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ccf csp 2020年09月 第三題：點亮數字人生（dfs + 判環）

2020-10-04 20:24:43 軟體設計

題目背景
土豪大學的計算機系開了一門數字邏輯電路課，第一個實驗叫做“點亮數字人生”，要用最基礎的邏輯元件組裝出實際可用的電路，時間已經是深夜了，盡管實驗箱上密密麻麻的連線已經拆裝了好幾遍，小君同學卻依舊沒能讓她的電路正常作業，你能幫助她模擬出電路的功能，成功點亮她的數字人生嗎？

問題描述
本題中，你需要實作一個簡單的數字邏輯電路模擬器，如果你已經有了此方面的基礎，可以直接跳過本節，在閱讀時，也可以參照前兩個樣例的圖示和解釋，這有助于你更好地理解數字邏輯電路的作業原理，

數字邏輯電路是用來傳輸數字信號（也就是二進制信號）的電路，一般來說，數字邏輯電路可以分為兩大類，即組合邏輯（combinational logic）電路和時序邏輯（sequential logic）電路，在本題中，我們僅關注組合邏輯電路，這種電路僅由邏輯門（logical gate）構成，一個邏輯門可以理解為一個多輸入單輸出的函式，輸入端連接至少一個信號，而后經過一定的邏輯運算輸出一個信號，常見的邏輯門包括與（AND）、或（OR）、非（NOT）、異或（XOR）等，均與編程語言中的按位運算是對應的，

將一系列的邏輯門連接起來，就能構成具有特定功能的電路，它的功能可能很簡單（如一位二進制加法只需要一個異或門），也可能極其復雜（如除法），無論復雜程度，這類電路的特點是：它不維持任何的狀態，任何時刻輸出只與輸入有關，隨輸入變化，真實世界中的邏輯器件由于物理規律的限制，存在信號傳播延時，為了簡單起見，本題中我們模擬的組合邏輯電路不考慮延時：一旦輸入變化，輸出立刻跟著變化，

考慮到組合邏輯電路的這一特性，設計時不能允許組合環路（combinational loop）的存在，即某邏輯門的輸入經過了一系列器件之后又被連接到了自己的輸入端，真實世界中，這種做法將導致電路變得不穩定，甚至損壞元器件，因此，你也需要探測可能的環路，需要注意，環路的存在性與邏輯門的具體功能沒有任何關系；只要連接關系上存在環路，電路就無法正常作業，
感想：考試的時候讀電路輸入輸出的時候以為編號只有一位，然后讀入時只讀了一個數字，實際上是可以有O10 ， I100這樣的讀入，讀的時候可以用字串流或者sscanf，
思路：先按照給出的電路圖存圖，然后dfs模擬即可，還有一個小坑是只要圖有環，就算要輸出的部分不涉及環路也判LOOP（我最開始只判斷要輸出的部分，得了80分），判環可以用拓撲排序，或者直接dfs加標記即可

代碼：
dfs + 拓撲排序判環

#include <bits/stdc++.h>


using namespace std;

const int maxn = 705 , N = 2e4 + 5;

struct gate{
	string func;
	vector <int> ii;
	vector <int> o;
	int out;
	gate() {
		out;
	}
	gate(string s) : func(s){}
};

int tin[N][maxn * 6] , tout[N] , mout[maxn] , in[N];
int vis[maxn];
vector <int> ans[N];
vector <gate> g;

bool dfs(int u , int k ) {
	//if(vis[u]) return false;
	if(mout[u] != -1)return mout[u];
	int res = 0;
	if(g[u].func[0] == 'X') {
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res ^= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res ^= mout[v];
		}
		mout[u] = res;
		//cout << "u = " << u << "res = " << res << endl;
	}
	else if(g[u].func[0] == 'A') {
		res = 1;
		bool flag = 0;
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res &= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res &= mout[v];
		}
		mout[u] = res;
	}
	else if(g[u].func[0] == 'O') {
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res |= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res |= mout[v];
		}
		mout[u] = res;
	}
	else if(g[u].func == "NOT") {
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res = !tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res = !mout[v];
		}
		mout[u] = res;
	}
	else if(g[u].func == "NAND") {
		res = 1;
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res &= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res &= mout[v];
		}
		mout[u] = !res;
	}
	else {
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res |= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res |= mout[v];
		}
		mout[u] = !res;
	}
	return true;
}

