多项式Java数组加减

Question

我有下面的代码，除了在尝试从一个多项式中减去另一个多项式时的sub()函数之外，所有的代码似乎都工作得很好

p4 = p1.sub(p2);

当我期望看到：x-2x^3+7x^5-2x^7-5x^8时，我看到了输出：x+3x^5-5x^8。我找不出我的代码出了什么问题，任何帮助都是非常感谢的。提前谢谢。

public class Polynomial {

public static final int MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS = 30;
private int[] coefficients = new int[MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS];

public Polynomial() {
}

public Polynomial(int coefficient, int exponent) {
    coefficients[exponent] += coefficient;
}

public Polynomial(int[] newcoefficients) {
    for (int i = 0 ; i < MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS; i++) {
        coefficients[i] += newcoefficients[i];
    }
}

public void insert(int coefficient, int exponent) {
    coefficients[exponent] += coefficient;
}

public Polynomial add(Polynomial otherPolynomial) {
    for (int i = 0 ; i < MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS; i++) {
        if (otherPolynomial.coefficients[i] != 0)
            this.coefficients[i] += otherPolynomial.coefficients[i];
    }
    return new Polynomial(this.coefficients);
}

public Polynomial sub(Polynomial otherPolynomial) {
    for (int i = 0 ; i < MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS; i++) {
        if (otherPolynomial.coefficients[i] != 0)
            this.coefficients[i] -= otherPolynomial.coefficients[i];
    }
    return new Polynomial(this.coefficients);
}

public void sub(int coefficient, int exponent) {
    this.coefficients[exponent] -= coefficient;
}

public void remove(int exponent) {
    coefficients[exponent] = 0;
}

public void printout() {
    boolean firstPrint = false;
    if (coefficients[0] != 0) {
        System.out.print(coefficients[0]);
        firstPrint = true;
    }
    for (int i = 1 ; i < MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS; i ++) {
        if (coefficients[i] != 0) {
            if (firstPrint == false) {
                System.out.print(coefficients[i] + "x^" + i);
                firstPrint = true;
            }
            else {
                System.out.print(" + " + coefficients[i] + "x^" + i);
            }
        }
    }
    System.out.println();
}

public static void main(String[] args) {

    Polynomial p1 = new Polynomial(1,1);
    Polynomial p2 = new Polynomial(2,3);
    Polynomial p3 = new Polynomial();
    Polynomial p4 = new Polynomial();
    Polynomial p5 = new Polynomial(6,3);

    try {
        p1.insert(3,5);
        p1.sub(5,8);
        p1.printout();
        p2.sub(4,5);
        p2.add(new Polynomial(2,7));
        p2.printout();
        p3 = p1.add(p2);
        p3.printout();
        p4 = p1.sub(p2);
        p4.printout();
        p5.insert(2,5);
        p5.remove(3);
        p5.printout();
        //p1.add(new Polynomial(2,-1));
    }
    catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("Exponent cannot be negative. " + e);
    }
}
}

Answer 1

函数的运行情况与预期一致。你不知道(也许你知道)的是，当你调用p3 = p1.add(p2);时，你会改变p1，然后返回一个带有p1系数的新多项式。因此，当你调用p4 = p1.sub(p2)时，你会得到与p3 = p1.add(p2)之前相同的p1。所以你得到的更多是这样的：

p3 = p1* = p1 + p2

p4 = p1** = p1* - p2

其中p1*是p1 + p2的结果。所以你现在拥有的是：

p4 = p1* - p2 = (p1 + p2) - p2 = p1

同样，如果你想返回新的多项式，不要改变现有的多项式。

同时更改函数add(Polynomial ..)和sub(Polynomial ..)

public Polynomial add(Polynomial otherPolynomial) {
    int coeff[] = new int[MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS];
    System.arraycopy(this.coefficients, 0, coeff, 0, MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS);
    for (int i = 0 ; i < MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS; i++) {
        // why is this anyway?
        //if (otherPolynomial.coefficients[i] != 0)
        coeff[i] += otherPolynomial.coefficients[i];
    }
    return new Polynomial(coeff);
}

public Polynomial sub(Polynomial otherPolynomial) {
    int coeff[] = new int[MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS];
    System.arraycopy(this.coefficients, 0, coeff, 0, MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS);
    for (int i = 0 ; i < MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS; i++) {
        // why is this anyway?
        //if (otherPolynomial.coefficients[i] != 0)
        coeff[i] -= otherPolynomial.coefficients[i];
    }
    return new Polynomial(coeff);
}

