# 中小学数学卷子自动生成系统

## 项目概述

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，支持小学、初中、高中三个学段的数学题目生成。系统采用面向对象设计，遵循Google Java Style Guide规范，具有完整的用户认证、题目生成、查重和文件管理功能。

**【人工修改】** 本项目在大模型生成基础代码后，经过人工优化（主要是老师要求的操作数范围和自己对操作界面的优化进行修改），在原有功能基础上新增了多项功能改进，包括文件夹结构优化、题目质量提升、用户界面体验优化等，所有修改都已在代码中明确标识。

## 功能特性

### 🔐 用户认证系统
- 预设9个教师账户（小学、初中、高中各3个）
- 用户名密码验证登录
- 清晰的登录提示和错误处理

### 📝 题目生成功能
- **小学题目**：只能有+,-,*,/和()运算符
- **初中题目**：题目中至少有一个平方或开根号的运算符
- **高中题目**：题目中至少有一个sin,cos或tan的运算符
- **操作数范围**：1-5个（小学题目至少2个），取值范围1-100
- **题目数量**：10-30道题

#### 难度要求详细说明（附表-2）
| 年级 | 难度要求 | 备注 |
|------|----------|------|
| 小学 | +,-,*,/ | 只能有+,-,*,/和() |
| 初中 | 平方,开根号 | 题目中至少有一个平方或开根号的运算符 |
| 高中 | sin,cos,tan | 题目中至少有一个sin,cos或tan的运算符 |

### 🔄 年级切换功能
- 支持"切换为XX"命令（XX为小学、初中、高中）
- 实时切换出题模式
- 切换后按回车自动显示新的操作菜单

### 🔍 题目查重功能
- 自动检测历史题目，避免重复
- 基于文件内容的去重算法
- 支持同一用户多次生成不重复题目

### 💾 文件管理功能
- **【人工修改】** 采用三级文件夹结构：`paper/用户名/年级/`
- 文件名格式：`年-月-日-时-分-秒.txt`
- 题目格式：带题号，题目间空行分隔
- 试卷集中管理，按年级分类存储（原来是只按用户名存储）

## 【人工修改】功能增强说明

### 🚀 人工修改概述

在原有功能基础上进行了以下重要改进：

### 🔧 人工修改功能详解

#### 1. 📁 文件夹结构优化
- **修改位置**：`MathQuestionGenerator.java` 第367行（createUserDirectory方法）
- **修改前**：文件直接保存在用户名文件夹中，如 `张三1/2025-01-27-14-30-25.txt`
- **修改后**：采用三级文件夹结构 `paper/用户名/年级/`，如 `paper/张三1/小学/2025-01-27-14-30-25.txt`
- **功能**：创建paper文件夹结构，试卷集中管理
- **效果**：文件按年级分类存储，结构更清晰，便于管理

#### 2. 🎯 小学题目质量提升
- **修改位置**：`PrimaryQuestionGenerator.java` 第12行（getMinOperandCount方法）
- **修改前**：小学题目可能出现单操作数，如 `24`（无效题目，在老师没有说明之前AI所设计）
- **修改后**：小学题目最少2个操作数，如 `24 + 15`（有效题目）
- **功能**：重写getMinOperandCount方法，确保小学题目至少有2个操作数
- **效果**：不再出现单纯的数字，确保题目有效性

#### 3. 🎨 用户界面体验优化
- **修改位置**：`MathQuestionGenerator.java` 第133行（添加exit选项）
- **修改前**：只能通过用户名密码登录，没有退出选项
- **修改后**：支持输入'exit'退出程序，提供更好的用户控制
- **功能**：添加退出选项，提升用户体验
- **效果**：用户可以选择退出程序，操作更灵活

#### 4. 🎯 界面交互体验优化
- **修改位置**：`MathQuestionGenerator.java` 第176行、第238行、第253行、第331行、第341行、第578行等
- **修改前**：切换模式或生成试卷后直接显示界面，界面切换突兀
- **修改后**：切换模式或生成试卷后要求按回车键继续，界面切换更自然
- **功能**：在关键操作后添加"按回车键继续"提示，提升用户体验
- **效果**：用户有时间阅读操作结果，界面切换更自然流畅


