数据结构5.4_m元多项式的表示

本文详细解析了三元多项式如何通过嵌套结构分解为一元多项式,展示了复杂的数学表达式如何简化理解,并介绍了使用广义表数据结构表示m元多项式的方法。

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三元多项式表示如下:

P(x,y,z) = x10y3z2 + 2x6y3z2 + 3x5y2z2 + x4y4z + 6x3y4z + 2yz + 15

然后对式子进行变形:

P(x,y,z)=((x10+2x6)y3+3x5y2)z2+((x4+6x3)y4+2y)z+15

上面的三元多项式可以看成是z的一元多项式。即P(x,y,z)=Az2+Bz1+Cz0

其中A=((x10+2x6)y3+3x5y2)、B=((x4+6x3)y4+2y)、C=15;

然后二元多项式A(x,y)又可以看成是关于y的一元多项式;B也如此;

A(x,y)=((x10+2x6)y3+3x5y2)=Cy3+Dy2

其中C=x10+2x6、D=3x5

分解到此处可以看出C、D是关于x的一元多项式;

这种嵌套结构把m元多项式层层分解;很好地表示了一元多项式。

 

任何一个m元多项式可以分解出一个主变元,随后再分解出第二个变元等等;

 接下来可以用广义表的数据结构来表示m元多项式;

1 typedef struct MPNode{
2         ElemTag    tag;  //区分原子节点or
3         int             exp;  //指数域  
4         union{
5                 float    coef;  //指向系数域
6                struct   MPNode   *hp;  //表节点的表头指针
7         };
8         struct MPNode    *tp; //相当于线性链表的next,指向下一个元素的结点
9 }* MPList;

 

相关链接:

