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。

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"。
### 原理 - **加法原理**:两个一元多项式相加时,合并同类项,即指数相同的项,将它们的系数相加。例如,对于多项式 \(3x^2 + 2x + 1\) \(2x^2 - x + 3\),相加时 \(x^2\) 项的系数 \(3\) \(2\) 相加得 \(5\),\(x\) 项的系数 \(2\) \(-1\) 相加得 \(1\),常数项 \(1\) \(3\) 相加得 \(4\),结果为 \(5x^2 + x + 4\)。 - **乘法原理**: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。例如,对于多项式 \(a_1x^{n_1}+a_2x^{n_2}\) \(b_1x^{m_1}+b_2x^{m_2}\),\((a_1x^{n_1}+a_2x^{n_2})\times(b_1x^{m_1}+b_2x^{m_2})=a_1b_1x^{n_1 + m_1}+a_1b_2x^{n_1 + m_2}+a_2b_1x^{n_2 + m_1}+a_2b_2x^{n_2 + m_2}\),之后再合并指数相同的项。 ### 方法 - **加法方法**: 1. 对两个多项式按指数降序排列。 2. 同时遍历两个多项式,比较当前项的指数: - 若指数相同,系数相加,若不为零,将结果项加入结果多项式。 - 若一个多项式的当前项指数大,将该项加入结果多项式,然后移动该多项式的指针。 - 重复上述步骤直到两个多项式遍历完。 - **乘法方法**: 1. 用第一个多项式的每一项乘以第二个多项式的每一项,得到一系列中间项。 2. 对所有中间项按指数降序排列。 3. 合并同类项。 ### 实现(Python 示例) ```python class PolyNode: def __init__(self, coef, exp): self.coef = coef self.exp = exp self.next = None def add_polynomials(p1, p2): dummy = PolyNode(0, 0) current = dummy while p1 and p2: if p1.exp > p2.exp: current.next = PolyNode(p1.coef, p1.exp) p1 = p1.next elif p1.exp < p2.exp: current.next = PolyNode(p2.coef, p2.exp) p2 = p2.next else: new_coef = p1.coef + p2.coef if new_coef != 0: current.next = PolyNode(new_coef, p1.exp) p1 = p1.next p2 = p2.next if current.next: current = current.next while p1: current.next = PolyNode(p1.coef, p1.exp) p1 = p1.next current = current.next while p2: current.next = PolyNode(p2.coef, p2.exp) p2 = p2.next current = current.next return dummy.next def multiply_polynomials(p1, p2): if not p1 or not p2: return None dummy = PolyNode(0, 0) terms = [] while p1: temp = p2 while temp: new_coef = p1.coef * temp.coef new_exp = p1.exp + temp.exp terms.append(PolyNode(new_coef, new_exp)) temp = temp.next p1 = p1.next terms.sort(key=lambda x: x.exp, reverse=True) i = 0 while i < len(terms): j = i + 1 while j < len(terms) and terms[j].exp == terms[i].exp: terms[i].coef += terms[j].coef terms.pop(j) if terms[i].coef == 0: terms.pop(i) else: i += 1 if not terms: return None dummy.next = terms[0] current = dummy.next for term in terms[1:]: current.next = term current = current.next return dummy.next def print_polynomial(poly): if not poly: print("0 0") return result = [] while poly: result.append(f"{poly.coef} {poly.exp}") poly = poly.next print(" ".join(result)) # 示例输入处理 input1 = [3, 4, -5, 2, 6, 1, -2, 0] input2 = [5, 20, -7, 4, 3, 1] def create_polynomial(input_list): dummy = PolyNode(0, 0) current = dummy for i in range(0, len(input_list), 2): coef = input_list[i] exp = input_list[i + 1] current.next = PolyNode(coef, exp) current = current.next return dummy.next p1 = create_polynomial(input1) p2 = create_polynomial(input2) product = multiply_polynomials(p1, p2) sum_poly = add_polynomials(p1, p2) print_polynomial(product) print_polynomial(sum_poly) ```
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