门| Sudo GATE 2021的测验|第46章

介绍

本题是Sudo GATE 2021的测验中的第46章，是一道有关于门电路的问题，题目需要查找门电路处理逻辑而不是数字。本题目的目的是使程序员加深对于门电路的理解。

题目描述

题目需要实现一个Gate类，用于描述一个或多个输入与输出，如：

class Gate:
    def __init__(self, inputs, outputs):
        pass
    
    def evaluate(self, inputs):
        pass

其中，inputs是一个列表，表示输入的管脚（也可以是只有一个输入的列表）。outputs是一个整数，表示输出的管脚数。

evaluate函数接受一个与输入数目相等的列表作为参数，表示当前输入的状态，返回一个大小为outputs的列表，表示此时输出的状态。

Gate类应该支持下列门类型:

NOT

只有一个输入管脚和一个输出管脚的门。输出应该是输入反向后的值（0/1）。例如：

not_gate = Gate([0], 1)
not_gate.evaluate([1])      -> [0]
not_gate.evaluate([0])      -> [1]

AND

两个或多个输入管脚和一个输出管脚的门。如果所有输入都处于高电平状态，则输出应为高电平状态；否则，输出应该为低电平状态。例如：

and_gate = Gate([0, 1], 1)
and_gate.evaluate([1, 1])      -> [1]
and_gate.evaluate([1, 0])      -> [0]
and_gate.evaluate([0, 0])      -> [0]
and_gate.evaluate([0, 1, 1])   -> [0]
and_gate.evaluate([1, 1, 1])   -> [1]

OR

两个或多个输入管脚和一个输出管脚的门。如果任何一个输入处于高电平状态，则输出应该是高电平状态。否则，输出应该为低电平状态。例如：

or_gate = Gate([0, 1], 1)
or_gate.evaluate([1, 1])       -> [1]
or_gate.evaluate([1, 0])       -> [1]
or_gate.evaluate([0, 0])       -> [0]
or_gate.evaluate([0, 1, 1])    -> [1]
or_gate.evaluate([0, 0, 0])    -> [0]

XOR

两个输入管脚和一个输出管脚的门。当仅其中一个输入处于高电平状态时，输出应该是高电平状态。否则，输出应该是低电平状态。例如：

xor_gate = Gate([0, 1], 1)
xor_gate.evaluate([1, 1])      -> [0]
xor_gate.evaluate([1, 0])      -> [1]
xor_gate.evaluate([0, 0])      -> [0]

使用

Gate可以用于编写在计算机科学领域中的电子设计程序。

要求

下面是一些要求：

• 你可以在Python或其他编程语言中实现Gate。
• 如果没有任何输入管脚或输出管脚，则在创建对象时引发异常。
• 如果发现一个长度不等于输入管脚数目的输入列表，应该引发异常。
• 输出应该是大小为输出管脚数目的列表。
• 应该使用适当的数据类型（例如布尔值、整数）表示电信号。
• 必须实现所有已经提到的门类型：NOT，AND，OR和XOR。
• 不允许使用任何高级技术（例如计算机芯片），只允许使用基本逻辑器件（例如电阻、晶体管）。

结论

本题是建立在对于门电路的理解上的一个练习，通过实现Gate类及其各种Gate类型，可以加深对于门电路的理解，可以应用于电子设计领域。在实现时需要确保具备一些基本的要素以保证程序的正确性。