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本文小編為大家詳細(xì)介紹“如何使用Java模擬XN*2圖靈機(jī)”，內(nèi)容詳細(xì)，步驟清晰，細(xì)節(jié)處理妥當(dāng)，希望這篇“如何使用Java模擬XN*2圖靈機(jī)”文章能幫助大家解決疑惑，下面跟著小編的思路慢慢深入，一起來(lái)學(xué)習(xí)新知識(shí)吧。
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(guò)程，要求輸出從開(kāi)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(wèn)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。
import java.util.*;
/**
* @description: 該類(lèi)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(guò)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(lèi)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1
case 0:
instruction_1(binCodeList.get(i), i, binCodeList);
break;
// 內(nèi)態(tài)為1時(shí)執(zhí)行指令2
case 1:
instruction_2(binCodeList.get(i), i, binCodeList);
break;
// 內(nèi)態(tài)為10時(shí)執(zhí)行指令3
case 10:
instruction_3(binCodeList.get(i), i, binCodeList);
break;
// 內(nèi)態(tài)為11時(shí)執(zhí)行指令4
case 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(lèi)型的二進(jìn)制編碼binCode，再轉(zhuǎn)換為int類(lèi)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(kāi)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tm
System.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(lèi)具有圖靈機(jī)TuringMachine運(yùn)行過(guò)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binCode
for (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(lèi)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binCode
for (int i = 0; i < binCode.length(); i++) {
// 0 -> 0
if (binCode.charAt(i) == '0') {
binNum += "0";
} else if (binCode.charAt(i) == '1') {
// 10 -> 1
if (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(kāi)，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;
}
}讀到這里，這篇“如何使用Java模擬XN*2圖靈機(jī)”文章已經(jīng)介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識(shí)點(diǎn)還需要大家自己動(dòng)手實(shí)踐使用過(guò)才能領(lǐng)會(huì)，如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容的文章，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。
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