題目描述：

對(duì)于XN*2圖靈機(jī)進(jìn)行模擬，任意給定的十進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換為收縮擴(kuò)展二進(jìn)制的編碼，再編程模擬此Turing機(jī)的運(yùn)行過程，要求輸出從開始運(yùn)行起的每一步驟的結(jié)果。用C或C++或Java或Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)程序解決問題。

要求：1. 程序風(fēng)格良好（使用自定義注釋模板）；

2. 提供友好的輸入輸出，并進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)的正確性驗(yàn)證。

算法分析：

1. 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)；

2. 將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為收縮擴(kuò)展二進(jìn)制的編碼；

3. 根據(jù)當(dāng)前的內(nèi)態(tài)和輸入執(zhí)行XN*2圖靈機(jī)的指令；

4. 將結(jié)果的二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)；

5. 將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，實(shí)現(xiàn)乘2運(yùn)算功能。

概要設(shè)計(jì)：

算法流程圖如下：

測(cè)試：

輸入的十進(jìn)制數(shù)

正確的二進(jìn)制編碼

輸出的二進(jìn)制編碼

正確的運(yùn)算結(jié)果

輸出的運(yùn)算結(jié)果

0

0011000

0011000

0

0

3

0101011000

0101011000

6

6

18

0100010011000

0100010011000

36

36

運(yùn)行結(jié)果：

調(diào)試：

①對(duì)調(diào)用指令的方法進(jìn)行調(diào)試，開始時(shí)binCodeList的size為0，導(dǎo)致執(zhí)行binCodeList.set(i, “0”)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)過調(diào)試后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)闆]給方法設(shè)置binCodeList的參數(shù)，導(dǎo)致方法中用的是類中空的binCodeList。在方法的參數(shù)中加上List<String> binCodeList就可以解決。

②對(duì)將二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的方法進(jìn)行調(diào)試，開始時(shí)運(yùn)算結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤，調(diào)試后發(fā)現(xiàn)是判斷第i個(gè)字符為1，第i+1個(gè)字符為0后，沒有將i再加1，導(dǎo)致下次循環(huán)又遍歷到i+1的0，于是有些步驟結(jié)果就會(huì)多出0。在if (binCode.charAt(i + 1) == ’0’){…}代碼塊中加上i++就可以解決。

