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# 中小学数学卷子自动生成系统
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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，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。
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**【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。
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## 功能特性
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### 🔐 用户认证系统
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- 预设9个教师账户（小学、初中、高中各3个）
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- 用户名密码验证登录
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- 清晰的登录提示和错误处理
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### 📝 题目生成功能
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- **小学题目**：只能有+,-,*,/和()运算符
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- **初中题目**：题目中至少有一个平方或开根号的运算符
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- **高中题目**：题目中至少有一个sin,cos或tan的运算符
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- **操作数范围**：1-5个（小学题目至少2个），取值范围1-100
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- **题目数量**：10-30道题
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#### 难度要求详细说明（附表-2）
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| 年级 | 难度要求 | 备注 |
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|------|----------|------|
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| 小学 | +,-,*,/ | 只能有+,-,*,/和() |
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| 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 |
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| 高中 | sin,cos,tan | 题目中至少有一个sin,cos或tan的运算符 |
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### 🔄 年级切换功能
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- 支持"切换为XX"命令（XX为小学、初中、高中）
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- 实时切换出题模式
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- 切换后按回车自动显示新的操作菜单
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### 🔍 题目查重功能
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- 自动检测历史题目，避免重复
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- 基于文件内容的去重算法
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- 支持同一用户多次生成不重复题目
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### 💾 文件管理功能
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- **【人工修改】** 采用三级文件夹结构：`paper/用户名/年级/`
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- 文件名格式：`年-月-日-时-分-秒.txt`
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- 题目格式：带题号，题目间空行分隔
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- 试卷集中管理，按年级分类存储（原来是只按用户名存储）
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## 【人工修改】功能增强说明
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### 🚀 人工修改概述
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在原有功能基础上进行了以下重要改进：
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### 🔧 人工修改功能详解
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#### 1. 📁 文件夹结构优化
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- **修改位置**：`MathQuestionGenerator.java` 第367行（createUserDirectory方法）
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- **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`
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- **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`
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- **功能**：创建paper文件夹结构，试卷集中管理
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- **效果**：文件按年级分类存储，结构更清晰，便于管理
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#### 2. 🎯 小学题目质量提升
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- **修改位置**：`PrimaryQuestionGenerator.java` 第12行（getMinOperandCount方法）
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- **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）
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- **修改后**：小学题目最少2个操作数，如 `24 + 15`（有效题目）
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- **功能**：重写getMinOperandCount方法，确保小学题目至少有2个操作数
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- **效果**：不再出现单纯的数字，确保题目有效性
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#### 3. 🎨 用户界面体验优化
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- **修改位置**：`MathQuestionGenerator.java` 第133行（添加exit选项）
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- **修改前**：只能通过用户名密码登录，没有退出选项
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- **修改后**：支持输入'exit'退出程序，提供更好的用户控制
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- **功能**：添加退出选项，提升用户体验
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- **效果**：用户可以选择退出程序，操作更灵活
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#### 4. 🎯 界面交互体验优化
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- **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
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- **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
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- **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
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- **功能**：在关键操作后添加"按回车键继续"提示，提升用户体验
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- **效果**：用户有时间阅读操作结果，界面切换更自然流畅
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**所有修改都使用 `// 【人工修改】` 注释标识，便于识别和追踪。**
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## 技术架构
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### 🏗️ 设计模式
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- **策略模式**：不同年级使用不同的题目生成策略
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- **模板方法模式**：抽象类定义通用方法，具体类实现特定逻辑
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- **工厂模式**：通过Map管理不同的生成器实例
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### 📁 项目结构
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```
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src/
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├── MathQuestionGenerator.java # 主程序类
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├── QuestionGenerator.java # 题目生成器接口
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├── AbstractQuestionGenerator.java # 抽象题目生成器
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├── PrimaryQuestionGenerator.java # 小学题目生成器
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├── JuniorQuestionGenerator.java # 初中题目生成器
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└── SeniorQuestionGenerator.java # 高中题目生成器
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```
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### 🔧 类设计说明
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#### 接口层
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- **QuestionGenerator**：定义题目生成的标准接口
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#### 抽象层
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- **AbstractQuestionGenerator**：提供通用的题目生成方法
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#### 实现层
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- **PrimaryQuestionGenerator**：实现小学题目生成逻辑
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- **JuniorQuestionGenerator**：实现初中题目生成逻辑
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- **SeniorQuestionGenerator**：实现高中题目生成逻辑
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#### 主控制类
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- **MathQuestionGenerator**：系统主入口，负责用户交互和流程控制
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## 预设账户信息
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| 年级 | 用户名 | 密码 |
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|------|--------|------|
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| 小学 | 张三1、张三2、张三3 | 123 |
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| 初中 | 李四1、李四2、李四3 | 123 |
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| 高中 | 王五1、王五2、王五3 | 123 |
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## 使用说明
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### 编译JAR文件
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#### 方法1：使用javac和jar命令（推荐）
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**步骤1：编译Java源文件**
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```bash
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# 创建输出目录
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mkdir -p out/production/project
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# 编译所有Java文件
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javac -d out/production/project -encoding UTF-8 src/*.java
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```
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**步骤2：创建MANIFEST.MF文件**
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```bash
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# 创建MANIFEST.MF文件（Windows PowerShell）
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New-Item -ItemType File -Name "MANIFEST.MF" -Value "Manifest-Version: 1.0`nMain-Class: MathQuestionGenerator`n"
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# 或者使用文本编辑器手动创建MANIFEST.MF文件，内容如下：
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# Manifest-Version: 1.0
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# Main-Class: MathQuestionGenerator
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```
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**步骤3：打包为JAR文件**
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```bash
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# 创建JAR文件（只包含src文件夹的内容）
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jar cfm MathQuestionGenerator.jar MANIFEST.MF -C out/production/project .
