1051. 复数乘法 (15)

本文介绍了一种计算两个复数乘积的方法,通过将复数表示为极坐标下的指数形式,进而转换为常规形式(A+Bi),并提供了具体的计算实例。

复数可以写成(A + Bi)的常规形式,其中A是实部,B是虚部,i是虚数单位,满足i2 = -1;也可以写成极坐标下的指数形式(R*e(Pi)),其中R是复数模,P是辐角,i是虚数单位,其等价于三角形式 R(cos(P) + isin(P))。

现给定两个复数的R和P,要求输出两数乘积的常规形式。

输入格式:

输入在一行中依次给出两个复数的R1, P1, R2, P2,数字间以空格分隔。

输出格式:

在一行中按照“A+Bi”的格式输出两数乘积的常规形式,实部和虚部均保留2位小数。注意:如果B是负数,则应该写成“A-|B|i”的形式。

输入样例:
2.3 3.5 5.2 0.4
输出样例:
-8.68-8.23i
注意当得到复数在0到-0.05之间时,根据题意四舍五入应为0,而%0.2lf直接输出会是-0;
#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main()
{
    double R1,P1,R2,P2;
    double A,B;
    int flag = 0;
    scanf("%lf%lf%lf%lf",&R1,&P1,&R2,&P2);
    A = R1*R2*cos(P1+P2);
    B = R1*R2*sin(P1+P2);
    if(A<0&&A>-0.005)
    {
        A = 0;
    }
    if(B<0&&B>-0.005)
    {
        B = 0;
    }
    B<0 ? printf("%.2lf-%.2lfi",A,fabs(B)) : printf("%.2lf+%.2lfi",A,B);
    return 0;
}

### 复数乘法的算法原理 复数由实部和虚部组成,形式为 \( a + bi \),其中 \( a \) 是实部,\( b \) 是虚部,而 \( i \) 表示虚数单位。对于两个复数 \( (a + bi) \) 和 \( (c + di) \),它们的乘法规则遵循以下公式: \[ (a + bi)(c + di) = (ac - bd) + (ad + bc)i \] 这意味着复数乘法的结果是一个新的复数,其实部为 \( ac - bd \),虚部为 \( ad + bc \)[^1]。 在实际应用中,特别是在硬件实现上,这种运算可以通过多种方式完成。例如,在 FPGA 中,开发者可以选择手动编写 Verilog 代码来定义逻辑电路,或者利用现成的 IP 核加速开发进程[^2]。 以下是两种常见的实现方法及其特点分析: --- #### 方法一:基于软件编程的语言实现 在高级语言(如 Python 或 C++)中,可以直接通过函数或类的形式实现复数乘法操作。下面提供了一个简单的 Python 实现例子: ```python class ComplexNumber: def __init__(self, real=0, imag=0): self.real = real self.imag = imag def multiply(self, other): result_real = self.real * other.real - self.imag * other.imag result_imag = self.real * other.imag + self.imag * other.real return ComplexNumber(result_real, result_imag) # 测试用例 num1 = ComplexNumber(3, 2) num2 = ComplexNumber(1, 7) result = num1.multiply(num2) print(f"({num1.real} + {num1.imag}i) * ({num2.real} + {num2.imag}i) = " f"({result.real} + {result.imag}i)") ``` 上述代码展示了如何创建一个 `ComplexNumber` 类并定义其乘法行为。该方法适用于通用计算环境下的复数运算需求。 --- #### 方法二:基于硬件描述语言(Verilog) 当目标平台是 FPGA 时,通常会采用硬件描述语言(HDL),如 Verilog 来设计专用电路。一种典型的复数乘法器结构涉及四个独立的整数乘法单元以及加法/减法模块。具体而言,假设输入数据宽度均为 8 位,则最终输出的数据宽度应扩展至至少 16 位以容纳可能的最大值范围;然而由于存在符号扩展情况,某些情况下需进一步增加到 17 位才能完全表示结果[^5]。 下面是使用 Verilog 编写的简单版本复数乘法器框架: ```verilog module complex_multiplier ( input signed [7:0] a_re, a_im, input signed [7:0] b_re, b_im, output reg signed [16:0] out_re, out_im ); always @(*) begin // 计算实部部分(ac-bd) out_re = (a_re * b_re) - (a_im * b_im); // 计算虚部部分(ad+bc) out_im = (a_re * b_im) + (a_im * b_re); end endmodule ``` 此段程序片段说明了基本功能构建思路——即分别执行两次乘法与一次加法、一次减法操作得到所需结果[^3]。 另外值得注意的是现代 EDA 工具链提供了更便捷的选择方案,比如 Xilinx Vivado 软件包内置专门针对此类场景优化过的复杂数学运算组件库(IP Core), 它们能够显著减少手工编码工作量的同时提高整体性能表现水平[^4]。 --- ### 总结 无论是借助传统算法还是现代化工具支持的方式都可以有效达成目的; 不过前者更适合教学演示用途以便理解内部机制运作细节, 后者则更加侧重于工程实践中的效率考量因素.
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