**所有修改都使用 `// 【人工修改】` 注释标识，便于识别和追踪。**



## 技术架构

### 🏗️ 设计模式
- **策略模式**：不同年级使用不同的题目生成策略
- **模板方法模式**：抽象类定义通用方法，具体类实现特定逻辑
- **工厂模式**：通过Map管理不同的生成器实例

### 📁 项目结构
```
src/
├── MathQuestionGenerator.java      # 主程序类
├── QuestionGenerator.java          # 题目生成器接口
├── AbstractQuestionGenerator.java  # 抽象题目生成器
├── 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
```

### 🔧 类设计说明

#### 接口层
- **QuestionGenerator**：定义题目生成的标准接口

#### 抽象层
- **AbstractQuestionGenerator**：提供通用的题目生成方法

#### 实现层
- **PrimaryQuestionGenerator**：实现小学题目生成逻辑
- **JuniorQuestionGenerator**：实现初中题目生成逻辑
- **SeniorQuestionGenerator**：实现高中题目生成逻辑

#### 主控制类
- **MathQuestionGenerator**：系统主入口，负责用户交互和流程控制

## 预设账户信息

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

## 使用说明

### 编译JAR文件

#### 方法1：使用javac和jar命令（推荐）

**步骤1：编译Java源文件**
```bash
# 创建输出目录
mkdir -p out/production/project

# 编译所有Java文件
javac -d out/production/project -encoding UTF-8 src/*.java
```

**步骤2：创建MANIFEST.MF文件**
```bash
# 创建MANIFEST.MF文件（Windows PowerShell）
New-Item -ItemType File -Name "MANIFEST.MF" -Value "Manifest-Version: 1.0`nMain-Class: MathQuestionGenerator`n"

# 或者使用文本编辑器手动创建MANIFEST.MF文件，内容如下：
# Manifest-Version: 1.0
# Main-Class: MathQuestionGenerator
```

**步骤3：打包为JAR文件**
```bash
# 创建JAR文件（只包含src文件夹的内容）
jar cfm MathQuestionGenerator.jar MANIFEST.MF -C out/production/project .
```

**完整示例**：
```bash
# 在项目根目录下执行以下命令
mkdir -p out/production/project
javac -d out/production/project -encoding UTF-8 src/*.java
New-Item -ItemType File -Name "MANIFEST.MF" -Value "Manifest-Version: 1.0`nMain-Class: MathQuestionGenerator`n"
jar cfm MathQuestionGenerator.jar MANIFEST.MF -C out/production/project .
java -jar MathQuestionGenerator.jar
```

#### 方法2：使用IDE（如IntelliJ IDEA）

1. **打开项目**：在IDE中打开src文件夹
2. **构建项目**：Build → Build Project
3. **创建JAR**：File → Project Structure → Artifacts → JAR → From modules with dependencies
4. **设置主类**：选择MathQuestionGenerator作为Main Class
5. **构建JAR**：Build → Build Artifacts

### 启动程序
```bash
java -jar MathQuestionGenerator.jar
```

### 操作流程
1. **登录**：输入用户名和密码（用空格隔开），或输入'exit'退出程序
2. **查看菜单**：系统显示当前可进行的操作
3. **生成题目**：输入数字10-30生成指定数量的题目，生成完成后按回车键继续
4. **切换年级**：输入"切换为XX"切换到其他年级，切换完成后按回车键继续
5. **退出登录**：输入"-1"退出当前用户
6. **完全退出**：在登录界面输入'exit'完全退出程序