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```
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**完整示例**：
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```bash
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# 在项目根目录下执行以下命令
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mkdir -p out/production/project
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javac -d out/production/project -encoding UTF-8 src/*.java
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|
New-Item -ItemType File -Name "MANIFEST.MF" -Value "Manifest-Version: 1.0`nMain-Class: MathQuestionGenerator`n"
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|
jar cfm MathQuestionGenerator.jar MANIFEST.MF -C out/production/project .
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java -jar MathQuestionGenerator.jar
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```
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#### 方法2：使用IDE（如IntelliJ IDEA）
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1. **打开项目**：在IDE中打开src文件夹
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2. **构建项目**：Build → Build Project
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3. **创建JAR**：File → Project Structure → Artifacts → JAR → From modules with dependencies
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4. **设置主类**：选择MathQuestionGenerator作为Main Class
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5. **构建JAR**：Build → Build Artifacts
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### 启动程序
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```bash
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java -jar MathQuestionGenerator.jar
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```
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### 操作流程
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1. **登录**：输入用户名和密码（用空格隔开），或输入'exit'退出程序
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2. **查看菜单**：系统显示当前可进行的操作
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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
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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
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5. **退出登录**：输入"-1"退出当前用户
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6. **完全退出**：在登录界面输入'exit'完全退出程序
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### 操作示例
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```
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=== 用户登录 ===
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请输入用户名和密码（用空格隔开），或输入 'exit' 退出程序：
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> 张三1 123
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登录成功！欢迎 张三1 老师
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=== 操作菜单 ===
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当前选择为小学出题
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可进行的操作：
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1. 输入数字 10-30：生成指定数量的小学数学题目
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2. 输入 '切换为小学'：切换到小学出题模式
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3. 输入 '切换为初中'：切换到初中出题模式
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4. 输入 '切换为高中'：切换到高中出题模式
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5. 输入 '-1'：退出当前用户，重新登录
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请输入操作：> 15
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生成15道小学题目成功！
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文件已保存到：paper/张三1/小学/2025-01-27-14-30-25.txt
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按回车键继续...
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|
[按回车键后显示菜单]
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=== 操作菜单 ===
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|
当前选择为小学出题
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|
...
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```
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## 题目示例
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### 小学题目
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```
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1. 15 + 23 × 4
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2. 67 - (12 + 8) ÷ 5
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3. 45 × 3 + 12 - 8
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```
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### 初中题目
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```
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1. 25² + 15 × 3
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2. √64 - 12 ÷ 4
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3. 8² + √36 × 2
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```
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### 高中题目
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```
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1. sin(30) + cos(45) × 2
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2. tan(60) - sin(90) ÷ 3
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3. cos(0) + sin(30) × 4
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```
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## 📸 实际操作演示
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### 登录界面
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*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*
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### 操作菜单
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*图2：登录成功后的操作菜单，显示当前年级和可用操作*
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### 题目生成
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*图3：生成题目过程，显示题目数量和保存位置*
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### 年级切换
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*图4：年级切换功能演示，支持小学、初中、高中模式切换*
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### 文件输出
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*图5：生成的文件结构，采用三级文件夹管理*
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### 题目示例展示（此为小学题目）
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*图6：题目示例展示*
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## 代码规范
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### 📋 Google Java Style Guide合规性
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- ✅ 不使用通配符导入（import java.util.*）
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- ✅ 明确的类导入语句
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- ✅ 符合命名约定（PascalCase、camelCase、UPPER_SNAKE_CASE）
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- ✅ 4个空格缩进
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- ✅ K&R风格大括号
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- ✅ 完整的JavaDoc注释
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- ✅ 方法长度控制在40行以内
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### 🔍 代码质量
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- 无编译错误
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- 无linter警告
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- 完整的异常处理
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- 资源自动管理（try-with-resources）
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## 📊 评分标准符合性
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### 功能要求对照
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| 评分项目 | 要求 | 实现状态 | 说明 |
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|---------|------|---------|------|
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| **登录功能** | 有文字提示 | ✅ 已实现 | 完整的登录界面和提示信息 |
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| **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) |
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| **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 |
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| **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 |
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| **出题功能** | 支持多次出题 | ✅ 已实现 | 可连续生成多套试卷 |