bool tp(int n ) {
	for(int i = 1 ; i <= n ; i++) {
		for(int j = 0; j < g[i].o.size() ; j++) {
			int v = g[i].o[j];
			in[v]++;
		}
	}
	queue <int> q;
	int cnt = 0;
	for(int i = 1 ; i <= n ; i++) {
		if(!in[i]) {
			cnt++;
			q.push(i);
		}
	}
	while(!q.empty()) {
		int u = q.front(); q.pop();
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(in[v] == 1) {
				q.push(v);
				cnt++;
			}
			in[v]--;
		}
	}
	if(cnt < n)return false;
	else return true;
	
}


int main() {
	int Q;
	int m , n;
	ios::sync_with_stdio(0);
	cin >> Q;
	while(Q--) {
		cin >> m >> n;
		g.clear();
		g.push_back(gate());
		memset(in , 0 , sizeof(in));
		for(int i = 1 ; i <= n ; i++) {
			string func;
			int k;
			cin >> func >> k;
			gate g1 = gate(func);
			while(k--) {
				string s;
				cin >> s;
				int t = 0;
				stringstream ss(s.substr(1));
				ss >> t;
				if(s[0] == 'O')g1.o.push_back(t);
				else if(s[0] == 'I')g1.ii.push_back(t);
			}
			g.push_back(g1);
		}
		int s;
		cin >> s;
		for(int i = 1 ; i <= s ; i++) {
			for(int j = 1 ; j <= m ; j++) {
				cin >> tin[i][j];
			}
		}
		bool flag = 0;
		memset(vis , 0 , sizeof(vis));
		if( !tp(n) ) {
			flag = 1;
		}
		for(int i = 1 ; i <= s ; i++) {
			int si;
			for(int j = 1 ; j <= n ; j++)mout[j] = -1;
			cin >> si;
			for(int j = 1 ; j <= si ; j++) {
				cin >> tout[j];
			}
			
			for(int j = 1 ; j <= si && !flag; j++) {
				dfs(tout[j] , i);
				ans[i].push_back(mout[tout[j]]);
			}
		}
		if(!flag) {
			for(int i = 1 ; i <= s ; i++) {
				for(int j = 0 ; j < ans[i].size() ; j++) {
					if(j > 0)cout << " ";
					cout << ans[i][j];
				}
				cout << "\n";
			}
		}
		else {
			cout << "LOOP\n";
		}
		for(int i = 1 ; i <= s; i++) {
			ans[i].clear();
		}
	}
	return 0;
}

dfs + dfs判環：

#include <bits/stdc++.h>


using namespace std;

const int maxn = 705 , N = 2e4 + 5;

struct gate{
	string func;
	vector <int> ii;
	vector <int> o;
	int out;
	gate() {
		out;
	}
	gate(string s) : func(s){}
};

int tin[N][maxn * 6] , tout[N] , mout[maxn] , in[N];
int vis[maxn];
vector <int> ans[N];
vector <gate> g;

bool dfs(int u , int k ) {
	//if(vis[u]) return false;
	if(mout[u] != -1)return mout[u];
	int res = 0;
	if(g[u].func[0] == 'X') {
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res ^= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res ^= mout[v];
		}
		mout[u] = res;
		//cout << "u = " << u << "res = " << res << endl;
	}
	else if(g[u].func[0] == 'A') {
		res = 1;
		bool flag = 0;
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res &= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res &= mout[v];
		}
		mout[u] = res;
	}
	else if(g[u].func[0] == 'O') {
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res |= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res |= mout[v];
		}
		mout[u] = res;
	}
	else if(g[u].func == "NOT") {
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res = !tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res = !mout[v];
		}
		mout[u] = res;
	}
	else if(g[u].func == "NAND") {
		res = 1;
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res &= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res &= mout[v];
		}
		mout[u] = !res;
	}
	else {
		for(int i = 0 ; i < g[u].ii.size() ; i++) {
			int v = g[u].ii[i];
			res |= tin[k][v];
		}
		for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
			int v = g[u].o[i];
			if(mout[v] == -1 ) {
				if(!dfs(v , k));//return false;
			}
			res |= mout[v];
		}
		mout[u] = !res;
	}
	return true;
}

