# **中小学数学卷子自动生成程序说明**
## 一、概述
该项目是一个基于 Java 的中小学数学卷子自动生成系统，支持小学、初中和高中三个难度级别，具备用户登录、题目生成、查重、文件存储等功能。
## 二、类
### 1.Start - 程序入口类
#### **功能：**  
程序的启动入口，调用 Login 类启动登录流程。

#### **方法：**  

main(String[] args)： 启动程序，创建 Login 实例并调用其 Main() 方法。
### 2. Login - 用户登录类
#### **功能：**  

处理用户登录、验证、权限管理和难度切换。

#### **方法：**  

Main()： 主登录循环，接收用户输入并验证。

initializeUserFile()： 初始化用户文件 users.txt，如果不存在则创建。

load()： 从 users.txt 加载用户信息到内存。

Prove(String username, String password)： 验证用户名和密码。

Success(User user, Scanner scanner)： 登录成功后进入题目生成流程。

Switch(QuestionManager questionManager, String input)： 切换题目生成难度。

getRole(String role)：将英文角色转换为中文显示。
### 3. User - 用户信息类
#### **功能：**  

封装用户的基本信息。

#### **属性：**  

username： 用户名

password： 密码

role： 角色（primary/junior/senior）

#### **方法：** 

构造方法和 getter 方法
### 4. QuestionManager - 题目管理器
#### **功能：**  

管理题目生成、文件存储和用户目录。

#### **方法：**  

setRole(String role)： 设置当前题目生成器（小学/初中/高中）。

createQuestionsDirectory()： 创建用户题目存储目录。

generateQuestions(int count)： 生成指定数量的题目并保存到文件。

getCurrentRoleChinese()： 返回当前难度的中文名称。

getUserQuestionFiles(String username)： 获取用户所有题目文件（用于查重）。
### 5. QuestionGenerator - 题目生成器接口
#### **功能：** 

定义题目生成器的基本行为。

#### **方法：**  

generateQuestion()： 生成一道题目。

normalizeQuestion(String question)： 标准化题目格式用于比较。

generateOperator(String[] operators)： 随机生成运算符。

isValidParentheses(String expression)： 验证括号是否合法。
### 6. AbstractQuestionGenerator - 抽象题目生成器
#### **功能：**  

提供题目生成的通用方法和查重机制。

#### **方法：**

setUsername(String username)： 设置用户名并加载历史题目。

loadExistingQuestions()： 加载用户已生成的题目用于查重。

normalizeQuestion(String question)： 去除空格标准化题目。

generateNumber()： 生成 1~100 的随机数。

isQuestionUnique(String question)： 判断题目是否重复。

isValidParentheses(String expression)： 验证括号是否合法且不冗余。

ensureBalancedParentheses(String expression)： 确保括号成对出现。
### 7. PrimaryQuestionGenerator - 小学题目生成器
#### **功能：**  

生成小学难度题目，仅包含加减乘除和括号。

#### **方法：**

generateQuestion()： 生成小学题目，支持括号和多个操作数。

addReasonableParentheses(String expression, int operandCount)： 随机添加合理括号。
### 8. JuniorQuestionGenerator - 初中题目生成器
#### **功能：**  

生成初中难度题目，至少包含一个平方或开方运算。

#### **方法：**

generateQuestion()： 生成初中题目，确保包含平方或开方。

AddSpecialOperator(...)： 添加平方或开方运算符。

hasProperOperatorSpacing(String expression)： 检查运算符间距是否合理。
### 9. SeniorQuestionGenerator - 高中题目生成器
#### **功能：**  

生成高中难度题目，至少包含一个三角函数（sin/cos/tan），支持嵌套。

#### **方法：**

generateQuestion()： 生成高中题目，确保包含三角函数。

AddTrigOperator(...)： 添加三角函数运算符。

ForceAddTrigOperator(...)： 若未包含三角函数，则强制添加。

Revise(String expression)： 调整括号位置，避免语法错误。
## 三、流程
### 1.登录流程
（1）用户输入用户名和密码；

（2）系统验证身份并显示角色；

（3）用户选择生成题目数量或切换难度；

（4）系统生成题目并保存到用户目录。

### 2.题目生成流程
（1）根据难度选择对应的生成器；

（2）生成操作数和运算符；

（3）添加括号和特殊运算符（初中/高中）；

（4）查重和括号合法性检查；

（5）保存到文件，格式为 年-月-日-时-分-秒.txt。

### 3.文件存储结构
    src
    ├── questions/
    |       └── 用户名/
    |             ├── 2025-09-20-10-30-45.txt
    |             └── 2025-09-20-10-35-22.txt
    └── users.txt