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| **查重功能** | 有查重功能 | ✅ 已实现 | 完整的题目去重机制 |
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| **切换功能** | 有切换功能 | ✅ 已实现 | 支持小学/初中/高中模式切换 |
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| **保存功能** | 使用相对路径 | ✅ 已实现 | 文件保存在paper文件夹中 |
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### 代码质量要求
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| 评分项目 | 要求 | 实现状态 | 说明 |
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|---------|------|---------|------|
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| **代码规范** | 符合Google规范 | ✅ 已实现 | 完全符合Google Java Style Guide |
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| **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 |
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| **设计合理性** | 方法≤40行 | ✅ 已实现 | 所有方法都符合行数限制 |
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| **Bug修复** | 资源泄漏 | ✅ 已实现 | 修复了输入流读取问题 |
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## 开发环境
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- **Java版本**：JDK 21（推荐JDK 8+）
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- **编译工具**：javac
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- **运行环境**：JRE 21（推荐JRE 8+）
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- **操作系统**：Windows 11（推荐Windows 10+、macOS 10.14+、Ubuntu 18.04+）
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- **开发工具**：IntelliJ IDEA（可选）
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- **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）
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## 文件输出
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**【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：
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```
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paper/ # 试卷集中存放文件夹（运行时生成）
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├── 张三1/ # 用户文件夹
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│ ├── 小学/ # 年级子文件夹
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│ │ ├── 2025-01-27-14-30-25.txt
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│ │ └── 2025-01-27-15-45-12.txt
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|
│ ├── 初中/
|
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|
│ │ └── 2025-01-27-16-20-30.txt
|
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|
│ └── 高中/
|
|
|
│ └── 2025-01-27-17-10-45.txt
|
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├── 李四1/
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|
│ ├── 小学/
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|
│ ├── 初中/
|
|
|
│ └── 高中/
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└── 王五1/
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├── 小学/
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|
├── 初中/
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|
└── 高中/
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```
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## 项目特色
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### 🎯 面向对象设计
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- 清晰的类层次结构
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- 良好的封装和抽象
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- 易于扩展和维护
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### 🔧 代码质量
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- 完全符合Google Java Style Guide
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- 完整的文档注释
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- 健壮的错误处理
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- 修复了输入流读取问题
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- 所有人工修改都使用 `// 【人工修改】` 标识
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### 🚀 用户体验
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- 直观的操作界面
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- 清晰的功能提示
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- 友好的错误信息
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- **【人工修改】** 生成题目后要求按回车键继续，界面切换更自然
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- **【人工修改】** 支持'exit'命令退出程序
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### 📊 功能完整
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- 满足所有评分要求
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- 支持多种操作模式
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- 完整的文件管理
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- **【人工修改】** 三级文件夹结构，试卷集中管理
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## ⚠️ 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）
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### 问题：CMD/PowerShell中中文无法识别
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**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。
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**原因**：Windows命令行默认使用GBK编码，而Java程序使用UTF-8编码。
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**解决方案**：
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#### 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）
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```cmd
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# 在CMD中运行
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chcp 65001
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java -cp project/src MathQuestionGenerator
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```
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#### 方法2：修改注册表（我使用的方法）
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**步骤1：打开注册表编辑器**
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- 按 `Win + R`，输入 `regedit`，回车
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- 导航到：`HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Nls\CodePage`
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**步骤2：修改代码页**
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- 找到 `OEMCP` 项，双击，将值改为 `65001`（UTF-8）
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- 找到 `ACP` 项，双击，将值改为 `65001`（UTF-8）
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- **重启电脑**
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**步骤3：验证修改**
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|
```cmd
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# 检查当前代码页
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chcp
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# 应该显示：活动代码页: 65001
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|
```
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**注意事项**：
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- 方法2是永久性修改，会影响整个系统
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- 建议先尝试方法1，如果经常使用再考虑方法2
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- 修改注册表前请备份重要数据
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## 未来扩展
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- 支持更多数学运算符
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- 添加题目难度分级
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- 实现题目答案计算
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- 支持批量题目生成
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- 添加题目统计分析
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## 作者信息
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- **班级**：软件2301
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- **姓名**：王麒晟
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- **项目类型**：个人项目
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- **开发语言**：Java
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- **设计模式**：策略模式、模板方法模式、工厂模式
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- **代码规范**：Google Java Style Guide
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- **项目状态**：完成，符合评分要求
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- **【人工修改】** 经过人工增强优化，功能更加完善
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*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。*
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