bool solve(int u , int f) {
	if(vis[u]) {
		if( vis[u] == f )return false;
		return true;
	}
	vis[u] = f;
	for(int i = 0 ; i < g[u].o.size() ; i++) {
		int v = g[u].o[i];
		if(!solve(v , f) ) {
			return false;
		}
	}
	
	return true;
}

bool tp(int n ) {
	
	for(int i = 1 ; i <= n ; i++) {
		if(!vis[i] && !solve(i , i)) {
			
			return false; 
		}
	}
	return true;
}


int main() {
	int Q;
	int m , n;
	ios::sync_with_stdio(0);
	cin >> Q;
	while(Q--) {
		cin >> m >> n;
		g.clear();
		g.push_back(gate());
		memset(in , 0 , sizeof(in));
		for(int i = 1 ; i <= n ; i++) {
			string func;
			int k;
			cin >> func >> k;
			gate g1 = gate(func);
			while(k--) {
				string s;
				cin >> s;
				int t = 0;
				stringstream ss(s.substr(1));
				ss >> t;
				if(s[0] == 'O')g1.o.push_back(t);
				else if(s[0] == 'I')g1.ii.push_back(t);
			}
			g.push_back(g1);
		}
		int s;
		cin >> s;
		for(int i = 1 ; i <= s ; i++) {
			for(int j = 1 ; j <= m ; j++) {
				cin >> tin[i][j];
			}
		}
		bool flag = 0;
		memset(vis , 0 , sizeof(vis));
		if( !tp(n) ) {
			flag = 1;
		}
		for(int i = 1 ; i <= s ; i++) {
			int si;
			for(int j = 1 ; j <= n ; j++)mout[j] = -1;
			cin >> si;
			for(int j = 1 ; j <= si ; j++) {
				cin >> tout[j];
			}
			
			for(int j = 1 ; j <= si && !flag; j++) {
				dfs(tout[j] , i);
				ans[i].push_back(mout[tout[j]]);
			}
		}
		if(!flag) {
			for(int i = 1 ; i <= s ; i++) {
				for(int j = 0 ; j < ans[i].size() ; j++) {
					if(j > 0)cout << " ";
					cout << ans[i][j];
				}
				cout << "\n";
			}
		}
		else {
			cout << "LOOP\n";
		}
		for(int i = 1 ; i <= s; i++) {
			ans[i].clear();
		}
	}
	return 0;
}

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    他們集團的資訊化公司及研究院在一個礦區正在做智能礦山的統一平臺的 試點，專案投資大概1億，包括了礦山的各方面的內容，顯示得我們這次交流有點多余。他們2年前開始做智能礦山的規劃，有很多煤礦行業專家的加持，他們的描述是非常完美，但是去年底應該上線的平臺，現在還沒有看到影子。他們確實有很多場景需求，但是被... ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:19:07 more
  • 《社區人員管理》實戰案例設計&個人案例分享

    設計是一個讓人夢想成真程序，開始編碼、測驗、除錯之前進行需求分析和架構設計，才能保證關鍵方面都做正確 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:18:57 more
  • 軟體架構生態化-多角色交付的探索實踐

    作為一個技術架構師，不僅僅要緊跟行業技術趨勢，還要結合研發團隊現狀及痛點，探索新的交付方案。在日常中，你是否遇到如下問題 “ 業務需求排期長研發是瓶頸；非研發角色感受不到研發技改提效的變化；引入ISV 團隊又擔心質量和安全，培訓周期長“等等，基于此我們探索了一種新的技術體系及交付方案來解決如上問題。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:18:49 more
  • 05單件模式

    #經典的單件模式 public class Singleton { private static Singleton uniqueInstance; //一個靜態變數持有Singleton類的唯一實體。 // 其他有用的實體變數寫在這里 //構造器宣告為私有，只有Singleton可以實體化這個類! ......

    uj5u.com 2023-04-19 08:42:51 more
  • 【架構與設計】常見微服務分層架構的區別和落地實踐

    軟體工程的方方面面都遵循一個最基本的道理：沒有銀彈，架構分層模型更是如此，每一種都有各自優缺點，所以請根據不同的業務場景，并遵循簡單、可演進這兩個重要的架構原則選擇合適的架構分層模型即可。 ......

    uj5u.com 2023-04-19 08:42:41 more

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