對于XN*2圖靈機進行模擬，任意給定的十進制數(shù)，轉(zhuǎn)換為收縮擴展二進制的編碼，再編程模擬此Turing機的運行過程，要求輸出從開始運行起的每一步驟的結(jié)果。用C或C++或Java或Python語言實現(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，并進行輸入數(shù)據(jù)的正確性驗證。

1. 將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)；

2. 將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為收縮擴展二進制的編碼；

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

4. 將結(jié)果的二進制編碼轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)；

5. 將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，實現(xiàn)乘2運算功能。

算法流程圖如下：

輸入的十進制數(shù)

正確的二進制編碼

輸出的二進制編碼

正確的運算結(jié)果

輸出的運算結(jié)果

0

0011000

0011000

0

0

3

0101011000

0101011000

6

6

18

0100010011000

0100010011000

36

36

①對調(diào)用指令的方法進行調(diào)試，開始時binCodeList的size為0，導(dǎo)致執(zhí)行binCodeList.set(i, “0”)時出現(xiàn)錯誤，進過調(diào)試后發(fā)現(xiàn)是因為沒給方法設(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對將二進制編碼轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的方法進行調(diào)試，開始時運算結(jié)果出現(xiàn)錯誤，調(diào)試后發(fā)現(xiàn)是判斷第i個字符為1，第i+1個字符為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)果就會多出0。在if (binCode.charAt(i + 1) == ’0’){…}代碼塊中加上i++就可以解決。

import java.util.*; /** * @description: 該類模擬XN*2圖靈機，對任意給定的十進制數(shù)，轉(zhuǎn)換為收縮擴展二進制的編碼，并可輸出運行中每一步驟的結(jié)果 */public class TuringMachine { private int internalState; // 圖靈機的內(nèi)態(tài) private String binCode; // 二進制編碼 Function f = new Function(); // 需要用到的方法 List<String> binCodeList = new ArrayList<>(); // 用來存放二進制編碼 static int r = 0; // 當(dāng)r為1時機器向右移動一格 static int s = 0; // 當(dāng)s為1時機器停止運行 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: 模擬圖靈機的運行過程 * @param: [binCode 二進制編碼] * @return: void */ public void runProcess(String binCode) {binCodeList = f.toArrayList(binCode); // 將二進制碼binCode轉(zhuǎn)換為ArrayList類型存放在binCodeList中// for循環(huán)對binCodeList進行遍歷，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時機器停止，跳出循環(huán) if (s == 1) {break; } switch (getInternalState()) {// 內(nèi)態(tài)為0時執(zhí)行指令1case 0: instruction_1(binCodeList.get(i), i, binCodeList); break;// 內(nèi)態(tài)為1時執(zhí)行指令2case 1: instruction_2(binCodeList.get(i), i, binCodeList); break;// 內(nèi)態(tài)為10時執(zhí)行指令3case 10: instruction_3(binCodeList.get(i), i, binCodeList); break;// 內(nèi)態(tài)為11時執(zhí)行指令4case 11: instruction_4(binCodeList.get(i), i, binCodeList); break;default: break; }}System.out.println('XN*2圖靈機計算的最終結(jié)果為：');f.toDecNum(f.toString(binCodeList)); // 將binCodeList轉(zhuǎn)換為String類型的二進制編碼binCode，再轉(zhuǎn)換為int類型的十進制數(shù)decNum } /** * @description: 根據(jù)指令對每一步驟結(jié)果進行打印 * 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的實例tmSystem.out.println('請輸入一個十進制數(shù)：');Scanner scanner = new Scanner(System.in);try { int decNum = scanner.nextInt(); tm.setBinCode(tm.f.toBinCode(decNum)); // 將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制編碼并賦值給binCode System.out.println(); tm.runProcess(tm.getBinCode()); // 運行圖靈機} catch (InputMismatchException ex) { System.out.println('輸入有誤！');} } } /** * @description: 該類具有圖靈機TuringMachine運行過程中所需要的一些方法 */class Function { /** * @description: 將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制編碼 * @param: [decNum 十進制數(shù)] * @return: java.lang.String */ public String toBinCode(int decNum) {String binCode = '';String binNum = Integer.toBinaryString(decNum); // 十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)binNum += ','; // 用,標識此二進制數(shù)到此已完整，后面的0都忽略不計System.out.println('這個數(shù)的二進制表示為：' + binNum);// 利用for循環(huán)對二進制數(shù)binNum中的字符進行遍歷，根據(jù)其中的每個字符得出二進制編碼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('這個數(shù)的二進制編碼為：' + binCode);return binCode; } /** * @description: 將二進制編碼轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) * @param: [binCode 二進制編碼] * @return: int */ public int toDecNum(String binCode) {int decNum = 0;String binNum = '';// 先利用for循環(huán)對ArrayList類型的binCode進行遍歷，根據(jù)其中的每個元素得出二進制編碼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('二進制表示：' + binNum);decNum = Integer.parseInt(binNum.substring(0, binNum.length() - 1), 2); // 將二進制編碼binCode轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)System.out.println('十進制表示：' + decNum);return decNum; } /** * @description: 將二進制編碼binCode存放到binCodeList中 * @param: [binCode 二進制編碼] * @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)

本次測試是模擬圖靈機對十進制數(shù)進行乘2運算，并輸出每一步驟的結(jié)果。

本次測試的關(guān)鍵問題在于圖靈機運行過程和算法的理解，圖靈機判斷當(dāng)前內(nèi)態(tài)和輸入后執(zhí)行指令，在這里我才用switch語句根據(jù)內(nèi)態(tài)的值判斷執(zhí)行哪個指令方法，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圖靈機的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java內(nèi)容請搜索好吧啦網(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)！