15 KiB

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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

# 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

# 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

# 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：

# 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）

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

启动程序

java -jar MathQuestionGenerator.jar

操作流程

登录：输入用户名和密码（用空格隔开），或输入'exit'退出程序
查看菜单：系统显示当前可进行的操作
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
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
退出登录：输入"-1"退出当前用户
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

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

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

图3：生成题目过程，显示题目数量和保存位置

年级切换

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

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）

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）

# 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

# 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。

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中小学数学卷子自动生成系统

项目概述

功能特性

🔐 用户认证系统

📝 题目生成功能

难度要求详细说明（附表-2）

🔄 年级切换功能

🔍 题目查重功能

💾 文件管理功能

【人工修改】功能增强说明

🚀 人工修改概述

🔧 人工修改功能详解

1. 📁 文件夹结构优化

2. 🎯 小学题目质量提升

3. 🎨 用户界面体验优化

4. 🎯 界面交互体验优化

技术架构

🏗️ 设计模式

📁 项目结构

🔧 类设计说明

接口层

抽象层

实现层

主控制类

预设账户信息

使用说明

编译JAR文件

方法1：使用javac和jar命令（推荐）

方法2：使用IDE（如IntelliJ IDEA）

启动程序

操作流程

操作示例

题目示例

小学题目

初中题目

高中题目

📸 实际操作演示

登录界面

操作菜单

题目生成

年级切换

文件输出

题目示例展示（此为小学题目）

代码规范

📋 Google Java Style Guide合规性

🔍 代码质量

📊 评分标准符合性

功能要求对照

代码质量要求

开发环境

文件输出

项目特色

🎯 面向对象设计

🔧 代码质量

🚀 用户体验

📊 功能完整

⚠️ 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

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）

方法2：修改注册表（我使用的方法）

未来扩展

作者信息

15 KiB

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