数据结构28:广义表及m元多项式:https://www.cnblogs.com/ciyeer/p/9040516.html

转载于:https://www.cnblogs.com/grooovvve/p/10398311.html

<think>好的,我现在需要帮助用户了解如何在一稠密多项式中定义结构体并实现加法运算,包括顺序表和单链表两种方式,同时还需要示例代码、测试数据和结构体定义。让我先仔细分析用户的问题。 首先,用户提到了“一稠密多项式”,这意味着多项式中指数是连续且密集的,不会有太多零系数项。这种情况下,顺序表可能更高效,因为可以通过下标直接访问对应指数的系数。而单链表则适用于稀疏多项式,但用户希望两种结构都实现加法。 接下来,我需要回忆数据结构中关于多项式表示的知识。根据引用[1]、[2]、[3]、[4],用户提供的参考资料中提到了单链表和顺序表的实现。比如引用[3]提到用顺序存储结构实现加减乘,而引用[2]和[1]则是单链表的实现。因此,我需要结合这些资料来整理两种方法的实现步骤。 首先处理结构体定义部分。对于顺序表,通常可以用一个数组,每个素存储系数,数组索引作为指数。例如,struct DensePoly { int *coeffs; int max_exp; }; 这样max_exp表示最大指数,coeffs数组存储各指数的系数。 对于单链表,每个节点需要包含系数、指数和指向下一个节点的指针,如struct Node { int coeff; int exp; struct Node* next; };。但用户提到的是稠密多项式,可能单链表的结构是否需要优化?不过用户要求两种方式,所以可能不需要特别优化,按常规结构即可。 然后是加法运算的实现。顺序表的加法相对简单,只需要遍历两个数组,对应位置的系数相加,结果存入新数组。而单链表的加法则需要合并两个有序链表,同时处理相同指数的节点,合并系数,类似归并排序的过程。 接下来需要考虑示例代码的结构。对于顺序表,需要初始化结构体,可能包括创建多项式时根据输入的最大指数分配数组空间。输入系数时,用户可能按指数顺序输入,或者允许任意顺序输入但内部处理为顺序存储。不过稠密多项式通常指数连续,所以顺序输入可能更合理。 对于单链表,输入时需要按指数升序插入节点,或者输入后排序,但用户可能希望无论输入顺序如何,输出都是升序排列,并且合并相同指数项。这在引用[4]中提到过,因此需要在插入时处理顺序和合并。 测试数据部分,需要设计两个多项式,例如P1 = 3x^2 + 2x +5,P2 = 4x^3 + x^2 +7x,相加后的结果应为4x^3 +4x^2 +9x +5。但需要确保测试数据覆盖不同情况,如相同指数、不同指数等。 在编写代码时,需要注意内存管理,尤其是单链表的节点创建和释放,避免内存泄漏。顺序表则需要正确分配和释放数组空间。 现在,可能存在的一些问题:比如顺序表的实现中,如何处理不同长度的多项式相加?例如,一个多项式的max_exp比另一个大,此时结果的最大指数应为两者中的较大者,需要在相加时处理超出当前数组长度的情况。同样,单链表中如何遍历两个链表并合并节点。 另外,用户要求的是稠密多项式,所以在顺序表中,数组的每个位置对应一个指数,没有空缺,因此初始化时需要确定最大指数。而单链表则不需要,因为每个节点明确存储指数和系数。 现在,我需要确保代码示例的正确性。例如,顺序表的加法函数需要接收两个DensePoly结构,创建结果多项式,遍历每个指数直到两者的最大指数,将系数相加。如果某个多项式在某个指数上没有项(即系数为0),则直接取另一个的系数。但稠密多项式中可能所有系数都不为零,所以是否需要处理零?可能需要,因为相加后可能有系数为零的情况,但用户可能希望结果仍然保持稠密,或者允许零系数?需要澄清,但根据问题描述,可能允许,因此结果中可能需要保留零系数项,或者根据需求过滤掉。这里可能需要根据具体情况处理,但用户没有特别说明,可能暂时保留。 对于单链表的加法,需要同时遍历两个链表,比较当前节点的指数,较小的先插入结果链表,如果指数相同则系数相加,若结果不为零则插入。这里需要注意指针的操作,以及内存分配。 现在,整理结构体定义和函数的大致框架: 顺序表: typedef struct { int *coeffs; int max_exp; } DensePoly; 单链表: typedef struct Node { int coeff; int exp; struct Node *next; } PolyNode; 创建多项式时,顺序表需要根据输入的max_exp分配数组,然后输入每个指数对应的系数。而单链表则需要逐个输入项,插入到正确位置并合并同类项。 加法函数:顺序表对应位置相加,生成新的DensePoly。单链表则合并两个链表,类似于归并。 测试数据可以设计为: 顺序表: Poly1: max_exp=2, coeffs[0]=5, coeffs[1]=2, coeffs[2]=3 → 5 + 2x +3x² Poly2: max_exp=3, coeffs[0]=0, coeffs[1]=7, coeffs[2]=1, coeffs[3]=4 → 0 +7x +1x² +4x³ 相加后得到max_exp=3,coeffs[0]=5, coeffs[1]=9, coeffs[2]=4, coeffs[3]=45 +9x +4x² +4x³ 单链表: Poly1: 3x² +2x +5 → 节点顺序5(exp=0)、2x(exp=1)、3x²(exp=2) Poly2:4x³ +x² +7x → 节点顺序7x(exp=1)、x²(exp=2)、4x³(exp=3) 相加后得到5 +9x +4x² +4x³ 在代码实现中,需要注意顺序表在相加时如果两个多项式的max_exp不同,需要扩展到更大的那个,并将较短的poly的超出部分用零填充,或者在相加时判断索引是否超出当前max_exp,取零。 例如,在顺序表加法中: DensePoly addDense(DensePoly a, DensePoly b) { int max = (a.max_exp > b.max_exp) ? a.max_exp : b.max_exp; DensePoly result; result.max_exp = max; result.coeffs = (int*)calloc(max+1, sizeof(int)); for (int i=0; i<=max; i++) { int coeff_a = (i <= a.max_exp) ? a.coeffs[i] : 0; int coeff_b = (i <= b.max_exp) ? b.coeffs[i] : 0; result.coeffs[i] = coeff_a + coeff_b; } return result; } 这样处理可以确保所有指数位置都被覆盖。 对于单链表的加法,代码可能更复杂。需要同时遍历两个链表,比较当前节点的指数,较小的插入结果链表,相同则相加,若结果不为零则插入。具体实现需要处理指针的移动和节点的创建。 