PAT 02-2. 一元多项式求导 (25)

本文介绍了一种使用链表结构实现一元多项式求导的算法。该算法通过读取输入的一元多项式的非零项系数和指数,按指数递降方式存储,并输出求导后的多项式系数和指数。
02-2. 一元多项式求导 (25)
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400 ms
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65536 kB
代码长度限制
8000 B
判题程序
Standard
设计函数求一元多项式的导数。

输入格式:以指数递降方式输入多项式非零项系数和指数(绝对值均为不超过1000的整数)。数字间以空格分隔。

输出格式:以与输入相同的格式输出导数多项式非零项的系数和指数。数字间以空格分隔,但结尾不能有多余空格。注意“零多项式”的指数和系数都是0,但是表示为“0 0”。

输入样例:
3 4 -5 2 6 1 -2 0
输出样例:

12 3 -10 1 6 0


#include<cstdio>
#include<cstdlib>
using namespace std;
int count = 0;
struct Node//节点结构体
{
	int data1;
	int data2;
	Node* next;
};
typedef struct Node* PtrToNode;//节点指针
typedef PtrToNode Position;//节点位置指针
typedef PtrToNode List;//链表头指针

Position Add(List L, int x1,int x2)//添加元素X
{
	Position p, ptr;
	ptr = (Position)malloc(sizeof(struct Node));
	p = L;
	while (p->next != NULL)
	{
		p = p->next;
	}
	p->next = ptr;
	ptr->data1 = x1;
	ptr->data2 = x2;
	ptr->next = NULL;
	return L;
}
void print(List L)//打印链表
{	
	if (count == 0)
		printf("0 0");
	else
	{
		Position p = L->next;
		while (p->next != NULL)
		{
			printf("%d %d ", p->data1, p->data2);
			p = p->next;
		}
		printf("%d %d", p->data1, p->data2);
	}
}

List qiudao(List L1, List L2)//求导
{
	Position p1 = L1;
	Position p2 = L2;
	while (p1->next != NULL)
	{
		p1 = p1->next;
		if (p1->data2 != 0)
		{
			Add(L2, p1->data1*p1->data2, p1->data2 - 1);
			count++;
		}
	}
	return L2;
}


int main()
{
	struct Node L;
	List p = &L;
	p->next = NULL;
	struct Node L2;
	List p2 = &L2;
	p2->next = NULL;
	int a, b;
	while (scanf("%d%d", &a, &b) != EOF)
	{
		Add(p, a, b);
	}
	p2 = qiudao(p, p2);
	print(p2);
	printf("\n");
}


