启动数学题目生成系统
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- **功能**: 程序入口点，启动数学题目生成系统
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- **流程**:
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- **流程**:
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1. 初始化系统
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1. 初始化系统
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2. 创建GBK编码的Scanner
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2. 创建GBK编码的Scanner
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3. 进入主循环（登录 → 操作 → 退出选择）
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3. 进入主循环（登录 → 操作 → 退出选择）
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## 扩展性
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## 扩展性
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系统具有良好的扩展性，可以通过以下方式增强功能：
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系统具有良好的扩展性，可以通过以下方式增强功能：
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- 添加用户注册功能
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- 添加用户注册功能
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- 添加新的学段类型
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- 添加新的学段类型
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- 增加新的数学运算类型
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- 增加新的数学运算类型
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- 支持自定义题目难度
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- 支持自定义题目难度
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- 添加题目答案计算功能
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- 添加题目答案计算功能
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- 支持批量导入导出
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- 支持批量导入导出
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## 项目价值
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## 项目价值
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本项目展示了面向对象编程的实际应用，体现了良好的软件工程实践，包括：
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本项目展示了面向对象编程的实际应用，体现了良好的软件工程实践，包括：
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- 清晰的代码结构
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- 清晰的代码结构
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- 符合Google编码规范的设计编写
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- 符合Google编码规范的设计编写
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- 合理，扩展性良好的类设计
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- 合理，扩展性良好的类设计
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- 完善的异常处理
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- 完善的异常处理
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- 用户友好的交互界面
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- 用户友好的交互界面
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- 实用的业务功能
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- 实用的业务功能
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该系统可以实际应用于教育场景，帮助教师快速生成练习题，提高教学效率。
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该系统可以实际应用于教育场景，帮助教师快速生成练习题，提高教学效率。
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hnu202326010425