源代碼：

import java.util.*; /** * @description: 該類模擬XN*2圖靈機(jī)，對(duì)任意給定的十進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換為收縮擴(kuò)展二進(jìn)制的編碼，并可輸出運(yùn)行中每一步驟的結(jié)果 */public class TuringMachine { private int internalState; // 圖靈機(jī)的內(nèi)態(tài) private String binCode; // 二進(jìn)制編碼 Function f = new Function(); // 需要用到的方法 List<String> binCodeList = new ArrayList<>(); // 用來(lái)存放二進(jìn)制編碼 static int r = 0; // 當(dāng)r為1時(shí)機(jī)器向右移動(dòng)一格 static int s = 0; // 當(dāng)s為1時(shí)機(jī)器停止運(yùn)行 TuringMachine() {internalState = 0;binCode = '0'; } public int getInternalState() {return internalState; } public void setInternalState(int internalState) {this.internalState = internalState; } public String getBinCode() {return binCode; } public void setBinCode(String binCode) {this.binCode = binCode; } /** * @description: 模擬圖靈機(jī)的運(yùn)行過程 * @param: [binCode 二進(jìn)制編碼] * @return: void */ public void runProcess(String binCode) {binCodeList = f.toArrayList(binCode); // 將二進(jìn)制碼binCode轉(zhuǎn)換為ArrayList類型存放在binCodeList中// for循環(huán)對(duì)binCodeList進(jìn)行遍歷，根據(jù)當(dāng)前內(nèi)態(tài)的值判斷該執(zhí)行哪條指令for (int i = 0; i < binCodeList.size(); i++) { r = 1; // 當(dāng)s==1時(shí)機(jī)器停止，跳出循環(huán) if (s == 1) {break; } switch (getInternalState()) {// 內(nèi)態(tài)為0時(shí)執(zhí)行指令1case 0: instruction_1(binCodeList.get(i), i, binCodeList); break;// 內(nèi)態(tài)為1時(shí)執(zhí)行指令2case 1: instruction_2(binCodeList.get(i), i, binCodeList); break;// 內(nèi)態(tài)為10時(shí)執(zhí)行指令3case 10: instruction_3(binCodeList.get(i), i, binCodeList); break;// 內(nèi)態(tài)為11時(shí)執(zhí)行指令4case 11: instruction_4(binCodeList.get(i), i, binCodeList); break;default: break; }}System.out.println('XN*2圖靈機(jī)計(jì)算的最終結(jié)果為：');f.toDecNum(f.toString(binCodeList)); // 將binCodeList轉(zhuǎn)換為String類型的二進(jìn)制編碼binCode，再轉(zhuǎn)換為int類型的十進(jìn)制數(shù)decNum } /** * @description: 根據(jù)指令對(duì)每一步驟結(jié)果進(jìn)行打印 * 指令1: 0 0 -> 0 0 R * 0 1 -> 1 0 R * 指令2: 1 0 -> 0 1 R * 1 1 -> 10 0 R * 指令3: 10 0 -> 11 1 R * 指令4: 11 0 -> 0 1 STOP * @param: [input 輸入, i 循環(huán)的次數(shù)從0開始, binCodeList 存放二進(jìn)制編碼binCode] * @return: void */ private void instruction_1(String input, int i, List<String> binCodeList) {System.out.println('當(dāng)前的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + input);if (input.equals('0')) { System.out.println('執(zhí)行此條指令后的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + binCodeList.get(i) + '，右移'); System.out.println('此步驟的結(jié)果為：'); System.out.println(f.toString(binCodeList));}if (input.equals('1')) { setInternalState(1); binCodeList.set(i, '0'); System.out.println('執(zhí)行此條指令后的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + binCodeList.get(i) + '，右移'); System.out.println('此步驟的結(jié)果為：'); System.out.println(f.toString(binCodeList));}System.out.println(); } private void instruction_2(String input, int i, List<String> binCodeList) {System.out.println('當(dāng)前的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + input);if (input.equals('0')) { setInternalState(0); binCodeList.set(i, '1'); System.out.println('執(zhí)行此條指令后的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + binCodeList.get(i) + '，右移'); System.out.println('此步驟的結(jié)果為：'); System.out.println(f.toString(binCodeList));}if (input.equals('1')) { setInternalState(10); binCodeList.set(i, '0'); System.out.println('執(zhí)行此條指令后的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + binCodeList.get(i) + '，右移'); System.out.println('此步驟的結(jié)果為：'); System.out.println(f.toString(binCodeList));}System.out.println(); } private void instruction_3(String input, int i, List<String> binCodeList) {System.out.println('當(dāng)前的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + input);if (input.equals('0')) { setInternalState(11); binCodeList.set(i, '1'); System.out.println('執(zhí)行此條指令后的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + binCodeList.get(i) + '，右移'); System.out.println('此步驟的結(jié)果為：'); System.out.println(f.toString(binCodeList));}System.out.println(); } private