<think>首先,用户的问题是:“我想查找使用C语言解决一元多项式求导问题的解答 请问C语言实现一元多项式求导的解决方案”。这是一个明确的请求,需要我提供C语言代码来实现一元多项式求导。 回顾系统级指令: - 所有行内数学表达式必须使用$...$格式- 独立公式使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识。 用户提到的引用是站内引用,但用户说“上述引用仅供参考,并是用户真正的需求”,所以我应该依赖这些引用。用户强调“请尽可能多的参考用户上一次的问题你的回答”,但在这个对话中,这是第一个问题,所以我应该直接回答当前问题。 关键点:用户需要C语言实现一元多项式求导的解决方案。 什么是“一元多项式求导”?在数学中,一元多项式如 $p(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_1 x + a_0$。求导后得到 $p'(x) = n a_n x^{n-1} + (n-1) a_{n-1} x^{n-2} + \cdots + a_1$。 在C语言中实现这个,我需要考虑如何表示多项式。常见的方式是使用数组或链表来存储系数- 数组:索引i对应系数a_i,表示x^i的系数- 链表:每个节点存储指数系数。 对于求导- 常数求导后为零。 - 指数求导:对于$a x^k$,求导后变为$k a x^{k-1}$。 用户没有指定输入格式,所以我应该假设一个合理的表示方式。例如,多项式可以作为一个数组输入,其中索引表示指数。 步骤: 1. **定义多项式表示**:假设多项式用数组表示,索引0为常数,索引1为x的系数,依此类推。 2. **实现求导函数**: - 输入:一个数组(系数数组),以及多项式的阶数(最高指数)。 - 输出:一个新数组,表示导数的系数- 对于每个指数i(从1到n),导数系数(i) * 原始系数[i]。 但常数求导后消失,所以导数的阶数会比原多项式低一。 例如,多项式 $p(x) = 3x^2 + 2x + 1$: - 系数数组: [1, 2, 3] (假设索引0是常数,索引1是x,索引2是x^2- 求导后:$p'(x) = 6x + 2$,所以系数数组: [2, 6] (索引0是常数,索引1是x) 所以,在代码中,导数数组的大小应比原数组小1。 现在,回答结构: - 使用中文。 - 解释清楚。 - 提供C代码。 - 添加相关问题。 - 确保数学表达式正确。 生成相关问题: - 系统要求“生成相关问题”,在最后添加几个相关问题。 回答结构: 1. **解释一元多项式求导的数学背景**。 2. **描述C语言实现方案**。 3. **提供代码示例**。 4. **讨论优化或注意事**。 5. **添加相关问题**。 最后,引用标识:用户没有提供引用,所以我可能需要添加,除非我在解释中引用了一些概念。 代码格式:像示例中那样,使用```c```块包裹代码。 数学表达式: - 行内:如 $p(x) = a_n x^n + \cdots$ - 独立公式:如多项式定义。 完整回答: - 开头解释。 - 数学描述。 - 代码实现。 - 相关问题。 </think>### C语言实现一元多项式求导的解决方案 一元多项式求导是微积分中的基础操作。给定一个一元多项式 $p(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_1 x + a_0$,其导数为 $p'(x) = n a_n x^{n-1} + (n-1) a_{n-1} x^{n-2} + \cdots + a_1$。在C语言中,我们可以通过数组表示多项式系数(索引0对应常数$a_0$,索引1对应$a_1$,依此类推)。求导的核心是: - 常数求导后变为0。 - 指数求导规则:对于$a_k x^k$,导数为$k a_k x^{k-1}$。 - 结果多项式的阶数降低1(即常数消失)。 下面我将逐步解释C语言实现解决方案,包括代码示例、输入输出格式注意事。 #### 实现步骤 1. **多项式表示**:使用一个数组存储系数,数组大小等于阶数加一(例如,阶数为n的多项式需要长度为n+1的数组)。 2. **求导算法**: - 创建一个新数组存储导数系数,大小为原数组大小减一。 - 遍历原数组(从索引1开始,因为索引0的常数求导后消失): - 对于每个索引i(对应指数i),计算导数系数:新数组索引为i-1的值为 $(i \times \text{原系数}[i])$。 3. **边界处理**:如果多项式是常数(阶数为0),则导数恒为0。 4. **输入输出**:假设输入为一个系数数组阶数;输出为导数系数数组。 #### C语言代码示例 以下是一个完整的C语言程序,实现了多项式求导功能。代码包括输入处理(从用户读取多项式系数),求导计算,以及输出结果。 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> // 函数原型声明 void polynomial_derivative(double coefficients[], int degree, double derivative[]); int main() { int degree; printf("请输入多项式的阶数(最高指数):"); scanf("%d", &degree); // 验证阶数有效性 if (degree < 0) { printf("错误:阶数必须为非负整数。\n"); return 1; } double *coefficients = (double *)malloc((degree + 1) * sizeof(double)); if (coefficients == NULL) { printf("内存分配失败。\n"); return 1; } // 读取系数 printf("请输入多项式系数(从常数开始,以空格分隔):\n"); for (int i = 0; i <= degree; i++) { scanf("%lf", &coefficients[i]); } // 处理常数多项式(阶数为0)的情况 if (degree == 0) { printf("导数为:0\n"); free(coefficients); return 0; } // 分配导数数组内存(阶数减一) double *derivative = (double *)malloc(degree * sizeof(double)); if (derivative == NULL) { printf("内存分配失败。\n"); free(coefficients); return 1; } // 计算求导 polynomial_derivative(coefficients, degree, derivative); // 输出导数结果 printf("求导后的多项式系数:\n"); for (int i = 0; i < degree; i++) { // 索引i对应导数多项式中的指数i(例如,索引0对应常数) printf("x^%d 的系数: %.2f\n", i, derivative[i]); } // 释放内存 free(coefficients); free(derivative); return 0; } // 计算多项式导数的函数 void polynomial_derivative(double coefficients[], int degree, double derivative[]) { for (int i = 1; i <= degree; i++) { // 求导规则:导数系数 = i * coefficients[i] derivative[i - 1] = i * coefficients[i]; } } ``` #### 代码说明 - **输入格式**:用户先输入阶数(如阶数为2,对应多项式 $p(x) = a_0 + a_1 x + a_2 x^2$),然后输入系数数组(例如,对于 $p(x) = 1 + 2x + 3x^2$,输入 `1 2 3`)。 - **输出格式**:导数多项式系数(例如,上述输入的导数为 $p'(x) = 2 + 6x$,输出为常数2x系数6)。 - **时间复杂度**:$O(n)$,其中n为多项式阶数,效率高。 - **内存管理**:使用 `malloc` 动态分配数组,避免固定大小限制;最后释放内存。 - **边界处理**: - 阶数为0时(常数多项式),直接输出0。 - 阶数为负时,报错退出。 #### 注意事 1. **数值稳定性**:对于高精度计算(如科学计算),建议使用更高精度的数据类型(如 `long double`)或自定义符号计算库。 2. **输入验证**:代码已包含基本验证,但实际应用中应添加更多错误处理(例如,检测非数字输入)。 3. **扩展性**:如果多项式稀疏(如只有少数非零系数),链表表示更高效[^1]。您可以根据需求修改代码。 4. **数学正确性**:求导规则基于标准微积分原理 $$ \frac{d}{dx}(a_k x^k) = k a_k x^{k-1} $$。
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