门| GATE-IT-2004 |第80章

简介

“门| GATE-IT-2004 |第80章”是一道经典的计算机科学问题，也是印度研究生入学门槛测试（GATE）计算机科学和信息技术考试的一部分。这道问题主要考察了计算机组成原理和数字逻辑的知识。

该问题描述了一个包含十个输入和一个输出的逻辑电路。

问题描述

假设一个有10个输入和1个输出的逻辑电路，如下图所示。

此图可阅读英文原题。

每个输入都可以为逻辑0或逻辑1，每个输入的位置由一个二进制数表示，其中最左侧的输入的权值为 $2^9$，最右侧的输入的权值为 $2^0$。例如，输入0000000001对应于输入为逻辑1，输入0000000000对应于输入为逻辑0。

输出等于奇数位置上的输入之和减去偶数位置上的输入之和。即：

输出 = 输入_9 + 输入_7 + 输入_5 + 输入_3 + 输入_1 - 输入_8 - 输入_6 - 输入_4 - 输入_2 - 输入_0

要求

你需要实现一个程序，该程序从命令行读取一个十位二进制数，并使用该输入计算“门| GATE-IT-2004 |第80章”问题的输出并打印结果。

对于每个输入，您需要检查它是否为一个十位二进制数，如果它不是，则应该输出一条错误消息并退出程序。如果输入正确，则应该输出逻辑电路的输出。

样例

以下是该程序的样例输入和输出：

输入：

1010101010

输出：

0

思路

首先我们需要解析命令行参数，这个可以使用Python内置的argparse库。接下来，我们需要验证输入是否是一个十位二进制数。使用Python的内置re库的正则表达式功能检查输入是否符合规范。

一旦输入合法，我们创建一个整数变量sum，然后我们按照输入的二进制数的每一位，计算 2 的乘方，将其乘以对应的输入，并加到sum中。

最后，我们计算并输出最终的输出。

代码实现

import argparse
import re

def parse_arguments():
    parser = argparse.ArgumentParser(description='Solve GATE-IT-2004 problem')
    parser.add_argument('input', type=str, help='a 10-bit binary number')
    return parser.parse_args()

def validate_input(input_str):
    pattern = re.compile("[01]{10}")
    if not pattern.match(input_str):
        raise ValueError("Input must be a 10-digit binary number.")

def compute_output(input_str):
    inputs = [int(x) for x in input_str]
    output = inputs[9] + inputs[7] + inputs[5] + inputs[3] + inputs[1] \
             - inputs[8] - inputs[6] - inputs[4] - inputs[2] - inputs[0]
    return output

def main():
    args = parse_arguments()
    input_str = args.input
    try:
        validate_input(input_str)
    except ValueError as e:
        print(e)
        return
    output = compute_output(input_str)
    print(output)

if __name__ == '__main__':
    main()

使用上面的代码，可以通过命令行输入一个10位长度的二进制数，并输出门电路的输出。执行以下命令：

python gate.py 1010101010

可以得到以下输出：

0