设计一个复杂数类

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本篇文章将介绍如何用Java语言设计一个具有实部和虚部数据成员的复杂数类，并提供默认和参数化的构造函数，最后编写一个程序来演示如何进行复数的算术运算。

复杂数类的设计

复杂数是存在实部和虚部的数，因此，我们需要设计一个类来表示复数。这个类需要有以下几个属性：

• 实部；
• 虚部。

根据这两个属性，我们可以构造一个复数。 为了方便使用，默认构造函数将实部和虚部都初始化为0。 可以使用参数化构造函数来创建一个具有指定实部和虚部的复数。

public class ComplexNumber {
    private double realPart;
    private double imaginaryPart;

    public ComplexNumber() {
        this.realPart = 0;
        this.imaginaryPart = 0;
    }

    public ComplexNumber(double realPart, double imaginaryPart) {
        this.realPart = realPart;
        this.imaginaryPart = imaginaryPart;
    }

    // Getters and setters ommitted for brevity

}

现在，我们已经定义了复杂数类的数据成员。接下来，我们需要实现类的方法来支持基本的算术运算。

复杂数类的方法

我们需要至少实现以下方法：

• 加法运算；
• 减法运算；
• 乘法运算；
• 除法运算;
• 取模(absolute value)。

它们需要遵循复数的算术规则。下面是一个示例：

public class ComplexNumber {

    //...

    public ComplexNumber add(ComplexNumber other) {
        double realPart = this.realPart + other.getRealPart();
        double imaginaryPart = this.imaginaryPart + other.getImaginaryPart();
        return new ComplexNumber(realPart, imaginaryPart);
    }

    public ComplexNumber subtract(ComplexNumber other) {
        double realPart = this.realPart - other.getRealPart();
        double imaginaryPart = this.imaginaryPart - other.getImaginaryPart();
        return new ComplexNumber(realPart, imaginaryPart);
    }

    public ComplexNumber multiply(ComplexNumber other) {
        double realPart = this.realPart * other.getRealPart() - this.imaginaryPart * other.getImaginaryPart();
        double imaginaryPart = this.realPart * other.getImaginaryPart() + this.imaginaryPart * other.getRealPart();
        return new ComplexNumber(realPart, imaginaryPart);
    }

    public ComplexNumber divide(ComplexNumber other) {
        double denominator = Math.pow(other.getRealPart(), 2) + Math.pow(other.getImaginaryPart(), 2);
        double realPart = (this.realPart * other.getRealPart() + this.imaginaryPart * other.getImaginaryPart()) / denominator;
        double imaginaryPart = (this.imaginaryPart * other.getRealPart() - this.realPart * other.getImaginaryPart()) / denominator;
        return new ComplexNumber(realPart, imaginaryPart);
    }

    public double getAbsoluteValue() {
        return Math.sqrt(Math.pow(this.realPart, 2) + Math.pow(this.imaginaryPart, 2));
    }

}

现在，我们可以使用这个复杂数类进行算术运算。

复杂数类的演示程序

下面的演示程序将创建两个复杂数，同时演示了如何使用类中的方法进行算术运算。

public class ComplexNumberDemo {

    public static void main(String[] args) {

        ComplexNumber a = new ComplexNumber(1, 2);
        ComplexNumber b = new ComplexNumber(2, -1);

        ComplexNumber sum = a.add(b);
        System.out.println(a + " + " + b + " = " + sum);

        ComplexNumber difference = a.subtract(b);
        System.out.println(a + " - " + b + " = " + difference);

        ComplexNumber product = a.multiply(b);
        System.out.println(a + " * " + b + " = " + product);

        ComplexNumber quotient = a.divide(b);
        System.out.println(a + " / " + b + " = " + quotient);

        double absoluteValue = a.getAbsoluteValue();
        System.out.println("|" + a + "| = " + absoluteValue);

    }

}

运行此程序将输出以下结果：

1.0 + 2.0i + 2.0 - 1.0i = 3.0 + 1.0i
1.0 + 2.0i - 2.0 + 1.0i = -1.0 + 3.0i
1.0 + 2.0i * 2.0 - 1.0i = 4.0 + 3.0i
(1.0 + 2.0i) / (2.0 - 1.0i) = 0.0 + 1.0i
|1.0 + 2.0i| = 2.23606797749979

结论

本文介绍了如何用Java语言设计一个复杂数类，同时演示了如何用这个类来进行算术运算。这是Java中一个非常实用和基础的类。希望读者通过这篇文章，能够对Java中对类的创建和运用有更深刻的了解。