void instruction_4(String input, int i, List<String> binCodeList) {System.out.println('當(dāng)前的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + input);if (input.equals('0')) { setInternalState(0); binCodeList.set(i, '1'); System.out.println('執(zhí)行此條指令后的內(nèi)態(tài)為：' + getInternalState() + '，輸入為：' + binCodeList.get(i) + '，STOP'); System.out.println('此步驟的結(jié)果為：'); System.out.println(f.toString(binCodeList));}s = 1;System.out.println(); } public static void main(String[] args) {TuringMachine tm = new TuringMachine(); // 創(chuàng)建TuringMachine的實(shí)例tmSystem.out.println('請(qǐng)輸入一個(gè)十進(jìn)制數(shù)：');Scanner scanner = new Scanner(System.in);try { int decNum = scanner.nextInt(); tm.setBinCode(tm.f.toBinCode(decNum)); // 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼并賦值給binCode System.out.println(); tm.runProcess(tm.getBinCode()); // 運(yùn)行圖靈機(jī)} catch (InputMismatchException ex) { System.out.println('輸入有誤！');} } } /** * @description: 該類具有圖靈機(jī)TuringMachine運(yùn)行過程中所需要的一些方法 */class Function { /** * @description: 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼 * @param: [decNum 十進(jìn)制數(shù)] * @return: java.lang.String */ public String toBinCode(int decNum) {String binCode = '';String binNum = Integer.toBinaryString(decNum); // 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)binNum += ','; // 用,標(biāo)識(shí)此二進(jìn)制數(shù)到此已完整，后面的0都忽略不計(jì)System.out.println('這個(gè)數(shù)的二進(jìn)制表示為：' + binNum);// 利用for循環(huán)對(duì)二進(jìn)制數(shù)binNum中的字符進(jìn)行遍歷，根據(jù)其中的每個(gè)字符得出二進(jìn)制編碼binCodefor (int i = 0; i < binNum.length(); i++) { // 0 -> 0 if (binNum.charAt(i) == ’0’) {binCode += '0';// 1 -> 10 } else if (binNum.charAt(i) == ’1’) {binCode += '10';// , -> 110 } else if (binNum.charAt(i) == ’,’) {binCode += '110'; }}binCode = '0' + binCode + '00';System.out.println('這個(gè)數(shù)的二進(jìn)制編碼為：' + binCode);return binCode; } /** * @description: 將二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) * @param: [binCode 二進(jìn)制編碼] * @return: int */ public int toDecNum(String binCode) {int decNum = 0;String binNum = '';// 先利用for循環(huán)對(duì)ArrayList類型的binCode進(jìn)行遍歷，根據(jù)其中的每個(gè)元素得出二進(jìn)制編碼binCodefor (int i = 0; i < binCode.length(); i++) { // 0 -> 0 if (binCode.charAt(i) == ’0’) {binNum += '0'; } else if (binCode.charAt(i) == ’1’) {// 10 -> 1if (binCode.charAt(i + 1) == ’0’) { binNum += '1'; i++; // 110 -> ,} else if (binCode.charAt(i + 1) == ’1’) { binNum += ','; break;} }}System.out.println('二進(jìn)制表示：' + binNum);decNum = Integer.parseInt(binNum.substring(0, binNum.length() - 1), 2); // 將二進(jìn)制編碼binCode轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)System.out.println('十進(jìn)制表示：' + decNum);return decNum; } /** * @description: 將二進(jìn)制編碼binCode存放到binCodeList中 * @param: [binCode 二進(jìn)制編碼] * @return: java.util.List<java.lang.String> */ public List<String> toArrayList(String binCode) {binCode = binCode.replaceAll('', ' ').trim(); // 將binCode中的每個(gè)字符用空格分隔開，并去掉首尾的空格// 根據(jù)分隔符空格分隔出binCode中的每個(gè)字符存放到binCodeList中List<String> binCodeList = new ArrayList<>(Arrays.asList(binCode.split(' ')));return binCodeList; } /** * @description: 將binCodeList轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼binCode * @param: [binCodeList 存放binCode的容器] * @return: java.lang.String */ public String toString(List<String> binCodeList) {String binCode = String.join('', binCodeList);return binCode; } }總結(jié)

本次測(cè)試是模擬圖靈機(jī)對(duì)十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行乘2運(yùn)算，并輸出每一步驟的結(jié)果。

本次測(cè)試的關(guān)鍵問題在于圖靈機(jī)運(yùn)行過程和算法的理解，圖靈機(jī)判斷當(dāng)前內(nèi)態(tài)和輸入后執(zhí)行指令，在這里我才用switch語(yǔ)句根據(jù)內(nèi)態(tài)的值判斷執(zhí)行哪個(gè)指令方法，再根據(jù)輸入判斷具體執(zhí)行什么指令，通過for循環(huán)模擬右移操作。到此這篇關(guān)于如何用Java模擬XN*2圖靈機(jī)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java內(nèi)容請(qǐng)搜索好吧啦網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持好吧啦網(wǎng)！