门 (GATE-CS-2006) 问题 4

本问题是GATE-CS-2006的问题4。本文将对这道问题进行详细的介绍和解答，涵盖了该问题的核心思路和解题方法，旨在帮助程序员更好地理解和应用该问题。

问题描述

在这个问题中，我们需要实现一个类似于语言解释器（Interpreter）的程序。具体而言，给定一个门的图形描述（可以用三元组表示，即 (i, j, k)，表示一个门从第i个线路输入，从第j个线路输入，将结果放到第k个线路输出），以及每个门的输出，我们需要计算输入线路的值。其中，输入线路只包含 0 和 1，而门的类型包含 AND、OR、NOT。

思路分析

此问题需要实现一个类似于语言解释器（Interpreter）的程序，因此，我们需要先明确需求，针对每个功能点进行开发。具体而言，需要解决以下问题：

1. 门的类型：AND、OR、NOT。
2. 门的输入和输出。
3. 计算输入线路的值。

对于门的类型，我们可以考虑使用枚举类型（Enum）进行标识。例如：

public enum GateType {
    AND, OR, NOT
}

对于门的输入和输出，我们可以使用一个类来表示。该类中包含门的两个输入线路、门的输出线路以及门的类型。

public class Gate {
    private int input1;
    private int input2;
    private int output;
    private GateType type;

    // getters and setters

    // constructor
    public Gate(int input1, int input2, int output, GateType type) {
        this.input1 = input1;
        this.input2 = input2;
        this.output = output;
        this.type = type;
    }

    // methods
    public int compute(int[] inputs) {
        int val1 = inputs[input1];
        int val2 = inputs[input2];

        switch (type) {
            case AND:
                return val1 & val2;
            case OR:
                return val1 | val2;
            case NOT:
                return ~val1;
            default:
                return 0;
        }
    }
}

该类中的 compute() 方法用于计算门的输出值。具体而言，该方法将门的两个输入线路的值读取出来，然后通过 switch 语句计算门的输出值。

对于计算输入线路的值，我们可以使用一个 List 来保存所有的门，然后依次计算每个门的输出值，直到求解出输入线路的值。具体而言，可以实现以下方法：

public static int computeInput(List<Gate> gateList, int[] inputs, int outputLine) {
    // 初始化所有线路
    int[] lines = new int[gateList.size()+1];
    lines[outputLine] = -1;

    // 迭代计算门的输出值
    while (true) {
        boolean updated = false;

        for (Gate gate : gateList) {
            int output = gate.getOutput();

            if (lines[output] == -1) {
                int val = gate.compute(inputs);
                lines[output] = val;

                if (gate.getInput1() != -1 && lines[gate.getInput1()] == -1) {
                    continue;
                }

                if (gate.getInput2() != -1 && lines[gate.getInput2()] == -1) {
                    continue;
                }

                updated = true;
            }
        }

        if (!updated) {
            break;
        }
    }

    return lines[0];
}

该方法接受一个 List 参数（已保存所有门的输入和输出）、一个 int 数组参数（保存输入线路的值）以及一个输出线路参数（指定我们要计算的输入线路）。该方法会返回计算出的输入线路的值。

结论

通过以上的分析和实现，我们完成了此问题的求解。本文介绍了该问题的核心思路和解题方法，旨在帮助程序员更好地理解和应用该问题。