结队编程 2352615肖翔匀 2352619许奕宸 2352635李成
四则运算练习系统技术实现详解本文将详细介绍我们开发的四则运算练习系统的技术架构、核心功能实现和开发过程中的技术挑战与解决方案。这个系统采用前后端分离架构，为用户提供了一个交互式的数学练习平台，包含多种功能模块和精心设计的用户体验。
由于开发功能较多，我们邀请了第三位同学参与完成了错题本功能的开发
2352615肖翔匀 软件架构设计，后端开发，页面开发
2352619许奕宸 错题本的ui设计，错题本的功能开发
2352635李成 四则运算页面设计，实现运算的功能，测试软件bug并修改
试用网站链接：https://calculator-mgkhyvko3-xiangyunxiaos-projects.vercel.app
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系统架构概述
前端技术栈
[*]HTML5/CSS3：构建响应式用户界面
[*]原生JavaScript：实现前端交互逻辑
[*]LocalStorage API：本地数据持久化存储
后端技术栈
[*]Python：核心业务逻辑实现
[*]Flask：轻量级Web框架
[*]Flask-CORS：处理跨域资源共享
系统架构图
+------------------+ +------------------+ +------------------+
| | | | | |
|前端用户界面 | <--> |Flask Web服务器| <--> |数学题目生成器 |
|(HTML/JS/CSS) | |(server.py) | |(math_generator)|
| | | | | |
+------------------+ +------------------+ +------------------+
^ ^ ^
| | |
v v v
+------------------+ +------------------+ +------------------+
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|用户认证系统 | |错题本管理系统 | |每日打卡系统 |
|(auth.js) | |(wrong_problems)| |(user.js) |
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+------------------+ +------------------+ +------------------+核心模块详解
1. 数学题目生成器
数学题目生成器(math_generator.py)是系统的核心组件，负责生成四则运算题目。
技术实现
[*]随机数生成：使用Python的random模块生成随机数字和运算符
[*]运算符优先级处理：实现了乘除优先于加减的运算符优先级逻辑
[*]题目有效性验证：确保生成的题目答案为整数且在合理范围内
[*]题库预生成：系统启动时预生成1000道题目，提高响应速度
[*]种子控制：支持通过种子参数生成固定的题目集，用于套题功能
# 核心题目生成算法示例
def generate_problem(self):
while True:
nums = self.generate_numbers()
ops =
# 处理运算符优先级
try:
mul_div_index = -1
if '*' in ops or '/' in ops:
mul_div_index = ops.index('*') if '*' in ops else ops.index('/')
if mul_div_index == 0:
result = self.operators](nums, nums)
result = self.operators](result, nums)
elif mul_div_index == 1:
result = self.operators](nums, nums)
result = self.operators](nums, result)
else:
result = self.operators](nums, nums)
result = self.operators](result, nums)
except:
continue
if self.is_valid_result(result):
problem_str = f"{nums} {ops} {nums} {ops} {nums}"
return problem_str, int(result)
2. Web服务器
系统使用Flask框架(server.py)构建轻量级Web服务器，提供RESTful API接口。
主要API端点
端点方法功能描述/generate_problemsGET生成指定数量的题目/get_random_problemGET获取随机题目(用于每日打卡)/get_problem_setsGET获取套题列表及完成状态/add_wrong_problemPOST添加错题记录/get_wrong_problemsGET获取用户错题列表/mark_set_completedPOST标记套题为已完成3. 用户认证系统
用户认证系统(auth.js和user.js)实现了用户注册、登录和会话管理功能。
技术实现
[*]本地存储：使用浏览器的LocalStorage API存储用户数据
[*]会话管理：维护用户登录状态和当前会话信息
[*]数据加密：实际应用中应加密存储密码(当前为演示版本)
// 用户登录逻辑示例
login(username, password) {
// 检查用户是否存在
if (!this.users) {
return { success: false, message: '用户不存在' };
}
// 检查密码是否正确
if (this.users.password !== password) {
return { success: false, message: '密码错误' };
}
// 设置当前用户
this.currentUser = this.users;
