量子编程法（004）：量子系统的设计

最新推荐文章于 2024-04-10 12:08:02 发布

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本文深入探讨量子编程法处理程序执行顺序、分支与循环的机制。通过实例讲解量子编程如何运用授权型与切换型条件实现分支，以及如何通过条件判断解决循环问题。

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本节目录

程序执行的顺序和分支

程序分支举例

循环的处理和举例

程序执行的顺序和分支

我们知道，在传统的由语句或模块组成的程序中，程序执行的序列有三种：顺序、分支和循环。量子编程法对这三种程序执行序列都能够进行处理。

量子的驱动链就相当于传统的顺序执行。这很好理解，这就相当于将顺序执行的语句或模块转换成量子，再按执行顺序组成驱动链就可以了。

例如，有一个程序B，其中包含有三个模块M1、M2和M3，三个模块按顺序执行，按传统编程方法，则编写下列语句：

程序B
    M1
    M2
    M3

如果采用量子编程法，则可以编写出下面的量子编程表：

或下面的量子编程表（因为对于一个量子有多个继量子的情况，是按照继量子在表格中的排列顺序处理的）：

那么，如果遇到程序的分支，量子编程法如何处理呢？程序的分支就是语句或模块需要满足某些条件才能执行，即传统上使用If……Then……Else这样的条件语句进行编程。

在量子编程法中，是利用量子的确认进行分支处理。

例如，有一个程序B，其中包含有三个模块M1、M2和M3，三个模块按顺序执行，其中M2的执行需满足条件T，按传统编程方法，则编写下列语句：

程序B
    M1
    If T Then M2
    M3

那么在量子编程法中，相应的量子编程表如下：

与顺序执行相比，增加了表示条件的量子T，而需满足条件的M2只需在其源量子处输入T就行了。这种条件可称为“授权型条件”，量子T也可称为“授权量子”（即T对M2授权）。

如果传统编程方式是如下条件语句：

程序B
    M1
    If T 
        Then M2a
        Else M2b
    M3

则相应的量子编程表如下：

其中Ta和Tb的确认代码返回值是相反的。这是比较简单直接的设计想法，即将原来的条件量子T变成两个量子Ta和Tb，Ta和原来的T一样，Tb的确认值则是Ta确认值的取反。这样将其转换成源代码的VBA处理程序完全不变就能处理。

但我们也可以更精巧一点，还是用一个条件量子T，在需要对其取反的时候在其前面加一个符号“~”，如下所示：

这样可以直观的看到M2a和M2b不可能同时执行，避免了出错风险。但这样就需要VBA处理程序增加额外的工作，要隐含的产生一个与T的确认值相反的量子，并作为M2b的源量子。这个隐含的量子可称为T的“反量子”。

这种类型条件可称为“切换型条件”，量子T也可称为“切换量子”（即根据T，驱动链接下来将在M2a和M2b之间切换）。

程序分支举例

对于授权型的条件，用量子处理是很简单的。凡是确认源量子大部分都是授权型量子。这在第002节的举例中已经出现，不再赘述。

下面举一个切换型条件的例子：

计算一个数的平方根，根据这个数的符号不同，显示不同的文字结果。例如，计算数值“4”的平方根，则显示“实数 2”字样，计算数值“-4”的平方根，则显示“虚数 2i”字样。如下图所示：

量子编程法对于分支问题编程的一般思路是：首先从起始点开始沿着驱动链列出所有可能经过的量子，然后再考虑各个量子的确认问题。这样可以将思路首先聚焦到主要问题，避免被 If……Then 之类的结构干扰。这也是量子编程法的优点之一：程序流程清晰。

此示例的量子编程表如下所示（VBA代码）：

表中黄颜色标记的是一对正反量子bNum1LE0和~bNum1LE0，分别为ShowSqrtR和ShowSqrtI的源量子。另外量子lblLabel所代表的控件为显示strSqrtR和strSqrtI所共用，这没有问题，因为strSqrtR和strSqrtI不会同时显示。

循环的处理和举例

程序的循环实际上是一种特殊的分支，即满足某一条件时重复执行一段语句或模块。虽然循环有多种类型，但都可用条件加转移语句来实现。

例如：要计算累加和S = 1+2+3+……+N，用循环语句实现如下：

N = 100	‘初始化循环：计算上限
I = 1	‘初始化循环：循环控制变量
S = 0	‘初始化循环：计算结果
Do		‘循环体
    S = S + I 
    I = I + 1	‘调节循环控制变量
While I <= N	‘循环条件

如果用条件加转移语句实现如下：

N = 100	‘初始化循环：计算上限
I = 1	‘初始化循环：循环控制变量
S = 0	‘初始化循环：计算结果
L:  S = S + I	‘循环体
    I = I + 1	‘调节循环控制变量
If I <= N Then Goto L	‘循环条件

因此，量子编程法就可以用处理条件分支的方法来解决循环的问题。

用量子编程法计算累加和的界面如下：

量子编程表如下（VBA代码）：

表中用黄颜色标记了与循环有关的量子。循环是由量子N驱动 I 开始的，I 执行了循环的初始化之后驱动循环体Loop，执行循环体实际上是执行一条或多条驱动链，驱动链的起始点就是Loop，所有驱动链的结尾都是LoopAdjust和Loop，以便重复执行循环体，而Loop的源量子是循环条件LoopCondition，以判断是否继续执行循环体。

量子Loop的动作代码转换后是这样的：

Public Sub QLoop()

    If Valid_Loop(1) Then '确认源量子有效

        '本量子动作代码
        '/本量子动作代码

        If Valid_Loop(2) Then '确认量子本身有效
            QS
            QLoopAdjust
            QLoop
        End If

    End If

End Sub

从上面的代码可以看出，如果驱动是直接调用量子的动作过程，则循环体的动作过程是一个递归的过程。如果循环次数过多，可能会造成堆栈溢出。

解决的办法有两个，一个是改为消息驱动，另一个就是避免采用量子编程法对循环进行处理，而是将整个循环设计成一个量子，将循环代码封装到量子的动作代码内执行。