门| Sudo GATE 2020 Mock III（2019 年 1 月 24 日）|问题2

这是一道关于计算机科学中“门”的问题。在计算机科学中，“门”是必不可少的基本组件。门将输入电线从一个或多个逻辑源连接到一个单一的输出。这些门被分类为逻辑门和非逻辑门。逻辑门处理逻辑操作，例如AND、OR和NOT等。非逻辑门处理输入和输出电压的转换过程。 本问题将测试程序员对逻辑门和非逻辑门的理解以及如何在编程中使用它们。

问题描述

给定一个输入电线的矩阵和一个逻辑门，编写一个代码片段，该代码片段应该在相应的逻辑门当中对输入电线进行处理，并输出一个布尔矩阵来表示输出电线的状态。

下面是逻辑门的定义。

AND门

AND门有多个输入电线和一个输出电线。输出电线只有在所有输入电线的值都为1时，才输出1。下面是一个AND门的真值表。

| 输入1 | 输入2 | 输出 | |-------|-------|------| | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 0 | | 1 | 0 | 0 | | 1 | 1 | 1 |

OR门

OR门有多个输入电线和一个输出电线。输出电线只有在任何输入电线的值都是1时才输出1。下面是一个OR门的真值表。

| 输入1 | 输入2 | 输出 | |-------|-------|------| | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | | 1 | 0 | 1 | | 1 | 1 | 1 |

NOT门

NOT门只有一个输入电线和一个输出电线。输出电线的值是输入电线的相反值。下面是一个NOT门的真值表。

| 输入 | 输出 | |------|------| | 0 | 1 | | 1 | 0 |

输入格式

程序将会接收两个变量。

• 一个布尔矩阵，其中矩阵的每个元素都代表一个输入电线的状态。
• 一个字符串，表示要使用哪个逻辑门处理输入电线。

输出格式

程序应输出一个布尔矩阵，其中每个元素表示相应输出电线的状态。

示例

输入

input_matrix = [[1, 0, 1, 1], [1, 1, 1, 1], [0, 1, 0, 0]]
gate = 'and'

输出

output_matrix = [[0, 0, 0, 0], [0, 1, 0, 0], [0, 0, 0, 0]]

代码实现

根据所给逻辑门的定义，可以通过代码实现以下逻辑：

def logic_gate(input_matrix, gate):
    rows, columns = len(input_matrix), len(input_matrix[0])
    output_matrix = [[0 for _ in range(columns)] for _ in range(rows)]
    for i in range(rows):
        for j in range(columns):
            if gate == 'and':
                output_matrix[i][j] = 1
                for val in input_matrix[i]:
                    if not val:
                        output_matrix[i][j] = 0
            elif gate == 'or':
                output_matrix[i][j] = 0
                for val in input_matrix[i]:
                    if val:
                        output_matrix[i][j] = 1
            elif gate == 'not':
                output_matrix[i][j] = int(not input_matrix[i][j])
    return output_matrix

在此代码片段中，我们首先将输出矩阵初始化为所有值为0的矩阵。然后，我们遍历输入矩阵中的每个元素并相应地设置输出矩阵的值。在AND门和OR门的情况下，我们使用嵌套循环来处理来自输入矩阵的每行的值。对于NOT门，只需计算每个元素的反转值即可。

结论

本练习测试了程序员在计算机科学中门的概念和实现上的理解。那些理解了门的逻辑和如何使用它们的程序员可以轻松地解决这个问题。