一元多项式的乘法与加法运算

文章介绍了如何使用C++编程语言实现计算两个一元多项式的乘积和,通过创建数组存储系数和指数,遍历并相乘或相加来得到结果,同时处理输出格式的要求。

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题目:


设计函数分别求两个一元多项式的乘积与和。

输入格式:

输入分2行,每行分别先给出多项式非零项的个数,再以指数递降方式输入一个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:

输出分2行,分别以指数递降方式输出乘积多项式以及和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。零多项式应输出0 0。

输入样例:
4 3 4 -5 2  6 1  -2 0
3 5 20  -7 4  3 1
输出样例:
15 24 -25 22 30 21 -10 20 -21 8 35 6 -33 5 14 4 -15 3 18 2 -6 1
5 20 -4 4 -5 2 9 1 -2 0

image.png

测试点

示例分析:

假设有两个多项式:

  • 多项式A:4x^3 - 5x^2 + 6x - 2
  • 多项式B:5x^5 - 7x^4 + 3x

我们将计算多项式A和多项式B的乘积和和。

解题思路:

  1. 创建两个数组,分别表示多项式A和多项式B的系数,数组的索引表示指数。
  2. 遍历输入,将系数存储在相应的指数位置,确保指数为正数。
  3. 计算乘积多项式:
    • 遍历多项式A的每一项,与多项式B的每一项相乘,将结果存储在乘积多项式的相应项中。
    • 确保正确的指数,将两个指数相加。
  4. 输出乘积多项式,从高次项到低次项,跳过系数为0的项。
  5. 计算和多项式,将两个多项式的系数相加,存储在和多项式中。
  6. 输出和多项式,从高次项到低次项,跳过系数为0的项。

代码:

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> poly1(2001, 0); // 初始化多项式A的系数数组,索引对应指数
    vector<int> poly2(2001, 0); // 初始化多项式B的系数数组,索引对应指数

    int m, n;
    cin >> m;
    int coef, exp;
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        cin >> coef >> exp;
        poly1[exp] = coef; // 将系数存入对应指数的位置
    }

    cin >> n;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        cin >> coef >> exp;
        poly2[exp] = coef;
    }

    vector<int> product_poly(2001, 0); // 初始化乘积多项式的系数数组
    vector<int> sum_poly(2001, 0); // 初始化和多项式的系数数组

    // 计算乘积多项式
    for (int i = 0; i <= 1000; i++) {
        if (poly1[i] != 0) {
            for (int j = 0; j <= 1000; j++) {
                if (poly2[j] != 0) {
                    product_poly[i + j] += poly1[i] * poly2[j];
                }
            }
        }
    }

    // 输出乘积多项式
    bool first_term = true;
    for (int i = 2000; i >= 0; i--) {
        if (product_poly[i] != 0) {
            if (!first_term) {
                cout << " ";
            }
            cout << product_poly[i] << " " << i;
            first_term = false;
        }
    }

    if (first_term) {
        cout << "0 0";
    }

    cout << endl;

    // 计算和多项式
    for (int i = 0; i <= 1000; i++) {
        sum_poly[i] = poly1[i] + poly2[i];
    }

    // 输出和多项式
    first_term = true;
    for (int i = 2000; i >= 0; i--) {
        if (sum_poly[i] != 0) {
            if (!first_term) {
                cout << " ";
            }
            cout << sum_poly[i] << " " << i;
            first_term = false;
        }
    }

    if (first_term) {
        cout << "0 0";
    }

    cout << endl;

    return 0;
}

注意事项:

  • 程序中的数组大小要足够大以容纳输入的指数,这里设置为2001。
  • 系数为0的项表示多项式中不存在该指数的项,因此在输出时要跳过这些项。
  • 输出格式要求去除多余空格,确保零多项式输出为"0 0"。
### 一元多项式乘法加法运算数据结构实现方法 #### 数据存储方式 在实现一元多项式乘法加法运算时,选择合适的数据结构至关重要。对于稠密多项式(即大部项都存在),使用数组是一种高效的方式[^1]。数组可以通过索引直接访问元素,因此在处理稠密多项式时具有较高的效率。然而,对于稀疏多项式(即项数较少且布不均),链表更为适合。链表可以动态地配内存,仅存储非零项,从而节省空间并提高操作效率[^2]。 #### 加法运算实现 在一元多项式加法运算中,主要需要考虑合并同类项的问题。如果使用链表存储多项式,可以通过遍历两个链表,比较当前节点的指数值来完成加法运算。若指数相等,则将系数相加,并判断结果是否为零;若不为零,则将该项插入结果链表中。若指数不相等,则将指数较大的项直接插入结果链表中[^3]。 以下是基于链表实现加法运算的代码示例: ```python class Node: def __init__(self, coef=0, exp=0, next=None): self.coef = coef # 系数 self.exp = exp # 指数 self.next = next # 下一个节点 def add_polynomials(p1, p2): dummy = Node() # 哑节点 current = dummy while p1 and p2: if p1.exp > p2.exp: current.next = Node(p1.coef, p1.exp) p1 = p1.next elif p1.exp < p2.exp: current.next = Node(p2.coef, p2.exp) p2 = p2.next else: coef_sum = p1.coef + p2.coef if coef_sum != 0: current.next = Node(coef_sum, p1.exp) p1 = p1.next p2 = p2.next current = current.next # 处理剩余部 if p1: current.next = p1 if p2: current.next = p2 return dummy.next ``` #### 乘法运算实现 乘法运算相对复杂,需要将一个多项式的每一项另一个多项式的每一项相乘,然后合并同类项。若使用链表实现,可以通过嵌套循环完成这一过程:外层循环遍历第一个多项式的每一项,内层循环遍历第二个多项式的每一项,将两者的乘积累积到结果链表中。最终需要对结果链表进排序合并同类项的操作[^1]。 以下是基于链表实现乘法运算的代码示例: ```python def multiply_polynomials(p1, p2): if not p1 or not p2: return None result = None # 遍历p1的每一项 current_p1 = p1 while current_p1: temp_result = None current_p2 = p2 # 遍历p2的每一项 while current_p2: coef_product = current_p1.coef * current_p2.coef exp_sum = current_p1.exp + current_p2.exp # 创建新节点 new_node = Node(coef_product, exp_sum) # 插入到临时结果链表中 if not temp_result: temp_result = new_node tail = new_node else: tail.next = new_node tail = new_node current_p2 = current_p2.next # 将临时结果总结果合并 result = add_polynomials(result, temp_result) current_p1 = current_p1.next return result ``` #### 合并同类项 无论是在加法还是乘法运算中,合并同类项都是关键步骤。通过遍历结果链表,检查是否存在相同指数的项,并将它们的系数相加。如果系数为零,则删除该项[^3]。 ---
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