localStorage.setItem(CURRENT_USER_KEY, JSON.stringify(this.currentUser));
return { success: true, message: '登录成功', user: this.currentUser };
}4. 错题本系统
错题本系统(wrong_problems.js)是一个重要的学习辅助功能，帮助用户记录和复习错误的题目。
技术实现
[*]错题存储：服务器端存储用户错题记录
[*]状态管理：跟踪错题的练习状态(未练习、已练习、已掌握)
[*]排序功能：支持按时间、难度等多种方式排序错题
[*]批量操作：支持选择多道题目进行批量练习或删除
5. 每日打卡系统
每日打卡系统(user.js中的DailyCheckManager类)实现了用户每日签到和运势功能。
技术实现
[*]日期处理：使用JavaScript的Date API处理日期和时间
[*]连续打卡计算：计算用户连续打卡天数
[*]随机运势生成：生成随机的运势和宜忌项目
[*]每日挑战题：每次打卡随机生成一道挑战题
https://img2024.cnblogs.com/blog/3606942/202504/3606942-20250415094508448-403326979.png
// 连续打卡天数计算逻辑
getConsecutiveDays() {
if (!this.isLoggedIn()) {
return 0;
}
const userId = this.getUserId();
if (!this.dailyChecks || this.dailyChecks.length === 0) {
return 0;
}
// 获取打卡记录并排序
const checkDates = [...this.dailyChecks].sort();
let consecutiveDays = 1;
let currentDate = new Date(checkDates);
// 从最近的日期开始，向前检查是否连续
for (let i = checkDates.length - 2; i >= 0; i--) {
const prevDate = new Date(checkDates);
const diffDays = Math.floor((currentDate - prevDate) / (1000 * 60 * 60 * 24));
if (diffDays === 1) {
consecutiveDays++;
currentDate = prevDate;
} else if (diffDays > 1) {
break;
}
}
return consecutiveDays;
}前端界面设计
响应式布局
系统采用响应式设计，适配不同尺寸的设备：
[*]Flexbox布局：灵活的容器布局，自适应不同屏幕尺寸
[*]媒体查询：针对不同设备尺寸优化显示效果
[*]相对单位：使用相对单位(如em、%)确保界面比例协调
用户交互设计
[*]即时反馈：答题后立即显示正确/错误反馈
[*]进度指示：显示当前进度和完成情况
[*]动画效果：使用CSS过渡和动画增强用户体验
[*]键盘支持：支持键盘输入和提交，提高操作效率
主题配色
[*]主色调：使用绿色(#4CAF50)作为主色调，传达积极、成长的理念
[*]对比色：使用红色(#f44336)作为错误提示，形成明确对比
[*]中性色：使用灰色调(#f5f5f5, #333)作为背景和文字，提供舒适阅读体验
数据流与状态管理
前端状态管理
系统使用原生JavaScript管理前端状态，主要包括：
[*]用户状态：登录状态、当前用户信息
[*]练习状态：当前题目、答题进度、正确率
[*]错题状态：错题列表、练习状态、难度标记
数据持久化
[*]LocalStorage：存储用户信息、打卡记录和错题状态
[*]服务器存储：存储题目集、错题记录和完成情况
模块间通信
[*]事件监听：使用事件监听机制实现模块间通信
[*]回调函数：通过回调函数处理异步操作结果
[*]状态共享：关键状态(如用户ID)在模块间共享
技术挑战与解决方案
1. 题目生成质量控制
挑战：生成的题目需要保证答案为整数且难度适中。
解决方案：
[*]实现了严格的题目验证逻辑，确保答案为整数且在合理范围内
[*]对除法运算特殊处理，确保能够整除
[*]预生成大量题目并筛选，提高题目质量
2. 用户数据安全性
挑战：确保用户数据安全存储和传输。
解决方案：
[*]使用LocalStorage存储用户数据，避免跨站点脚本攻击
[*]实际生产环境中应实现密码加密存储和HTTPS传输
[*]服务器端实现会话管理和权限控制
3. 离线功能支持
挑战：在网络不稳定情况下保证基本功能可用。
解决方案：
[*]本地题目生成逻辑作为后备方案
[*]本地存储关键数据，减少对服务器依赖
[*]实现错误重试机制，提高系统稳定性
性能优化
前端优化
[*]资源压缩：压缩CSS和JavaScript文件减少加载时间
[*]延迟加载：非关键资源延迟加载，提高首屏渲染速度
[*]事件委托：使用事件委托减少事件监听器数量
[*]DOM操作优化：批量DOM操作，减少重排和重绘
后端优化
[*]题目预生成：系统启动时预生成题目，减少实时计算
[*]缓存机制：缓存常用数据，减少重复计算
[*]异步处理：使用异步处理非阻塞操作，提高并发性能
未来扩展计划
[*]云同步：实现用户数据云端同步，支持多设备使用
[*]智能推荐：基于用户错题和练习情况，智能推荐练习内容
[*]社交功能：添加排行榜和好友挑战功能，增强社交互动
[*]更多题型：扩展支持分数、小数、代数等更多数学题型
[*]数据分析：实现练习数据可视化分析，帮助用户了解学习进度
总结
四则运算练习系统采用前后端分离架构，结合Python和JavaScript技术栈，实现了一个功能完善、用户友好的数学练习平台。系统包含题目生成、用户认证、错题管理和每日打卡等核心功能模块，通过精心的界面设计和交互优化，为用户提供了良好的学习体验。
在开发过程中，我们解决了题目质量控制、用户数据安全和离线功能支持等技术挑战，并通过多种优化手段提高了系统性能。未来，我们计划进一步扩展系统功能，提供更丰富的学习内容和更智能的学习体验。
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