### 操作示例

```
=== 用户登录 ===
请输入用户名和密码（用空格隔开），或输入 'exit' 退出程序：
> 张三1 123

登录成功！欢迎 张三1 老师

=== 操作菜单 ===
当前选择为小学出题

可进行的操作：
1. 输入数字 10-30：生成指定数量的小学数学题目
2. 输入 '切换为小学'：切换到小学出题模式
3. 输入 '切换为初中'：切换到初中出题模式
4. 输入 '切换为高中'：切换到高中出题模式
5. 输入 '-1'：退出当前用户，重新登录

请输入操作：> 15

生成15道小学题目成功！
文件已保存到：paper/张三1/小学/2025-01-27-14-30-25.txt
按回车键继续...

[按回车键后显示菜单]

=== 操作菜单 ===
当前选择为小学出题
...
```

## 题目示例

### 小学题目
```
1. 15 + 23 × 4
2. 67 - (12 + 8) ÷ 5
3. 45 × 3 + 12 - 8
```

### 初中题目
```
1. 25² + 15 × 3
2. √64 - 12 ÷ 4
3. 8² + √36 × 2
```

### 高中题目
```
1. sin(30) + cos(45) × 2
2. tan(60) - sin(90) ÷ 3
3. cos(0) + sin(30) × 4
```

## 📸 实际操作演示

### 登录界面
![登录界面](images/login_screen.png)
*图1：程序启动后的登录界面，支持用户名密码登录或输入'exit'退出*

### 操作菜单
![操作菜单](images/operation_menu.png)
*图2：登录成功后的操作菜单，显示当前年级和可用操作*

### 题目生成
![题目生成](images/question_generation.png)
*图3：生成题目过程，显示题目数量和保存位置*

### 年级切换
![年级切换](images/grade_switch.png)
*图4：年级切换功能演示，支持小学、初中、高中模式切换*

### 文件输出
![文件输出](images/file_output.png)
*图5：生成的文件结构，采用三级文件夹管理*

### 题目示例展示（此为小学题目）
![题目示例](images/question_examples.png)
*图6：题目示例展示*

## 代码规范

### 📋 Google Java Style Guide合规性
- ✅ 不使用通配符导入（import java.util.*）
- ✅ 明确的类导入语句
- ✅ 符合命名约定（PascalCase、camelCase、UPPER_SNAKE_CASE）
- ✅ 4个空格缩进
- ✅ K&R风格大括号
- ✅ 完整的JavaDoc注释
- ✅ 方法长度控制在40行以内

### 🔍 代码质量
- 无编译错误
- 无linter警告
- 完整的异常处理
- 资源自动管理（try-with-resources）

## 📊 评分标准符合性

### 功能要求对照

| 评分项目 | 要求 | 实现状态 | 说明 |
|---------|------|---------|------|
| **登录功能** | 有文字提示 | ✅ 已实现 | 完整的登录界面和提示信息 |
| **出题功能** | 符合难度要求 | ✅ 已实现 | 小学(+,-,*,/)、初中(平方,开根号)、高中(sin,cos,tan) |
| **出题功能** | 有题号和换行 | ✅ 已实现 | 题目自动编号，题目间空行分隔 |
| **出题功能** | 切换提示正确 | ✅ 已实现 | 切换成功/失败都有明确提示 |
| **出题功能** | 支持多次出题 | ✅ 已实现 | 可连续生成多套试卷 |
| **查重功能** | 有查重功能 | ✅ 已实现 | 完整的题目去重机制 |
| **切换功能** | 有切换功能 | ✅ 已实现 | 支持小学/初中/高中模式切换 |
| **保存功能** | 使用相对路径 | ✅ 已实现 | 文件保存在paper文件夹中 |

### 代码质量要求

| 评分项目 | 要求 | 实现状态 | 说明 |
|---------|------|---------|------|
| **代码规范** | 符合Google规范 | ✅ 已实现 | 完全符合Google Java Style Guide |
| **设计合理性** | 有接口和抽象类 | ✅ 已实现 | 使用策略模式、模板方法模式 |
| **设计合理性** | 方法≤40行 | ✅ 已实现 | 所有方法都符合行数限制 |
| **Bug修复** | 资源泄漏 | ✅ 已实现 | 修复了输入流读取问题 |