### 4.难度特征
|难度|	运算符类型|	特殊要求|
|:---:|:---|:---|
|小学|	+, -, ×, ÷|	可含括号|
|初中|	+, -, ×, ÷, ², √|	至少一个平方或开方|
|高中|	+, -, ×, ÷, sin, cos, tan|	至少一个三角函数，可嵌套|
## 四、运行
### 1. Linux bash
```bash
~/src$ javac *.java
~/src$ java Start
已创建users.txt
Loading...

---------登录系统---------
请输入用户名和密码（用空格隔开）:
```
或先生成jar：
```bash
~/src$ javac *.java
~/src$ jar -cfve main.jar Start *.class
已添加清单
正在添加: AbstractQuestionGenerator.class(输入 = 4777) (输出 = 2649)(压缩了 44%)
正在添加: JuniorQuestionGenerator.class(输入 = 3654) (输出 = 2095)(压缩了 42%)
正在添加: Login.class(输入 = 5877) (输出 = 3401)(压缩了 42%)
正在添加: PrimaryQuestionGenerator.class(输入 = 2048) (输出 = 1203)(压缩了 41%)
正在添加: QuestionGenerator.class(输入 = 356) (输出 = 199)(压缩了 44%)
正在添加: QuestionManager.class(输入 = 4097) (输出 = 2204)(压缩了 46%)
正在添加: SeniorQuestionGenerator.class(输入 = 4577) (输出 = 2454)(压缩了 46%)
正在添加: Start.class(输入 = 308) (输出 = 238)(压缩了 22%)
正在添加: User.class(输入 = 1121) (输出 = 540)(压缩了 51%)
~/src$ java -jar main
Error: Unable to access jarfile main
~/src$ java -jar main.jar
已创建users.txt
Loading...

---------登录系统---------
请输入用户名和密码（用空格隔开）:
```
### 2.Windows cmd

```cmd
D:\src>chcp 65001
Active code page: 65001

D:\src>java Start.java
已创建users.txt
Loading...

---------登录系统---------
请输入用户名和密码（用空格隔开）:
```
或
```cmd
D:\src>chcp 65001
Active code page: 65001

D:\src>javac -encoding UTF-8 *.java

D:\src>java Start
已创建users.txt
Loading...

---------登录系统---------
请输入用户名和密码（用空格隔开）:
```
或先生成jar：
```cmd
D:\src>chcp 65001
Active code page: 65001

D:\src>javac -encoding UTF-8 *.java

D:\src>jar cfve main.jar Start *.class
已添加清单
正在添加: AbstractQuestionGenerator.class(输入 = 4777) (输出 = 2647)(压缩了 44%)
正在添加: JuniorQuestionGenerator.class(输入 = 3654) (输出 = 2095)(压缩了 42%)
正在添加: Login.class(输入 = 5877) (输出 = 3402)(压缩了 42%)
正在添加: PrimaryQuestionGenerator.class(输入 = 2048) (输出 = 1203)(压缩了 41%)
正在添加: QuestionGenerator.class(输入 = 356) (输出 = 199)(压缩了 44%)
正在添加: QuestionManager.class(输入 = 4097) (输出 = 2204)(压缩了 46%)
正在添加: SeniorQuestionGenerator.class(输入 = 4577) (输出 = 2454)(压缩了 46%)
正在添加: Start.class(输入 = 308) (输出 = 238)(压缩了 22%)
正在添加: User.class(输入 = 1121) (输出 = 539)(压缩了 51%)

D:\src>java -jar main.jar
已创建users.txt
Loading...

---------登录系统---------
请输入用户名和密码（用空格隔开）:
```
### 3.Windows PowerShell
与cmd类似，只需将
```cmd
D:\src>chcp 65001
```
换成
```powershell
PS D:\src> [Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
```