这样，当你赋值(或调用拷贝构造函数) p3和p4时，你不会改变p1。

编辑:根据您的代码，不可能有一个函数，一旦添加到原始调用者，而一旦不改变它，这是您的程序想要的。当您调用p2.add(new Polynomial(2,7));时，您希望更改p2，同时又希望p1.add(p2)不更改p1，这在一个函数中是不可能实现的。

如果要使用问题中建议的输出，请更改

p2.add(new Polynomial(2,7));

至

p2 = p2.add(new Polynomial(2,7));

EDIT2:如果我想做这件事，我真的会用一种完全不同的方式。我将拥有所有返回类型为void的add/sub函数，以及两个返回新Polynomial和接受two Polynomials的静态add/sub函数。这些static方法不能在实例(如p1)上调用，但只能在类上调用。

因此，如果我在设计它，这将是我的代码：

public static Polynomial add(Polynomial p1, Polynomial p2){
    Polynomial newPolynomial = new Polynomial();
    for(int i=0;i< MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS;i++)
    newPolynomial.coefficients[i] = p1.coefficients[i]+p2.coefficients[i];
    return newPolynomial;
}

public static Polynomial sub(Polynomial p1, Polynomial p2){
    Polynomial newPolynomial = new Polynomial();
    for(int i=0;i< MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS;i++)
        newPolynomial.coefficients[i] = p1.coefficients[i]-p2.coefficients[i];
    return newPolynomial;
}

public void add(Polynomial otherPolynomial) {
    for (int i = 0 ; i < MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS; i++) {
        coefficients[i] += otherPolynomial.coefficients[i];
    }
}

public void sub(Polynomial otherPolynomial) {
    for (int i = 0 ; i < MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS; i++) {
        coefficients[i] -= otherPolynomial.coefficients[i];
    }
}

当你以这种方式使用它时，你不能说p3.add(p1, p2)。这会将您的主代码更改为：

    p1.insert(3,5);
    p1.sub(5,8);
    p1.printout();
    p2.sub(4,5);
    p2.add(new Polynomial(2,7));
    p2.printout();
    p3 = Polynomial.add(p1, p2);
    p3.printout();
    p4 = Polynomial.sub(p1, p2);
    p4.printout();
    p5.insert(2,5);
    p5.remove(3);
    p5.printout();

如您所见，对于p3和p4，您将调用Polynomial.add和Polynomial.sub。您可以通过理解Math.*方法来更好地理解这一点。所有的Math库都是static，所以你不能创建它的实例，但是你可以说Math.abs...这里是相同的概念，您可以调用Polynomial.add，等等

Answer 2

在您的代码中，您混合了两个概念。

1) (Immutable Ojects)您可以将多项式编码为不可变的，也就是说，add和sub不会改变成员字段，而是创建一个新的数组并返回一个新的对象-在这种情况下，必须编写

Polynomial p3 = p1.add(p2)

而p1保持不变，-，或者

2) (可变对象)你应该把你的多项式编码成可变的，并且只返回这个(而不是创建一个返回新对象)--在这种情况下，你可以写

p1.add(p2)

它类似于案例1中的p1 = p1.add(p2)。

在情况2)中，您可以执行以下操作

  p1.add(p2).sub(p3)

这类似于情况1中的p1 = p1.add(p2).sub(p3)。

由于您的操作是修改对象，因此您正在观察的内容称为副作用。避免副作用可能是编写使对象不可变的代码的主要动机之一。

试一试

public Polynomial add(Polynomial otherPolynomial) {
    Polynomial result = new Polynomial();
    for (int i = 0 ; i < MAX_NUMBER_OF_COEFFICIENTS; i++) {
        if (otherPolynomial.coefficients[i] != 0)
            result.coefficients[i] = this.coefficients[i] + otherPolynomial.coefficients[i];
    }
    return result;
}

潜水艇也是如此。

搜索关键字不可变，可变和副作用，以了解更多详细信息。

Answer 3

在我看来没问题，你先从行开始

Polynomial p1 = new Polynomial(1,1);

它基本上是1*x，然后调用下面的代码行

p1.insert(3,5);

它将数组的索引5设置为3，因此现在您有了1*x+3x^5，最后调用

p1.sub(5,8);

它从数组的8索引中的值中减去5，因此现在您得到1x^1 + 3x^5 + -5x^8