## 开发环境

- **Java版本**：JDK 21（推荐JDK 8+）
- **编译工具**：javac
- **运行环境**：JRE 21（推荐JRE 8+）
- **操作系统**：Windows 11（推荐Windows 10+、macOS 10.14+、Ubuntu 18.04+）
- **开发工具**：IntelliJ IDEA（可选）
- **命令行工具**：PowerShell/CMD（注：使用命令行工具运行代码，如果遇到文字乱码或文字无法输入的问题，建议查看 ⚠️ 可能遇到的问题 部分）

## 文件输出

**【人工修改】** 程序采用三级文件夹结构，所有试卷统一存放在 `paper` 文件夹中：

```
paper/                             # 试卷集中存放文件夹（运行时生成）
├── 张三1/                         # 用户文件夹
│   ├── 小学/                      # 年级子文件夹
│   │   ├── 2025-01-27-14-30-25.txt
│   │   └── 2025-01-27-15-45-12.txt
│   ├── 初中/
│   │   └── 2025-01-27-16-20-30.txt
│   └── 高中/
│       └── 2025-01-27-17-10-45.txt
├── 李四1/
│   ├── 小学/
│   ├── 初中/
│   └── 高中/
└── 王五1/
    ├── 小学/
    ├── 初中/
    └── 高中/
```

## 项目特色

### 🎯 面向对象设计
- 清晰的类层次结构
- 良好的封装和抽象
- 易于扩展和维护

### 🔧 代码质量
- 完全符合Google Java Style Guide
- 完整的文档注释
- 健壮的错误处理
- 修复了输入流读取问题
- 所有人工修改都使用 `// 【人工修改】` 标识

### 🚀 用户体验
- 直观的操作界面
- 清晰的功能提示
- 友好的错误信息
- **【人工修改】** 生成题目后要求按回车键继续，界面切换更自然
- **【人工修改】** 支持'exit'命令退出程序

### 📊 功能完整
- 满足所有评分要求
- 支持多种操作模式
- 完整的文件管理
- **【人工修改】** 三级文件夹结构，试卷集中管理

## ⚠️ 可能遇到的问题（主要是我自己写代码调试的时候遇到的，应该也就这一个比较容易遇到）

### 问题：CMD/PowerShell中中文无法识别

**现象**：在命令行中运行程序时，中文用户名无法正确输入或显示乱码。

**原因**：Windows命令行默认使用GBK编码，而Java程序使用UTF-8编码。

**解决方案**：

#### 方法1：修改控制台编码（应该是可以的，但因为是暂时性的，我没有试过）
```cmd
# 在CMD中运行
chcp 65001
java -cp project/src MathQuestionGenerator
```

#### 方法2：修改注册表（我使用的方法）
**步骤1：打开注册表编辑器**
- 按 `Win + R`，输入 `regedit`，回车
- 导航到：`HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Nls\CodePage`

**步骤2：修改代码页**
- 找到 `OEMCP` 项，双击，将值改为 `65001`（UTF-8）
- 找到 `ACP` 项，双击，将值改为 `65001`（UTF-8）
- **重启电脑**

**步骤3：验证修改**
```cmd
# 检查当前代码页
chcp
# 应该显示：活动代码页: 65001
```

**注意事项**：
- 方法2是永久性修改，会影响整个系统
- 建议先尝试方法1，如果经常使用再考虑方法2
- 修改注册表前请备份重要数据

## 未来扩展

- 支持更多数学运算符
- 添加题目难度分级
- 实现题目答案计算
- 支持批量题目生成
- 添加题目统计分析

## 作者信息

- **班级**：软件2301
- **姓名**：王麒晟
- **项目类型**：个人项目
- **开发语言**：Java
- **设计模式**：策略模式、模板方法模式、工厂模式
- **代码规范**：Google Java Style Guide
- **项目状态**：完成，符合评分要求
- **【人工修改】** 经过人工增强优化，功能更加完善


---

*本项目完全符合软件工程导论个人项目的所有要求，经过人工增强优化后功能更加完善。*