例如: PolyNode* addSparse(PolyNode* a, PolyNode* b) { PolyNode dummy = {0, 0, NULL}; PolyNode *tail = &dummy; while (a && b) { if (a->exp < b->exp) { tail->next = createNode(a->coeff, a->exp); tail = tail->next; a = a->next; } else if (a->exp > b->exp) { tail->next = createNode(b->coeff, b->exp); tail = tail->next; b = b->next; } else { int sum = a->coeff + b->coeff; if (sum != 0) { tail->next = createNode(sum, a->exp); tail = tail->next; } a = a->next; b = b->next; } } // 处理剩余节点 while (a) { tail->next = createNode(a->coeff, a->exp); tail = tail->next; a = a->next; } while (b) { tail->next = createNode(b->coeff, b->exp); tail = tail->next; b = b->next; } return dummy.next; } 这里的createNode函数用于创建新节点,并分配内存。 需要注意的是,用户的问题中要求的是稠密多项式,但使用了单链表结构,这可能在实际应用中不太常见,因为单链表更适合稀疏的情况。不过用户明确要求两种方式,所以需要分别实现。 测试数据部分,需要给出具体的输入和输出示例,比如: 顺序表测试: Poly1: 指数0系数5,指数1系数2,指数2系数3 → 5 +2x +3x² Poly2: 指数1系数7,指数2系数1,指数3系数4 → 7x +x² +4x³ 相加结果:5 +9x +4x² +4x³ 单链表测试: 输入可能按照任意顺序,但插入时按升序排列,例如输入Poly1的项为3x², 2x, 5;Poly2的项为4x³, x², 7x。相加后得到5 +9x +4x² +4x³。 最后,用户可能需要完整的示例代码,包括结构体定义、创建函数、加法函数和输出函数,以及测试数据的使用。需要确保代码没有语法错误,并且符合C语言标准。 在撰写回答时,需要分步骤说明顺序表和单链表的实现,结构体定义,加法函数,以及测试示例。同时引用提供的参考资料,比如引用[1]和[2]提到单链表的实现,引用[3]和[4]提到顺序结构和其他运算的实现。 现在,我需要将上述思考整理成结构清晰的中文回答,包含代码示例、结构体定义和测试数据,并附上相关问题。</think>### 一稠密多项式加法实现(顺序表单链表) #### 一、结构体定义 **1. 顺序表实现** 使用数组下标表示指数,数组素存储对应系数: ```c #define MAX_DEGREE 100 // 根据需求调整最大指数 typedef struct { int* coeffs; // 系数数组 int max_exp; // 当前存储的最大指数 } DensePoly; ``` **2. 单链表实现** 每个节点存储系数、指数和指针: ```c typedef struct Node { int coeff; // 系数 int exp; // 指数 struct Node* next; // 指针 } PolyNode; ``` --- #### 二、核心代码实现 **1. 顺序表加法** 直接按指数对齐相加: ```c DensePoly add_dense(DensePoly a, DensePoly b) { int max_exp = (a.max_exp > b.max_exp) ? a.max_exp : b.max_exp; DensePoly result; result.max_exp = max_exp; result.coeffs = (int*)calloc(max_exp + 1, sizeof(int)); for (int i = 0; i <= max_exp; i++) { int coeff_a = (i <= a.max_exp) ? a.coeffs[i] : 0; int coeff_b = (i <= b.max_exp) ? b.coeffs[i] : 0; result.coeffs[i] = coeff_a + coeff_b; } return result; } ``` **2. 单链表加法** 合并有序链表并合并同类项: ```c PolyNode* add_sparse(PolyNode* a, PolyNode* b) { PolyNode dummy = {0, 0, NULL}; PolyNode* tail = &dummy; while (a && b) { if (a->exp < b->exp) { tail->next = a; a = a->next; } else if (a->exp > b->exp) { tail->next = b; b = b->next; } else { int sum = a->coeff + b->coeff; if (sum != 0) { a->coeff = sum; tail->next = a; } a = a->next; b = b->next; } tail = tail->next; } tail->next = (a != NULL) ? a : b; return dummy.next; } ``` --- #### 三、测试数据示例 **1. 顺序表测试** ```c // 输入多项式 P1 = 5 + 2x + 3x² DensePoly p1 = { .coeffs = (int[]){5, 2, 3}, .max_exp = 2 }; // 输入多项式 P2 = 7x + x² + 4x³ DensePoly p2 = { .coeffs = (int[]){0, 7, 1, 4}, .max_exp = 3 }; // 结果应为 5 + 9x + 4x² + 4x³ ``` **2. 单链表测试** ```c // 输入多项式 P1 = 3x² -> 2x -> 5(按任意顺序插入后排序) PolyNode* p1 = create_node(3, 2); p1->next = create_node(2, 1); p1->next->next = create_node(5, 0); // 输入多项式 P2 = 4x³ -> x² -> 7x PolyNode* p2 = create_node(4, 3); p2->next = create_node(1, 2); p2->next->next = create_node(7, 1); // 结果应为 5 + 9x + 4x² + 4x³ ``` --- #### 四、性能对比 | 实现方式 | 时间复杂度 | 空间复杂度 | 适用场景 | |----------|------------|------------|------------------| | 顺序表 | $O(n)$ | $O(n)$ | 稠密多项式 | | 单链表 | $O(n+m)$ | $O(n+m)$ | 稀疏或动态多项式 | ---
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